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，已經開始植入人體了嗎,？而且,，還是充當了好幾根肋骨，用來保護人體內臟,。

2017年4月26日,，有網友讀者向南極熊爆料，近日,，位于西安第四軍醫(yī)大學唐都醫(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打印技術對患者進行胸壁重建手術,。

△3D打印PEEK材料超大范圍胸壁重建手術,，充當了人體的肋骨

南極熊了解到，第四軍醫(yī)大學唐都醫(yī)院在2015年就完成了國內首次3D打印鈦合金胸骨置換手術,。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,，在使用3D打印技術進行胸腔手術有著非常多的經驗,。

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度與真實的胸肋骨的差距很大,，難以形成合理的梯度強度，由此產生的應力傳導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檢查中的偽影會產生強烈干擾等,。一部分患者在鈦合金置換部位產生感覺異常等癥狀。

△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,，國內僅西安交通大學等少數(shù)幾家單位掌握了PEEK材料的3D打印技術,。

據南極熊了解，上海遠鑄智能推出的高溫3D打印機FUNMAT HT就可以打印PEEK材料,，這款設備有可以打印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備,，并且采訪了上海遠鑄智能的相關工作人員,，【熊視頻】上海遠鑄智能，400℃高溫3D打印機,，PEEK

△高溫3D打印機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,，所以必須要求機器具備一個恒溫的環(huán)境，需要對腔體溫度精細的控制,。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)出卓越的機械強度,、韌性,、硬度、彎曲強度和扭轉強度,。該材料還具有優(yōu)異的耐化學性,、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)和機械行業(yè)的零部件制造。它還可以廣泛應用于醫(yī)療領域,。國內聚醚醚酮（PEEK ) FDM 3D打印技術的進展

其實國內外可以打印PEEK材料的3D打印機有好幾家,，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信息：

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

新款FDM 3D打印機：噴頭可加熱到520度,，能打PEEK等多種高級材料

新款工業(yè)級3D打印機：能打PEEK等高級材料，售價不到8萬

國內首臺PEEK材料耐高溫3D打印機正式問世

只需6萬元,！能打印PEEK材料的工業(yè)級FDM 3D打印機

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建了患者的3D打印胸廓模型,，用于規(guī)劃術前手術方案,；之后聯(lián)合西安交通大學賀健康、王玲教授等共同針對缺損的胸壁設計PEEK肋骨的模型,，并進行有限元分析,，在充分分析了PEEK肋骨的力學性能之后采用熔融沉積技術（FDM）進行打印。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，術中切除了左側第2-5肋骨,，胸壁缺損范圍達20cm × 15cm,，并順利植入了3根PEEK肋骨進行胸壁重建。

△3D打印PEEK材料肋骨

任何一項新材料和新技術的應用都必須有充分的實驗數(shù)據支持,，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,。

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)大學軍事醫(yī)學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證,。在充分評估了3D打印PEEK肋骨的力學強度、生物相容性,、毒性反應等指標后,，唐都醫(yī)院才進行臨床驗證工作。

△壓力折彎3D打印PEEK材料肋骨

結合術后影像學檢查,，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度等與真實肋骨非常接近,，從而避免了應力傳導效應；
2. PEEK肋骨質量很輕,，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度,，又能使局部胸壁獲得一定程度的活動度,；
4.術后我們發(fā)現(xiàn)PEEK肋骨在X線片中不顯影,、在CT中弱顯影，從而避免了影像學檢查中的偽影干擾,。

據悉,，此例手術是國際首例3D打印PEEK肋骨的植入手術，標志唐都醫(yī)院胸外科的3D打印工作從鈦合金時代進入了PEEK時代,。