案例透視金屬增材制造技術如何推動脊柱技術創新

魔猴君  知識堂   1199天前

金屬增材制造在骨科領域繼續快速發展。由于早期采用了該技術，外科醫生和醫療保健專業人員已成為高級專家用戶。3D打印植入物帶來的患者的舒適度、醫院早期積累的專業知識和制造商的創新欲望為加速3D打印產品開發并將其推向市場創造了最佳條件。本期，通過意大利Tsunami 醫療如何通過3D打印打造其核心競爭實力的案例，與谷友來共同領略3D打印如何推動骨科領域的創新。

Osseus Fusion Systems© Osseus Fusion Systems

從替代到創新

自 2021 年初以來，Tsunami 醫療這家總部位于意大利米蘭的公司已經推出了九個 3D 打印鈦脊柱融合植入物和一個椎弓根螺釘和桿系統。將如此多的新產品推向市場的能力建立在Tsunami 醫療和他的團隊多年來與外科醫生建立的牢固且值得信賴的工作關系之上，事實上，與外科醫生和臨床研究的密切合作是Tsunami 醫療研發戰略的基石。

 材料和相容性問題

Tsunami 醫療的第二代植入物結合了金屬增材技術提供的許多設計和制造優勢，以進一步推動骨科領域的創新。Tsunami 醫療的椎間（或椎間）骨向內生長籠是個創新技術，可以促進椎段的骨融合，并保持或恢復脊柱的平衡和穩定性。有幾種方法可以接近受影響的椎骨節段，因此該公司為每種特定的手術方法設計了籠子，設計了特定的器械和工具，并使用增材制造技術進行制造。如今，脊柱手術已成為整形外科醫生和神經外科醫生的常規手術，為脊柱病理提供康復解決方案，包括但不限于椎間盤退變、椎骨骨折和脊柱側彎。Tsunami 醫療不斷改進種植體設計并挑戰過去的傳統制造技術。由于材料的高生物相容性和后處理賦予適當的表面粗糙度，鈦確實促進骨骼向內生長。早期的椎間融合器由機械加工的鈦棒制成，然而，使用傳統制造方法制造的鈦籠被證明對于應用來說太硬了，而植入物需要一定水平的（微）彈性來啟動和加速骨骼生長。

PEEK具有良好的生物相容性和機械強度，以及像天然骨骼一樣的彈性。此外，它的射線可透性也允許良好的術后評估。然而，最終證明 PEEK 并不是最適合這些應用的材料。雖然它解決了傳統制造的鈦籠的問題，但已經證明 PEEK 表面沒有骨骼生長。因此，有必要重新考慮椎間融合器的基礎材料和制造工藝，這就是 3D 打印鈦合金融合器的用武之地。使用基于激光LPBF和 EBM 的增材制造技術，可以產生與天然骨骼結構相似且最適合骨骼向內生長的小梁表面。Tsunami 醫療獨特的網狀結構設計基于臨床經驗和科學研究，表明促進骨長入的理想孔徑在500至700微米之間。只有使用增材制造才能做到這一點。

這種網狀結構與Tsunami 醫療籠選項的幾何設計相結合，提供了至少相當于 PEEK 且非常接近微彈性的植入物彈性天然骨的模量。這是促進骨組織快速向內生長和在椎體之間建立所需骨橋的基本要求。

不過無法通過簡單地將現有的 PEEK 設計轉換為鈦3D打印設計來實現，僵硬的鈦籠對患者來說可能非常危險，因為它可能會脫離并穿透椎骨，導致椎骨節段失去穩定性。此外，導致植入物周圍骨組織退化的植入物下沉對患者來說是一種高風險的后果。

創新浪潮

在過去的 10 年中，為每種手術方法提供帶有獨特融合器的椎間融合解決方案本身就可以被視為一波創新浪潮。然而，專注于創新和差異化，Tsunami 醫療不斷尋找個人和更廣泛國際市場的需求，并研究增材制造解決方案。

最近，Tsunami 獲得了監管批準（CE 標志），繼成功證明第一代用于脊柱融合的增材制造手術解決方案之后，將下一代椎間融合器和螺釘和桿系統推向市場。

l 椎間融合籠

第二代增材制造解決方案建立在Tsunami 醫療多年的研究之上。該公司的第二代 3D 打印解決方案是對第一代融合解決方案的補充：一系列基于成功驗證的 Bone InGrowth Technology? 的椎間融合器，可用于所有手術方法。

這個方案有四個具有內置附加固定功能的鈦籠、四個可擴展的鈦籠和世界上第一個 3D 打印的螺釘和桿系統，適用于開放式和 MIS 手術，是用于脊柱融合的完整產品組合。

內置固定的鈦籠通過使用固定銷而不是螺釘來區別于替代方案。使用螺釘將需要更多的材料來固定螺釘，而通過使用銷釘，植入物的彈性不需要受到影響。

可擴展的椎間保持架系列完全由金屬 3D 打印的零件組裝而成。可以進行三維擴展；只需一臺儀器即可實現對高度和前凸角度的個性化調整。以下是Giannutri 的直接橫向（指手術入路）可擴張籠的示例。

Tsunami© Tsunami醫療的 Giannutri 直接橫向可擴展籠

l 椎弓根螺釘桿系統

Tsunami 醫療還將增材制造的使用擴展到椎弓根螺釘，據稱，現在提供世界上第一個全 3D 打印和 CE 標記的解決方案。

圍繞小梁蜂窩結構構建的特征螺紋超出了傳統制造的構造可能性，而只有通過增材制造才能實現空心和穿孔形狀可產生必要的強度。

Part_Medical_Tsunami© Tsunami醫療的 Ventotene 椎弓根螺釘和桿系統

Tsunami 的椎弓根螺釘和桿的 Ventotene 系統最近獲得了 CE 標志。要獲得此認證，系統必須隨著時間的推移表現出強大的強度和抵抗力。椎弓根螺釘必須承受的最嚴格的測試，要求連接到尼龍模型的螺釘承受 180 N 的強度，持續 500 萬次循環，據了解Ventotene 螺釘已被證明可承受高達 1000 萬次循環。

Medical_Tsunami© Tsunami醫療的解決方案經過嚴格測試

與傳統加工產品相比，Tsunami 的 Ventotene 增材制造螺釘的生物相容性和機械性能提高了 20%。它們的小梁結構在骨骼上提供了更好的粘合，并允許在必要時從空心螺釘內添加水泥。

由于螺釘不是由實心材料制成，因此它們最大限度地減少了鈦的使用并呈現較低的放射足跡，提高了外科醫生對周圍骨組織的可見性。

至于保持架，在增材工藝中使用鈦合金可提供適當水平的微彈性，以構建“骨橋”以加強椎骨結構。

Ventotene 螺桿系統目前正在美國市場接受 ASTM 測試，這些測試類似于歐洲 CE 標志所需的測試。

 全球發展

鑒于大多數Tsunami醫療的客戶都在意大利以外，國際標準和認證工作與Tsunami醫療的全球增長軌跡密不可分。除了這項工作，Tsunami醫療正在為特定的地理區域簽署分銷協議。不斷增長的創新、增材制造驅動的差異化手術解決方案組合，這是金屬增材制造技術推動脊柱技術的發展邏輯。

來源：https://www.3ddayin.net/xinwenpindao/shendujiedu/40609.html