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EOS增材制造3D打印技術(shù)幫助橘貓西拉諾重獲新生

更新時(shí)間：2020-03-26 ｜ 瀏覽次數(shù)：1327次

摘要: 通過(guò)CT掃描西拉諾后腿獲得3D數(shù)據(jù)，然后使用 Materialise 的 MIMICS軟件制作了植入物組件的3D設(shè)計(jì)模型。Marcellin-Little博士的團(tuán)隊(duì)將BioMedtrix用于狗...

　　西拉諾是一只生活在美國(guó)弗吉尼亞州的橘貓，有著一位非常愛(ài)它的主人。然而，在它 9 歲那年，左后腿不幸得了骨癌。西拉諾的主人將它帶到科羅拉多大學(xué)進(jìn)行治療，西拉諾成為第一只接受立體定向放射（聚焦于腫瘤的射線）治療的貓。放射治療治愈了它的癌癥，但副作用使得其股骨遠(yuǎn)端和脛骨上端出現(xiàn)了骨質(zhì)退化。針對(duì)骨質(zhì)退化，通常的做法是進(jìn)行截肢。但西拉諾重達(dá) 26 磅，一旦截肢后，用三只腿走路會(huì)非常困難，所以不推薦截肢。




　　于是考慮采用人工膝關(guān)節(jié)完全置換貓的膝關(guān)節(jié)，這在美國(guó)是首例。西拉諾的主人將它帶到羅利北卡羅來(lái)納州立大學(xué)的獸醫(yī)實(shí)驗(yàn)室，會(huì)見(jiàn)了獸醫(yī)和骨科教授 Denis Marcellin-Little 博士以及工業(yè)與系統(tǒng)工程（ISE）部門的 Ola Harrysson 教授。

　　由于貓的關(guān)節(jié)植入物非常小，并且關(guān)節(jié)的骨骼結(jié)構(gòu)質(zhì)量較差，需要使用骨頭來(lái)將植入物組件與骨柄固定住。骨柄的增加以及與定制鉆孔和切割導(dǎo)軌相匹配的功能的結(jié)合，使金屬零件的形狀難以通過(guò)傳統(tǒng)的加工工藝制造。最終決定使用 EOS 3D打印金屬激光燒結(jié)技術(shù)（DMLS）來(lái)制作人工膝關(guān)節(jié)的兩個(gè)主要組件。


　　從骨科的角度來(lái)看，最終植入的膝關(guān)節(jié)需要實(shí)現(xiàn)不同紋理的表面效果。在凹陷的股骨和脛骨內(nèi)部延伸的兩個(gè)骨柄略有紋理，以促進(jìn)骨骼向內(nèi)生長(zhǎng)。而股骨和脛骨組件的上方需要一個(gè)多孔網(wǎng)格區(qū)域，可促進(jìn)后期的骨結(jié)合。骨柄為植入物提供了短期穩(wěn)定性，帶紋理的網(wǎng)狀表面則將促進(jìn)長(zhǎng)期穩(wěn)定性。最后，每個(gè)鈷鉻合金結(jié)構(gòu)末端的支撐表面必須進(jìn)行極度拋光，以使其能夠?qū)崿F(xiàn)平穩(wěn)地運(yùn)動(dòng)。
　　通過(guò)CT掃描西拉諾后腿獲得3D數(shù)據(jù)，然后使用 Materialise 的 MIMICS 軟件制作了植入物組件的 3D 設(shè)計(jì)模型。Marcellin-Little 博士的團(tuán)隊(duì)將 BioMedtrix 用于狗的膝關(guān)節(jié)植入物縮小化，然后增加了骨柄，固定用的螺栓，以及為西拉諾量身設(shè)計(jì)的其他功能。西拉諾的膝關(guān)節(jié)植入物大小近似于人體的手指指關(guān)節(jié)大小。
　　3D打印金屬植入物由 EOS 德國(guó)總部制作完成后，經(jīng)過(guò) BioMedtrix 后處理加工，然后移交給手術(shù)團(tuán)隊(duì)。對(duì)于材料的選擇上，雖然鈦對(duì)有助于骨骼的生長(zhǎng)，但比鈷鉻軟得多。鈦質(zhì)股骨頭上的負(fù)載最終會(huì)使其磨損，最終會(huì)造成破裂。因此鈷鉻是最好的選擇。
　　通過(guò)使用增材制造技術(shù)，所有這些紋理都可以輕松實(shí)現(xiàn)。Harrysson 教授表示：“ EOS 3D打印技術(shù)不僅為我們提供了骨科植入物的最大設(shè)計(jì)自由度，還實(shí)現(xiàn)了將骨整合表面紋理集成到植入物中?！眰鹘y(tǒng)制造的植入物通常在后期處理中添加表面紋理，例如等離子噴涂等。DMLS 技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)更精準(zhǔn)的表面效果，設(shè)計(jì)人員可以指定孔的大小、密度和孔隙結(jié)構(gòu)的布局。
　　最終手術(shù)耗時(shí) 6 個(gè)小時(shí)，進(jìn)展非常順利?！斑@種植入物以前從未做過(guò)，也從未嘗試過(guò)這種手術(shù)，” Marcellin-Little 博士說(shuō)，“正如我們所推測(cè)的那樣，西拉諾的股骨遠(yuǎn)端骨質(zhì)非常差，如果沒(méi)有設(shè)計(jì)的骨柄，即使我們使用了骨水泥，股骨組件也根本不會(huì)穩(wěn)定?！?/span>
　　手術(shù)后，西拉諾開(kāi)始了漫長(zhǎng)的康復(fù)和治療之路。它表現(xiàn)不錯(cuò)，除了可觀察到的跛行，已經(jīng)可以正常使用腿部和關(guān)節(jié)。西拉諾表現(xiàn)得非常冷靜和鎮(zhèn)定。自癌癥之后，經(jīng)過(guò)一系列治療康復(fù)后，西拉諾恢復(fù)了往日正常的生活。