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EOS增材制造3D打印技术帮助橘猫西拉诺重获新生

更新时间:2020-03-26 | 浏览次数:185次

摘要: 通过CT扫描西拉诺后腿获得3D数据,然后使用 Materialise 的 MIMICS软件制作了植入物组件的3D设计模型。Marcellin-Little博士的团队将BioMedtrix用于狗...

  西拉诺是一只生活在美国弗吉尼亚州的橘猫,有着一位非常爱它的主人。然而,在它 9 岁那年,左后腿不幸得了骨癌。西拉诺的主人将它带到科罗拉多大学进行治疗,西拉诺成为第一只接受立体定向放射(聚焦于肿瘤的射线)治疗的猫。放射治疗治愈了它的癌症,但副作用使得其股骨远端和胫骨上端出现了骨质退化。针对骨质退化,通常的做法是进行截肢。但西拉诺重达 26 磅,一旦截肢后,用三只腿走路会非常困难,所以不推荐截肢。




  于是考虑采用人工膝关节完全置换猫的膝关节,这在美国是首例。西拉诺的主人将它带到罗利北卡罗来纳州立大学的兽医实验室,会见了兽医和骨科教授 Denis Marcellin-Little 博士以及工业与系统工程(ISE)部门的 Ola Harrysson 教授。

  由于猫的关节植入物非常小,并且关节的骨骼结构质量较差,需要使用骨头来将植入物组件与骨柄固定住。骨柄的增加以及与定制钻孔和切割导轨相匹配的功能的结合,使金属零件的形状难以通过传统的加工工艺制造。最终决定使用 EOS 3D打印金属激光烧结技术(DMLS)来制作人工膝关节的两个主要组件。


  从骨科的角度来看,最终植入的膝关节需要实现不同纹理的表面效果。在凹陷的股骨和胫骨内部延伸的两个骨柄略有纹理,以促进骨骼向内生长。而股骨和胫骨组件的上方需要一个多孔网格区域,可促进后期的骨结合。骨柄为植入物提供了短期稳定性,带纹理的网状表面则将促进长期稳定性。最后,每个钴铬合金结构末端的支撑表面必须进行极度抛光,以使其能够实现平稳地运动。
  通过CT扫描西拉诺后腿获得3D数据,然后使用 Materialise 的 MIMICS 软件制作了植入物组件的 3D 设计模型。Marcellin-Little 博士的团队将 BioMedtrix 用于狗的膝关节植入物缩小化,然后增加了骨柄,固定用的螺栓,以及为西拉诺量身设计的其他功能。西拉诺的膝关节植入物大小近似于人体的手指指关节大小。
  3D打印金属植入物由 EOS 德国总部制作完成后,经过 BioMedtrix 后处理加工,然后移交给手术团队。对于材料的选择上,虽然钛对有助于骨骼的生长,但比钴铬软得多。钛质股骨头上的负载最终会使其磨损,最终会造成破裂。因此钴铬是最好的选择。
  通过使用增材制造技术,所有这些纹理都可以轻松实现。Harrysson 教授表示:“ EOS 3D打印技术不仅为我们提供了骨科植入物的最大设计自由度,还实现了将骨整合表面纹理集成到植入物中。”传统制造的植入物通常在后期处理中添加表面纹理,例如等离子喷涂等。DMLS 技术可以实现更精准的表面效果,设计人员可以指定孔的大小、密度和孔隙结构的布局。
  最终手术耗时 6 个小时,进展非常顺利。“这种植入物以前从未做过,也从未尝试过这种手术,” Marcellin-Little 博士说,“正如我们所推测的那样,西拉诺的股骨远端骨质非常差,如果没有设计的骨柄,即使我们使用了骨水泥,股骨组件也根本不会稳定。”
  手术后,西拉诺开始了漫长的康复和治疗之路。它表现不错,除了可观察到的跛行,已经可以正常使用腿部和关节。西拉诺表现得非常冷静和镇定。自癌症之后,经过一系列治疗康复后,西拉诺恢复了往日正常的生活。