Concept Laser脊椎重建的創(chuàng)新幾何金屬3D打印解決方案

在醫(yī)療方面，健康的脊椎對人的生活質(zhì)量和活動能力也有著非常重要的意義。為解決與脊椎病有關(guān)的問題，常需要以微創(chuàng)形式將塑料或金屬制成的部件植入到人體內(nèi)。 在患者和外科醫(yī)生看來，這些植入物能夠在脊椎重建過程中創(chuàng)造“小小的奇跡”——經(jīng)過小規(guī)模的干預(yù)之后，患者就能在短時間內(nèi)恢復(fù)脊椎的支撐功能和運動機能。這些植入物的設(shè)計、功能和制造需要大量的知識儲備作為基礎(chǔ)。
Concept Laser 作為LaserCUSING® 技術(shù)的專利獲得者，與來自Modena（意大利）的脊椎植入物的系統(tǒng)開發(fā)商Tsunami Medical Srl 公司一起憑借增材制造技術(shù)，以微創(chuàng)形式將塑料或金屬制成的部件植入到人體內(nèi)來解決與脊椎病有關(guān)的問題。


張開的鈦制“Lobster”墊塊，可在脊椎重建手術(shù)中安放在兩個椎間盤之間。
[圖片來源：Concept Laser GmbH]

傳統(tǒng)的脊柱籠（脊椎融合器）
脊椎籠（英語 spine cage）是一種用于調(diào)平和減輕脊椎壓力的植入物。椎間盤產(chǎn)生問題的患者，通常會以微創(chuàng)形式結(jié)合鈦制螺釘使用這種植入物。目前使用的脊椎籠都是采用高性能 塑料 PEEK（聚醚醚酮）材料制成的，這種材料具有優(yōu)秀的生物兼容性，其在過敏性方面的特性同樣優(yōu)異。過去，一般通過傳統(tǒng)方法使用鈦制造這種脊柱籠，然而在某 些情況下，鈦部件會對骨結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不利影響。原因就在于其彈性明顯低于骨的彈性。PEEK 相對于鈦的決定性優(yōu)勢就是，它具有與骨相當?shù)膲嚎s特性或彈性（彈性模量）。此外，PEEK 植入體不會在 MRT（核磁共振成像）中產(chǎn)生圖像偽影，手術(shù)醫(yī)生可以很好地根據(jù)影像技術(shù)進行定位。PEEK 脊柱籠的劣勢在于缺少融入到骨結(jié)構(gòu)中的能力，在長期使用之后可能需要重新置入。聚醚醚酮是一種耐高溫的熱塑性塑料，是聚芳醚酮材料的一種。其熔點為 335 °C。

用先進的激光熔融法制造脊椎籠
借助LaserCUSING 的增材式金屬激光熔融法在“脊椎籠”的生產(chǎn)應(yīng)用，可以很好地保留鈦和 PEEK 方案中的優(yōu)勢而消除兩者的劣勢。現(xiàn)在，采用金屬激光熔融法制造出的鈦材質(zhì)部件可以同時擁有生物兼容性和所需的塑料彈性。其制成的脊椎籠擁有復(fù)雜幾何結(jié)構(gòu)的 同時，卻無需后續(xù)處理即可保證最佳的表面結(jié)構(gòu)（圖 2）。這種解決方案的最大亮點是：通過具有局部不同密度分布的幾何結(jié)構(gòu)（嵌入式網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)），讓鈦部件擁有與 PEEK 解決方案中相同的必要彈性。此外，使用激光熔融法還可以根據(jù)患者的實際解剖條件經(jīng)濟地生產(chǎn)出具有不同尺寸的脊椎籠，即可以為患者量身定制打印出脊椎籠。 Stefano Caselli 認為：“這是一項真正的創(chuàng)新，它能夠集各種材料的優(yōu)勢于一身：采用激光熔融法制成的脊椎籠擁有能夠嵌入骨結(jié)構(gòu)的生物兼容性，和符合解剖條件的彈性�！笔中g(shù) 醫(yī)生可以在 CT 或 MRT 中很好地定位脊椎籠。此外，采用激光熔融法還可以經(jīng)濟地進行定制或小批量生產(chǎn)。因此，具有特殊解剖條件的患者可以“按尺寸定制”，其他患者則可以使用標準 解決方案。2014 年3月與奧登堡大學(xué)（Carl-von-Ossietzky-Universität Oldenburg，德國）合作開展的臨床研究已經(jīng)證實了這種植入物具有非常好的治療前景。（*奧登堡研究）


“Lobster”墊塊，通過影像技術(shù)顯示，位于脊椎中。
[圖片來源：Concept Laser GmbH]

脊椎籠擁有圓柱或方形幾何形狀，必須經(jīng)過后續(xù)處理。為了保證最佳的幾何形狀和表面結(jié)構(gòu)，可采用激光熔融法進行制造。[圖片來源：Concept Laser GmbH]

“Lobster”墊塊，為脊椎提供主要穩(wěn)定的活動功能元件
Stefano Caselli 將所謂的“Lobster”墊塊描述成 Tsunami 的另一大創(chuàng)新。這是一種可以張開的墊塊，可在脊椎重建手術(shù)中安放在兩個椎間盤之間（圖 3+4）。這種由 Tsunami 開發(fā)的張開機構(gòu)是設(shè)計上的一個小奇跡：這是一個包含中央螺桿和側(cè)方齒輪的傳動機構(gòu)，該機構(gòu)可將兩個翼片張開。使用 Concept Laser 的 Mlab cusing R 設(shè)備和 LaserCUSING 方法可以制造出表面完美配合的“Lobster”墊塊。其低粗糙度 - 近乎光滑的表面 - 可以確保更少的組織增生。Stefano Caselli 認為這種制造工藝值得注意的地方在于：這種復(fù)雜活動部件的所有組件可以同時批量生產(chǎn)�！癓aserCUSING 為我們提供了時間優(yōu)勢和成本結(jié)構(gòu)優(yōu)勢，另外在無塵室制造的條件下，它明顯比傳統(tǒng)的制造方法更易于執(zhí)行。除此之外， Concept Laser 的機器解決方案還具有優(yōu)秀的性能和極高的安全水平，尤其是在對反應(yīng)性材料，例如鈦或鈦合金進行加工時。”

       

新發(fā)展：單工序椎間盤假體部件
采用增材制造技術(shù)進行生產(chǎn)后，部件的設(shè)計可以采用全新的思路。另一個根據(jù) Tsunami LaserCUSING增材法得出的創(chuàng)新是，設(shè)計一種可以根據(jù)患者實際情況進行調(diào)整的椎間盤假體，同時還可作為墊塊對脊椎起到加強作用。它由上殼體和下殼 體，以及連接二者的雙聯(lián)彈簧構(gòu)成。殼體的表面可確保完美適應(yīng)脊椎結(jié)構(gòu)。雙聯(lián)彈簧由鈦制成，內(nèi)核中填充了硅，可以對雙聯(lián)彈簧的運動進行緩沖。設(shè)計或距離尺寸 可以根據(jù)患者的解剖條件和外科醫(yī)生的要求進行調(diào)整。這種創(chuàng)新解決方案的最大亮點是：該椎間盤假體可以通過激光熔融技術(shù)在單工序流程中“一次”制造完成。這 種產(chǎn)品解決方案省去了后續(xù)的裝配步驟。

椎間盤假體的功能詳解
在準備階段，Tsunami 就已經(jīng)在多個方面具有競爭力：一方面，將在脊椎重建中的經(jīng)驗帶到產(chǎn)品解決方案中，確�；颊邠碛休^高的活動能力：椎間盤假體可 360o 自由運動，極大提高了患者的活動能力。同時，雙聯(lián)彈簧和硅內(nèi)核確保具有理想的彈性；另一方面，在尋求建設(shè)性的解決辦法時，可充分發(fā)揮 LaserCUSING 方法的幾何結(jié)構(gòu)優(yōu)勢。Stefano Caselli表示：“椎間盤假體的產(chǎn)品創(chuàng)意設(shè)計可以通過 LaserCUSING 方法將幾何結(jié)構(gòu)和功能進行靈活自由的融合，而這種單工序生產(chǎn)解決方案是無法通過傳統(tǒng)方法完成�？梢哉f，我們在脊椎重建中的知識是對全新增材制造方法可進行 充分發(fā)揮作用的最好互補。此外，因為我們能夠根據(jù)特定的患者情況對尺寸進行個性化調(diào)整，所以這種解決方案非常靈活。”

文章來源：競升醫(yī)療技術(shù)服務(wù)有限公司