西安某醫(yī)院，3D打印PEEK材料代替鈦合金肋骨，成功植入人體

你能想象到，3D打印聚醚醚酮（PEEK）這種高分子材料，已經(jīng)開始植入人體了嗎？而且，還是充當(dāng)了好幾根肋骨，用來保護(hù)人體內(nèi)臟。

2017年4月26日，有網(wǎng)友讀者向南極熊爆料，近日，位于西安第四軍醫(yī)大學(xué)唐都醫(yī)院胸腔外科，收治了一例胸壁腫瘤患者，在患者左前胸壁有著大小11×11×6cm的肋骨肉瘤。手術(shù)完整切除后會造成的胸壁缺損范圍巨大，需要對患者胸腔進(jìn)行有效的胸壁重建。因此唐都醫(yī)院胸外科決定采用3D打印技術(shù)對患者進(jìn)行胸壁重建手術(shù)。

△3D打印PEEK材料超大范圍胸壁重建手術(shù)，充當(dāng)了人體的肋骨

南極熊了解到，第四軍醫(yī)大學(xué)唐都醫(yī)院在2015年就完成了國內(nèi)首次3D打印鈦合金胸骨置換手術(shù)。給病人成功換上3D打印鈦合金胸骨，近兩年中，唐都醫(yī)院胸腔外科共開展了13例3D打印鈦合金胸肋骨的置換手術(shù)，在使用3D打印技術(shù)進(jìn)行胸腔手術(shù)有著非常多的經(jīng)驗。

由患者于胸壁缺損范圍巨大，如果使用3D打印鈦合金胸肋骨，它的的彈性模量和屈曲強(qiáng)度與真實的胸肋骨的差距很大，難以形成合理的梯度強(qiáng)度，由此產(chǎn)生的應(yīng)力傳導(dǎo)容易在特殊外力作用下?lián)p傷周圍的正常器官。同時，鈦合金材料在后期影像學(xué)檢查中存在很大局限性，例如這些患者難以開展MRI檢查，在CT檢查中的偽影會產(chǎn)生強(qiáng)烈干擾等。一部分患者在鈦合金置換部位產(chǎn)生感覺異常等癥狀。

△3D打印鈦合金胸骨

而聚醚醚酮（PEEK）是目前國際上先進(jìn)的高分子植入材料，具有非常良好的生物相容性，同時耐熱等級高、耐輻射、耐化學(xué)腐蝕，抗沖擊性能和抗疲勞性能好。因此，PEEK材料是非常理想的非金屬植入物替代材料，國內(nèi)僅西安交通大學(xué)等少數(shù)幾家單位掌握了PEEK材料的3D打印技術(shù)。

據(jù)南極熊了解，上海遠(yuǎn)鑄智能推出的高溫3D打印機(jī)FUNMAT HT就可以打印PEEK材料，這款設(shè)備有可以打印400℃高溫噴頭、恒溫腔室，所以可以打印ABS、PC、尼龍，同時還支持PEEK、PEI(ULTEM)、PPSU等高溫材料，南極熊在剛剛過去的2017年上海TCT展會上就看到了這款設(shè)備，并且采訪了上海遠(yuǎn)鑄智能的相關(guān)工作人員，【熊視頻】上海遠(yuǎn)鑄智能，400℃高溫3D打印機(jī)，PEEK

△高溫3D打印機(jī)FUNMAT HT

因為PEEK打印過程中對環(huán)境溫度與噴頭溫度要求非常高，所以必須要求機(jī)器具備一個恒溫的環(huán)境，需要對腔體溫度精細(xì)的控制。PEEK的材料熱熔點在343℃左右，所以要求噴頭溫度必須達(dá)到350℃以上，并且在打印過程中保持這個溫度。PEEK材料具有高于143℃的玻璃化溫度， 在超過250℃的高溫下使用時，依舊可以表現(xiàn)出卓越的機(jī)械強(qiáng)度、韌性、硬度、彎曲強(qiáng)度和扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度。該材料還具有優(yōu)異的耐化學(xué)性、極好的絕緣性和抗輻射性。另外，Peek材料自身具有 UL94 的防火等級。PEEK的突出特點使其能夠適用于電子、航空航天、汽車、工業(yè)和機(jī)械行業(yè)的零部件制造。它還可以廣泛應(yīng)用于醫(yī)療領(lǐng)域。國內(nèi)聚醚醚酮（PEEK ) FDM 3D打印技術(shù)的進(jìn)展

其實國內(nèi)外可以打印PEEK材料的3D打印機(jī)有好幾家，南極熊就為大家羅列出來，有興趣的可以點擊下面鏈接了解詳細(xì)信息：

新款大型工業(yè)級FDM打印機(jī)：噴頭可加熱至480度，能打PEEK等高級材料

新款FDM 3D打印機(jī)：噴頭可加熱到520度，能打PEEK等多種高級材料

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只需6萬元！能打印PEEK材料的工業(yè)級FDM 3D打印機(jī)

德國公司成功3D打印出可用于真空環(huán)境的PEEK部件

△PEEK材料3D打印樣品

第四軍醫(yī)大學(xué)唐都醫(yī)院積極開展了PEEK植入物的臨床研究工作。課題組聯(lián)合西安交通大學(xué)李滌塵教授課題組展開了合作，首先委托3D打印中心的楊冠英副主任等構(gòu)建了患者的3D打印胸廓模型，用于規(guī)劃術(shù)前手術(shù)方案；之后聯(lián)合西安交通大學(xué)賀健康、王玲教授等共同針對缺損的胸壁設(shè)計PEEK肋骨的模型，并進(jìn)行有限元分析，在充分分析了PEEK肋骨的力學(xué)性能之后采用熔融沉積技術(shù)（FDM）進(jìn)行打印。最終，黃立軍副主任、鐘代星和王磊醫(yī)生等共同完成了手術(shù)，術(shù)中切除了左側(cè)第2-5肋骨，胸壁缺損范圍達(dá)20cm × 15cm，并順利植入了3根PEEK肋骨進(jìn)行胸壁重建。

△3D打印PEEK材料肋骨

任何一項新材料和新技術(shù)的應(yīng)用都必須有充分的實驗數(shù)據(jù)支持，為了檢驗3D打印PEEK肋骨的生物毒性，課題組委托北京醫(yī)療器械檢驗所對其進(jìn)行毒性檢測。在動物實驗中，包埋有PEEK材料的肌肉組織未發(fā)現(xiàn)明顯的炎癥反應(yīng)。

近兩年，唐都醫(yī)院胸外科在3D打印工作方面先后獲得了第四軍醫(yī)大學(xué)軍事醫(yī)學(xué)提升計劃項目和唐都醫(yī)院臨床創(chuàng)新研究重大項目的支持，并通過了唐都醫(yī)院倫理委員會的倫理認(rèn)證。在充分評估了3D打印PEEK肋骨的力學(xué)強(qiáng)度、生物相容性、毒性反應(yīng)等指標(biāo)后，唐都醫(yī)院才進(jìn)行臨床驗證工作。

△壓力折彎3D打印PEEK材料肋骨

結(jié)合術(shù)后影像學(xué)檢查，專家發(fā)現(xiàn)3D打印PEEK肋骨具有多項優(yōu)勢：

1. PEEK肋骨的彈性模量和屈曲強(qiáng)度等與真實肋骨非常接近，從而避免了應(yīng)力傳導(dǎo)效應(yīng)；
2. PEEK肋骨質(zhì)量很輕，平均每根肋骨僅27克（切除的肋骨腫瘤重558克）；
3. PEEK肋骨韌性非常好，既能保證缺損胸壁的支撐強(qiáng)度，又能使局部胸壁獲得一定程度的活動度；
4.術(shù)后我們發(fā)現(xiàn)PEEK肋骨在X線片中不顯影、在CT中弱顯影，從而避免了影像學(xué)檢查中的偽影干擾。

據(jù)悉，此例手術(shù)是國際首例3D打印PEEK肋骨的植入手術(shù)，標(biāo)志唐都醫(yī)院胸外科的3D打印工作從鈦合金時代進(jìn)入了PEEK時代。