南方医院成功完成3D打印“人工椎体/椎间盘一体化”植入手术

2018年2月7日华钛三维与南方医院脊柱骨外科联合澳大利亚技术科学与工程院吴鑫华院士领导的莫纳什大学增材制造研究中心合作的3D打印个性化“人工椎体/椎间盘一体化”植入手术成功实施。

南方医院脊椎及骨病外科郑明辉副主任医师在岭南名医陈建庭主任和朱青安教授指导下,与华钛三维工程师陆国赞合作构思设计,澳大利亚莫纳什大学增材制造研究中心主任吴鑫华院士团队进行了一个多月的个性化钛合金3D打印工艺研究,成功打印出符合病人要求的“人工椎体/腰间盘一体化”植入物。这次手术的成功,标志着中国的3D打印植入物技术在骨科医疗领域达到世界先进水平。

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澳大利亚莫纳什大学增材制造研究中心主任吴鑫华院士

-- 实现国产化

据了解,病人因脊椎肿瘤而坐睡不安,非常痛苦。而脊椎前有血管,后有神经,手术面临着很大的风险。但是作为本次手术主刀医生的郑明辉表示,这次”人工椎体/腰间盘一体化”的设计综合了南方医院脊椎及骨病外科多年的脊柱肿瘤手术的丰富经验,结合了病人的特殊情况,并由世界顶级的金属3D打印专家吴鑫华院士团队进行增材制造,对手术成功充满信心。

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增材制造的“椎体/腰间盘一体化”植入物

为了更好的完成手术,陈建庭主任、郑明辉副主任医师等骨科专家与华钛三维的3D打印团队从2017年10月份开始筹备该手术。考虑到每一个病人的脊椎形状都存在差异,骨科专家认为用一个现成的标准植入物不大可能匹配病人的生理参数。医生和工程师们根据病人脊柱的CT扫描数据,为病人的脊柱建立了精准的3D图像。根据这个图像,治疗团队就能够设计并定制出属于病人的个性化植入物。为了使个性化定制的人工椎体与病人椎体之间更好的融合,手术实施前治疗团队先后设计了100多个方案,制作了数十个植入物的术前模型进行研讨。事实证明,手术最终使用的植入物是最适合手术和病人身体情况的。

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郑明辉医生表示,该3D打印人工椎体特殊之处在于其海绵状的微孔结构结合拓扑框架结构。这种内嵌拓扑框架金属“骨小梁”,既有利于相邻正常脊椎的骨细胞长入其中,最终实现骨融合,又保证了椎体的整体力学性能。

利用3D打印技术生产出来的人工椎体是完全按照患者的解剖结构完成脊椎结构重建及固定的, 装上一枚精准的、个性化的人工脊椎,患者康复后完全可以正常地生活和工作。过去这种手术常常是使用钛网内填入自体或异体碎骨作为椎体间支撑材料,但钛网一旦移位压迫脊髓,患者就会有瘫痪的风险。这次手术中的脊椎植入物内部具有经过力学优化设计的晶格结构,比传统钛网具有更强的承重力,金属3D打印可以直接制造出这样的复杂结构。

最终在经历近八个小时后,病人的家属终于等到了好消息:人工椎体/椎间盘一体化金属植入物成功植入,手术顺利。由于病人术中出血量小,生命体征平稳,他不用进入ICU观察,直接回到了普通病房。 “现在我们都很高兴,成功做出了世界首例人工椎体/椎间盘一体化金属植入物,病人今后可以与常人一样工作和生活。”郑明辉医生说。

华钛三维骨科研究院研制的3D打印人工椎体将给更多处于病痛中的患者带来福音。同时,产品国产化后还将打破国外产品对高端市场的垄断,降低患者的医疗支出,并对推动整个3D打印产业的发展具有重要意义。

-- 华钛三维

广州华钛三维材料制造有限公司是广州市增城区根据身发展的人才战略和经济发展战略而引进的第一个院士创业高新技术产业化项目,坐落于由国务院侨办和广州市增城开发区共建的华侨华人创业基地-侨梦苑梦工厂。它是由“中国MBA十大精英人物”、“广东省十大杰出职业经理人” 、伦敦帝国理工MBA朱献文携手世界顶级金属材料及3D打印科学家、澳大利亚国家轻金属研究中心主任、澳大利亚技术科学与工程院吴鑫华院士联合创办,得到了广州市增城区政府基金-南粤基金天使投资, 联合国际水平的骨科专家组成的3D打印应用机构。华钛三维与一流骨科专家共建了“广州华钛三维骨科研究院”,重点研发相关骨科手术工具和植入物(人工关节、创伤、肿瘤钛合金植入物),形成了 “科工医”结合的产品研发平台。

华钛三维还与中南大学粉末冶金研究院联合研发3D打印碳纤维人工骨骼的同时,开发了医疗个性化定制云端应用系统。整套系统将作为广大医生创立应用3D打印技术的医工交流平台,配合广东省医师协会骨科技术培训工作委员会联手推广3D打印技术在医疗的应用,以造福大众。

“华钛三维,打印健康”,华钛三维将用世界最先进制造(3D打印)方法研发生产国际水平的金属植入物,从而达到进口替代目的。华钛三维集一流“科、工、医”专家于一体,共同为人类健康事业做贡献。

—- 3D科学谷Review

澳大利亚莫纳什大学在3D打印技术产业化应用方面取得了显著的成果。

莫纳什大学曾为法国赛峰集团3D打印了两台用于概念验证的喷气式发动机,目前这项科研成果已正式进行商业化生产。3D打印喷气式发动机是在法国赛峰集团一台辅助动力的燃气涡轮发动机基础上设计的,通过对原有发动机部件进行扫描和建模,莫纳什大学完成了对发动机的重新设计和金属3D打印。

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莫纳什大学还通过增材制造技术所带来的设计自由度,实现火箭发动Aerospike 所需的技术突破。 Aerospike排气歧管的设计与传统的钟形火箭基本上是相反的。当前航天飞机上普遍采用的传统钟形火箭的推力是逐渐减少的,当点火发射的时候效率最高,随后当火箭向上攀升的时候,推力开始减弱。而Aerospike结构设计理念可以保持火箭在离开地面后的推力。

Aerospike结构通过传统制造技术很难构建,通过3D打印技术,可以创造复杂的几何形状,包括机加工容易形成干涉的部位通过3D打印技术可以得到有效的解决。莫纳什大学的团队从一开始就围绕增材制造设计理念设计了他们的航空航天发动机。并使用Hastelloy X(一种高强度镍基高温合金)材料在EOS M280上进行加工。加工时关于构建腔体尺寸约束、零件尺寸、材料性能以及零件设计的角度、厚度和布局等关键参数均已考虑在内,这些参数的设置是结合了该团队在使用选区激光熔融3D打印技术加工高温合金方面多年的经验。

2017年12月,澳大利亚莫纳什大学增材制造研究中心主任吴鑫华院士、澳大利亚科学院、工程院院士、中国工程院外籍院士余艾冰,美国科学院院士Rodney R. Boyer,美国工程院院士 James C. Williams 接受上海理工大学的聘任,分别担任上海理工大学的“增材制造国际实验室”主任和方向带头人。吴鑫华院士等专家在增材制造领域的学术造诣和国际影响力将极大的促进增材制造技术在中国的产业化应用。

参考来源:3D虎

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