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巴塞爾大學(xué)：獨(dú)特的多孔3D打印植入物設(shè)計(jì)用于治療眼窩骨折

時(shí)間：2021-08-05 09:14 來源：南極熊作者：admin 閱讀：次

導(dǎo)讀：2021年8月4日，自巴塞爾大學(xué)的研究人員開發(fā)了一種新型的3D打印植入物，用于治療眼窩骨折，并降低了術(shù)后的排斥風(fēng)險(xiǎn)。

研究團(tuán)隊(duì)使用Prusa i3 3D打印機(jī)和PEEK長(zhǎng)絲打印的移植物能夠克服材料的生物惰性，這要?dú)w功于其多孔的特點(diǎn)，它可以被定制以加強(qiáng)細(xì)胞修復(fù)。通過有限元（FE）分析，該團(tuán)隊(duì)還發(fā)現(xiàn)他們的設(shè)備是高度可定制的，這意味著在未來，它們可以被調(diào)整以滿足個(gè)別光學(xué)病人的需求。這項(xiàng)研究表明："高溫、可植入級(jí)熱塑性聚合物（如PEEK）的打印為更復(fù)雜的一代生物材料鋪平了道路。在醫(yī)療點(diǎn)實(shí)施FDM 3D打印可以減少材料浪費(fèi)，方便對(duì)操作者進(jìn)行培訓(xùn)，加快植入物的生產(chǎn)，提高了成本效益和對(duì)不同病人的針對(duì)性治療"。

△研究人員的3D打印眼窩植入物安裝在一個(gè)頭骨模型上。照片來自巴塞爾大學(xué)

治療"眼窩骨折

說到面部傷口，眼眶內(nèi)部骨折是最嚴(yán)重的損害之一。眼窩骨折是被鈍器擊中面部的常見副作用，它實(shí)際上是看到受影響患者的眼睛下方的墻壁受損，而且由于該部位的位置不明顯，這種疾病可能非常難以治療。盡管虛擬手術(shù)計(jì)劃（VSP）的進(jìn)步使處理這種眼窩骨折比以往任何時(shí)候都容易，但相關(guān)的手術(shù)材料仍然是病人達(dá)到最佳治療效果的障礙。同時(shí)，PEEK本身是一種強(qiáng)大的3D打印聚合物，并在這一領(lǐng)域顯示出相當(dāng)大的潛力，但根據(jù)瑞士團(tuán)隊(duì)的說法，其缺乏生物活性是一個(gè)引起臨床關(guān)注的原因。

在過去，研究人員曾嘗試過給PEEK涂層以改善其骨整合的想法，但不良的結(jié)合會(huì)導(dǎo)致材料的降解，最終導(dǎo)致骨溶解。另外，鑒于該技術(shù)固有的設(shè)計(jì)靈活性，3D打印技術(shù)越來越多地被用于外科移植，它可以實(shí)現(xiàn)多孔植入物，促進(jìn)更多的細(xì)胞再生。然而，盡管增材制造醫(yī)療設(shè)備具有臨床潛力，但巴塞爾的研究人員沒有發(fā)現(xiàn)目前有相關(guān)研究對(duì)PEEK FDM 3D打印植入物的行為進(jìn)行研究。因此他們現(xiàn)在已經(jīng)建立了一個(gè)工作流程，能夠生產(chǎn)定制的移植物，其特點(diǎn)是改善手術(shù)的適用性。

△"反向折紙 "3D打印方法。圖片來自巴塞爾大學(xué)

PEEK材料的性能優(yōu)化

首先，研究小組創(chuàng)建了幾種不同F(xiàn)E設(shè)計(jì)模型的眼眶網(wǎng)狀植入物，并使用模擬軟件來測(cè)試它們?cè)谂R床最壞情況下的性能。根據(jù)他們的研究結(jié)果，研究人員選擇將1.5毫米的螺絲點(diǎn)整合到他們每個(gè)設(shè)備的邊緣，作為最終使用時(shí)固定它們的手段，然后將它們導(dǎo)出為STL文件進(jìn)行打印。有趣的是，該團(tuán)隊(duì)的初始模型由于其復(fù)雜的懸垂結(jié)構(gòu)而打印失敗，迫使研究人員采取 "反向折紙"方法。在實(shí)踐中，使用AutoDesk公司Inventor程序中的"unwrap"功能便可以將他們的3D植入物數(shù)字轉(zhuǎn)換為2D植入物，然后將它們擠壓成平面并手動(dòng)從打印床上取下。

為了使他們的移植物再次成為三維的，研究人員隨后使用一個(gè)模具和壓力箱將它們加熱并壓縮成所需的形狀，然后對(duì)它們的質(zhì)量進(jìn)行分級(jí)和分析。每個(gè)設(shè)備都根據(jù)它們?cè)?.3N下的變形以及它們的形態(tài)契合度進(jìn)行標(biāo)記，結(jié)果顯示，最薄的植入物在壓力下的應(yīng)力水平也最高。在與病人模型的配合和準(zhǔn)確性方面，根據(jù)研究小組自己的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)，每個(gè)設(shè)備的得分至少為 "滿意"，而長(zhǎng)方形的植入物被標(biāo)記為最堅(jiān)固。因此，該團(tuán)隊(duì)得出結(jié)論，他們的方法與所生產(chǎn)的設(shè)備同樣重要，而且FE建模使他們能夠快速更新出對(duì)病人友好的設(shè)計(jì)。"使用多標(biāo)準(zhǔn)決策（MCDM）評(píng)估，基于FE的計(jì)算分析和FDM可以在多種治療方案中進(jìn)行評(píng)估，"該研究團(tuán)隊(duì)在論文中解釋道："這種方法表明，可以評(píng)估一系列的組合，以達(dá)到最有效的臨床解決方案"。

△研究人員的3D打印植入物在測(cè)試中顯示的變形量都在0.107毫米或以下。圖片來自巴塞爾大學(xué)

3D打印的可視化治療潛力

鑒于人類眼窩的封閉性，它可能是一個(gè)非常困難的手術(shù)區(qū)域，但外科醫(yī)生逐漸發(fā)現(xiàn)，3D打印和建�？梢詭椭嵘麄冎斡∪说臋C(jī)率。例如，今年早些時(shí)候，以色列加利利醫(yī)療中心（GMC）的醫(yī)生將3D打印與VR相結(jié)合，開發(fā)出一種可視化治療骨折的新方法。過去，波爾圖大學(xué)的研究人員以類似的方式部署了增材制造，以幫助重建一名47歲婦女的眼睛。通過與機(jī)械和工業(yè)工程科學(xué)與創(chuàng)新研究所合作，該團(tuán)隊(duì)能夠制造一個(gè)高質(zhì)量的假體，同時(shí)減少其相關(guān)的準(zhǔn)備時(shí)間和成本。在其他方面，在巴西保利斯塔大學(xué)，科學(xué)家們已經(jīng)開發(fā)出一種為那些有頜面缺陷的人捕捉和3D打印面部假體的方法。基于智能手機(jī)捕獲的掃描，該團(tuán)隊(duì)已經(jīng)能夠?yàn)橐晃皇ビ已酆筒糠窒掳偷陌┌Y幸存者制作假體。

研究人員的研究結(jié)果詳見他們的論文，題為 "A multi-criteria assessment strategy for 3D printed porous Polyetheretherketone (PEEK) patient-specific implants for orbital wall reconstruction"。

(責(zé)任編輯：admin)

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