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华曙高科与普林特联手助力3D打印钽金属垫块全膝关节翻修手术

 近日,84岁的张金贵老人在中国人民解放军陆军军医大学附属西南医院关节外科,接受了全球首例个性化3D打印钽金属垫块植入的全膝关节翻修手术。该手术中使用的3D打印钽金属垫块,是由株洲普林特增材制造有限公司采用工业级3D打印领航企业华曙高科金属3D打印技术制作的。术后第一天,老人就能在帮助下下床活动、行走,手术后一周左右,老人就可出院进行后续康复治疗、训练。

华曙高科3D打印钽金属垫块

据手术主刀医生、西南医院关节外科主任杨柳介绍,张金贵老人左侧膝关节置换手术26年后胫骨假体下沉,需要设计3D打印钽金属垫块垫高胫骨托,要求在保证材料强度的条件下,整体做成多孔结构,多孔结构及孔隙率参照ZIMMER的钽金属样件,使其恢复正常状态。

不过,应用于医疗领域的3D打印级钽粉一直是困扰产业界的一个难题,同时,钽金属熔点接近3000℃,目前市面上大部分的3D打印设备,都无法实施钽金属打印。经过多方考察,株洲普林特选择了华曙高科先进的金属3D打印技术,并经反复设计和研究,成功生产出钽金属3D打印骨缺损垫块。

▲图为在株洲普林特运行的华曙高科全球首款开源可定制金属3D打印设备FS271M

▲图为胫骨骨托替换位置及ZIMMER钽金属多孔样件

多次实验选择最优数据

早在2016年,华曙高科3D打印应用研发团队便对金属3D打印技术进行了系统的研究,攻克了钨、钽、铜、镍基高温合金等13种3D打印金属粉末材料激光精密成形的种种难点,成为国内率先成功烧结钨、钽材料的3D打印企业,并将其广泛应用于汽车、航空航天、医疗等领域。

株洲普林特增材制造有限公司是国内唯一一家拥有生产3D打印级钽粉专有技术的企业。"院方对患者膝盖进行三维CT扫描,获得骨骼正常时期及受损后的形态、密度等数据,我们据此建模,最终为患者量身打印修复件。"株洲普林特增材制造有限公司副总经理王国华介绍。

为满足全膝关节翻修手术植入物标准,华曙高科与株洲普林特合作,设计了多种基于不同孔隙率的多孔结构压缩样块,并使用原参数与优化填充参数分别打印三种孔隙率样块进行压缩实验。通过实验证明,孔隙率降低可以明显增加抗拉强度以及杨氏模量。技术人员反复经过多次实验测试发现,经过优化后的垫块重量更适合植入人体。

▲图为经过优化的3D打印金属钽垫块

多方合作助力手术圆满完成

2017年11月21日12时32分,手术按预期设计方案圆满顺利完成。各方合作为患者量身定制的3D打印钽金属垫块具备良好的贴合度和表面粗糙度,完美填充了巨大骨缺损,确保了骨缺损后钽金属垫块植入的初始稳定性,表面粗糙多孔的金属骨小梁设计又可以使自体骨快速长入金属孔隙內,从而获得假体与自体骨的长期稳定,手术的操作流程大大简化,手术时间大幅缩减,并减少了手术并发症,也使得假体植入后的长期稳定性得到有效保证。

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