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(duì)人的生活質(zhì)量和活動(dòng)能力也有著非常重要的意義,。為解決與脊椎病有關(guān)的問(wèn)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(lái),，這些植入物能夠在脊椎重建過(guò)程中創(chuàng)造“小小的奇跡”——經(jīng)過(guò)小規(guī)模的干預(yù)之后，患者就能在短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)脊椎的支撐功能和運(yùn)動(dòng)機(jī)能,。這些植入物的設(shè)計(jì),、功能和制造需要大量的知識(shí)儲(chǔ)備作為基礎(chǔ)。
Concept Laser 作為L(zhǎng)aserCUSING® 技術(shù)的專利獲得者,，與來(lái)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(lái)解決與脊椎病有關(guān)的問(wèn)題。


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

傳統(tǒng)的脊柱籠（脊椎融合器）
脊椎籠（英語(yǔ) 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(wèn)題的患者，通常會(huì)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(guò)敏性方面的特性同樣優(yōu)異,。過(guò)去,，一般通過(guò)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(huì)對(duì)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(duì)于鈦的決定性優(yōu)勢(shì)就是,，它具有與骨相當(dāng)?shù)膲嚎s特性或彈性（彈性模量）,。此外，PEEK 植入體不會(huì)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(jìn)行定位,。PEEK 脊柱籠的劣勢(shì)在于缺少融入到骨結(jié)構(gòu)中的能力，在長(zhǎng)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(diǎn)為 335 °C,。

用先進(jìn)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(shì)而消除兩者的劣勢(shì)。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(shí)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(shí),，卻無(wú)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(diǎn)是：通過(guò)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(shí)際解剖條件經(jīng)濟(jì)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(rèn)為：“這是一項(xiàng)真正的創(chuàng)新,，它能夠集各種材料的優(yōu)勢(shì)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(jì)地進(jìn)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(biāo)準(zhǔn) 解決方案,。2014 年3月與奧登堡大學(xué)（Carl-von-Ossietzky-Universität Oldenburg,，德國(guó)）合作開展的臨床研究已經(jīng)證實(shí)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(guò)影像技術(shù)顯示,，位于脊椎中。
[圖片來(lái)源：Concept Laser GmbH]

脊椎籠擁有圓柱或方形幾何形狀,，必須經(jīng)過(guò)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(jìn)行制造,。[圖片來(lái)源：Concept Laser GmbH]

“Lobster”墊塊,，為脊椎提供主要穩(wěn)定的活動(dòng)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(gè)椎間盤之間（圖 3+4）,。這種由 Tsunami 開發(fā)的張開機(jī)構(gòu)是設(shè)計(jì)上的一個(gè)小奇跡：這是一個(gè)包含中央螺桿和側(cè)方齒輪的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)可將兩個(gè)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(rèn)為這種制造工藝值得注意的地方在于：這種復(fù)雜活動(dòng)部件的所有組件可以同時(shí)批量生產(chǎn),�,！癓aserCUSING 為我們提供了時(shí)間優(yōu)勢(shì)和成本結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)，另外在無(wú)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(jī)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(duì)反應(yīng)性材料,，例如鈦或鈦合金進(jìn)行加工時(shí)�,！�

       

新發(fā)展：?jiǎn)喂ば蜃甸g盤假體部件
采用增材制造技術(shù)進(jìn)行生產(chǎn)后,，部件的設(shè)計(jì)可以采用全新的思路。另一個(gè)根據(jù) Tsunami LaserCUSING增材法得出的創(chuàng)新是,，設(shè)計(jì)一種可以根據(jù)患者實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整的椎間盤假體,，同時(shí)還可作為墊塊對(duì)脊椎起到加強(qiáng)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(duì)雙聯(lián)彈簧的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行緩沖,。設(shè)計(jì)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(jìn)行調(diào)整。這種創(chuàng)新解決方案的最大亮點(diǎn)是：該椎間盤假體可以通過(guò)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(zhǔn)備階段，Tsunami 就已經(jīng)在多個(gè)方面具有競(jìng)爭(zhēng)力：一方面,，將在脊椎重建中的經(jīng)驗(yàn)帶到產(chǎn)品解決方案中,，確保患者擁有較高的活動(dòng)能力：椎間盤假體可 360o 自由運(yùn)動(dòng),，極大提高了患者的活動(dòng)能力,。同時(shí)，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(shí)，可充分發(fā)揮 LaserCUSING 方法的幾何結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì),。Stefano Caselli表示：“椎間盤假體的產(chǎn)品創(chuàng)意設(shè)計(jì)可以通過(guò) LaserCUSING 方法將幾何結(jié)構(gòu)和功能進(jìn)行靈活自由的融合,，而這種單工序生產(chǎn)解決方案是無(wú)法通過(guò)傳統(tǒng)方法完成�,？梢哉f(shuō),，我們?cè)诩棺抵亟ㄖ械闹�識(shí)是對(duì)全新增材制造方法可進(jìn)行 充分發(fā)揮作用的最好互補(bǔ)。此外,，因?yàn)槲覀兡軌蚋鶕?jù)特定的患者情況對(duì)尺寸進(jìn)行個(gè)性化調(diào)整,，所以這種解決方案非常靈活�,！�

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