脊椎重建的創新3D打印解決方案
健康的脊椎對人的生活質量和活動能力也有著非常重要的意義。當人的脊椎發生問題的時候，常需要以微創形式將塑料或金屬制成的部件植入到人體內。在患者和外科醫生看來，這些植入物能夠在脊椎重建過程中創造“小小的奇跡”——經過小規模的干預之后，患者就能在短時間內恢復脊椎的支撐功能和運動機能。這些植入物的設計、功能和制造需要大量的知識儲備作為基礎。
脊椎籠（ spine cage）是一種用于調平和減輕脊椎壓力的植入物。椎間盤產生問題的患者，通常會以微創形式結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，PEEK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，這種材料具有優秀的生物兼容性，其在過敏性方面的特性同樣優異。過去，一般通過傳統方法使用鈦制造這種脊柱籠，然而在某些情況下，鈦部件會對骨結構產生不利影響。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勢就是，它具有與骨相當的壓縮特性或彈性（彈性模量）。此外，PEEK 植入體不會在 MRT（核磁共振成像）中產生圖像偽影，手術醫生可以很好地根據影像技術進行定位。PEEK 脊柱籠的劣勢在于缺少融入到骨結構中的能力，在長期使用之后可能需要重新置入。而3D打印技術將鈦金屬材質重新帶回脊柱籠制造領域，使得鈦金屬在結構學上具有優秀的生物兼容性。
來自Modena（意大利）的Tsunami Medical Srl 公司 是一家脊椎植入物的系統開發商。因此，該公司不僅提供用于重建受損脊椎功能的植入物，還供應幫助外科手術醫生成功開展手術的輔助工具或器械。其目標是加強脊柱，以此保證患者的活動能力。
用先進的激光熔融法制造脊椎籠 借助Concept laser的LaserCUSING 的增材式金屬激光熔融技術應用到“脊椎籠”的生產領域，可以很好地保留鈦和 PEEK 方案中的優勢而消除兩者的劣勢。現在，采用金屬激光熔融法制造出的鈦材質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雜幾何結構的同時，卻無需后續處理即可保證最佳的表面結構。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構（嵌入式網狀結構），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患者的實際解剖條件經濟地生產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。采用激光熔融法制成的脊椎籠擁有能夠嵌入骨結構的生物兼容性，和符合解剖條件的彈性。手術醫生可以在 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濟地進行定制或小批量生產。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。
圖：脊椎籠擁有圓柱或方形幾何形狀，必須經過后續處理。為了保證最佳的幾何形狀和表面結構，可采用激光熔融法進行制造 / 圖片來源：Concept Laser
“Lobster”墊塊是Tsunami 公司的另一大創新。這是一種可以張開的墊塊，可在脊椎重建手術中安放在兩個椎間盤之間。這種由 Tsunami 開發的張開機構是設計上的一個奇跡：這是一個包含中央螺桿和側方齒輪的傳動機構，該機構可將兩個翼片張開。使用 Concept Laser 的 Mlab cusing R 設備和 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。
圖：張開的鈦制“Lobster”墊塊，可在脊椎重建手術中安放在兩個椎間盤之間 / 圖片來源：Concept Laser
圖：“Lobster”墊塊，通過影像技術顯示，位于脊椎中 / 圖片來源：Concept Laser
采用增材制造技術進行生產后，部件的設計可以采用全新的思路。Tsunami通過LaserCUSING 增材制造方法得到的創新方法是，設計一種可以根據患者實際情況進行調整的椎間盤假體，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彈簧構成。殼體的表面可確保完美適應脊椎結構。雙聯彈簧由鈦制成，內核中填充了硅，可以對雙聯彈簧的運動進行緩沖。設計或距離尺寸可以根據患者的解剖條件和外科醫生的要求進行調整。這種創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在單工序流程中“一次”制造完成。這種產品解決方案省去了后續的裝配步驟。
目前，Tsunami 已經在多個方面具有競爭力：一方面，將在脊椎重建中的經驗帶到產品解決方案中，確保患者擁有較高的活動能力：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，雙聯彈簧和硅內核確保具有理想的彈性；另一方面，在尋求建設性的解決辦法時，可充分發揮 LaserCUSING 金屬增材制造技術在產品自由形狀的幾何結構方面的優勢。椎間盤假體的產品創意設計可以通過 LaserCUSING 方法將幾何結構和功能進行靈活自由的融合，而這種單工序生產解決方案是無法通過傳統方法完成。
(責任編輯：admin)
3D打印市場規模不斷擴大，
工信部：去年全球3D打印產
2020年，全球3D打印產業規
工業級3D打印設備占主流，
3D打印，制造業的未來
三年后市場規模可達56億，
