顱骨修補是腦外科最常見的一種手術。由于個體差異巨大,顱骨植入物除了對生物相容性和機械性能有著嚴格的要求外, 對個性化的需求也極高 。作為3D打印在醫(yī)療領域的重要應用,激光(電子束)打印的鈦合金和FDM技術制造的PEEK在顱骨修復方面發(fā)揮了重要作用。本期,我們就來探討這兩種材料顱骨修復體的傳統(tǒng)和3D打印制造方式,以及他們所面臨的問題 。
醫(yī)用鈦合金材料:
1、醫(yī)療優(yōu)點
醫(yī)用鈦合金具有較好的生物相容性和機械強度,易加工、費用相對低廉。采用該材料制造的鈦網和鈦板植入物,通過鈦釘就能固定, 一直是國內神經外科醫(yī)師和患者治療顱骨缺損的首選 。
2、加工方式
臨床上,鈦合金顱骨植入物加工方式有印模和多點成形,數控加工以及 3D打印。
3、缺點
鈦合金在術后CT或MRI成像高亮,患者術后顱內植入物附近如果出現(xiàn)血腫或腫瘤,影像上會比較難判定;而且鈦的模量比骨骼高 2-3 個數量級,應力屏蔽可引發(fā)骨溶解與松動;金屬熱傳導的問題也會使患者對天氣變化更加敏感。這些 材料本身的固有屬性影響了醫(yī)療效果,而通過結構設計進行3D打印梯度、多孔材料制造可有效減少不良影響 。
PEEK材料
1、醫(yī)療優(yōu)點
PEEK是一種高分子材料,具有良好的生物相容性、耐磨性和穩(wěn)定的化學特性, 可以用高溫蒸汽或伽馬輻照消毒 。自20世紀80年代起,PEEK主要用作椎間融合器和人工關節(jié)置換材料, 2009年首次有報道采用PEEK進行顱骨重建,并表現(xiàn)出廣闊的應用前景。
PEEK可塑性強,其彈性、強度、隔熱性、穩(wěn)定性等方面都 與自體顱骨相當,所以一般不會有排異反應 。X射線可穿透,不具有磁性,在CT或MRI圖像中無偽影,不影響患者術后影像學分析。
PEEK的熔點極高(玻璃化溫度 143℃,熔點達到343℃),使其 加工極其困難 。目前,國內可用于 PEEK 材料成形的方法主要包括數控加工和快速成形兩種。
數控加工是當前國內PEEK材料成形的主流的方法,通過數控加工模具,采用注塑的辦法來完成 PEEK 材料的成形,但采用這種方法加工的缺點是 材料浪費非常嚴重,加工成本非常高 。
第二種方法是3D打?。ㄈ廴诔练e、激光燒結),相較于數控加工, 3D打印提高了PEEK制造的靈活性 ,克服了材料浪費、難加工等困難,制造速度也是顯而易見的。
PEEK相較于鈦合金有著很多優(yōu)點,然而該材料在目前的推廣上卻有很多困難,主要問題還是受限于材料和加工手段。 PEEK的價格極其昂貴 ,國際市場上標準級的PEEK售價一般為 70-80 美元/Kg, PEEK 個性化顱骨的手術費用則至少是鈦合金的 3-5 倍 。