3D打印陶瓷作为骨移植和支持

当重建手术需要骨移植时，目前的黄金标准是从病人自己的身体中提取骨组织。这种自体移植物有很好的机会成功地替代因创伤或疾病而受损的骨头，并导致完全康复。然而，大多数经历过这种手术的患者表示，他们不会再这样做了。

为什么不？骨移植收获是侵入性的，需要大面积的提取 - 在大多数情况下，从髋髋或腓汞中取出移植物。通常在单独的程序中收集骨组织，这意味着两倍的手术，增加患者的疼痛和并发症的危险倍增。另外，主要手术可以是长一个，因为必须用手包装和塑造移植物的必要性。即使是成功的骨移植程序也不是患者的角度舒适或容易的。

自体骨移植的替代品包括尸体和牛，但最有希望的选择可能是人工骨。生物陶瓷,如磷酸三钙(TCP)正在取得进展,和发展的3 d打印这些材料的方式指向未来植入可以定制每个个体的解剖,同时消除二次手术,减少所花费的时间在手术室,导致更好的病人体验。

如何3D打印陶瓷

目前正在探索3D打印人造骨领域的公司是奥地利的Lithoz，一家3D打印机和材料开发商。该公司基于光刻技术的陶瓷制造(LCM)技术和CeraFab 3D打印机已应用于一系列陶瓷，包括TCP，以及镁、陶瓷和氧化锆(稍后会详细介绍)。

LCM工艺是一种数字光处理(DLP) 3D打印技术，它使用光选择性地固化填充了二级粉状材料的聚合物树脂浆，使其成为初始绿色部分。

“绿体是由具有散射陶瓷颗粒的聚合光塑蛋白组成的复合材料，”Lithoz医疗业务部门的Daniel Bomze解释说明。在将多余的浆料清洁的绿色部分后，将其放入炉中以燃烧光抗蛋白粘合剂并达到其最终陶瓷部件性质。“烧结过程确保我们将最终实现经典陶瓷特性 - 例如，高硬度，高强度和磨损，以及光滑的表面，”Bomze说。

但对于骨移植替代品，一种像TCP这样的材料有点不同的目的;材料的优势而不是力量和硬度，而不是力量和硬度，是生物相容性和可再吸收性。TCP类似于天然骨的无机含量，可用作促进患者自己的骨组织的再生的临时解决方案。随着这种再生的发生，TCP植入物最终将溶解在患者的身体中以完成愈合过程。

粉状TCP在传统手术中使用，它与病人自己的血液混合成膏状，用手涂抹在受伤部位。但将材料3D打印成固体形式的能力提供了新的好处。植入物可以根据CT扫描或MRI的3D数据精确地做出所需的大小和形状;这意味着外科医生的手工工作量减少，手术室的时间也缩短了。3D打印还能够结合设计特征，以促进和鼓励骨生长，如晶格和表面粗糙度，为原生骨提供锚点。虽然TCP晶格结构并不意味着可以长期耐用，但它们可以提供足够的稳定性，让身体的脆弱区域，如颧骨或眼眶自行愈合。

取代松配和皮质骨骼

但是，3D打印骨移植替换为许多手术制定了一部分问题。人体骨骼由两种皮质组织组成，所述皮质组织形成内部的硬外部和海绵状松质骨。TCP仅适用于松质骨骼;对于诸如下颚的区域，还有必要替换或增强皮质骨骼。

从历史上看，这意味着使用由钛和PEEK等材料制成的植入物，以提供刚度和强度。但3D打印陶瓷现在提供了另一种解决方案，一种可以与人工打印骨骼替代品一起使用的方法。

Lithoz的研究人员开发了一种用于颌骨重建的概念验证解决方案，一种结合了可吸收TCP骨移植替代材料和由另一种生物陶瓷——氧化锆制成的刚性外笼的下颌骨cage植入物。混合解决方案由三部分组成，氧化锆网箱和两个TCP插件，可以插入网箱的几何形状。由此产生的植入物将提供稳定和骨长入所需的帮助患者的下巴愈合。氧化锆笼可以永久留在原地，而TCP内部溶解随着时间的推移。

“通过结合非常高的强度，非常高的材料在愈合相期间给予适当的稳定性，在这种情况下，氧化锆笼和有助于身体形成新的健康骨骼的生物可吸收材料，在这种情况下，磷酸三钙，我们结合了来自两个世界的解决方案，“Bomze说。

（为什么不打印大会完成？烧结过程对于两种原料都不同，如果将它们烧结在一起，则会更加困难，如果它们被烧结在一起，则Bomze说。绿色陶瓷部分在烧结中的收缩可以在25之间30％，并且依赖于每种材料。现在，可以通过单独构建两个部分并将它们组合来实现最佳结果。）

定制3D打印陶瓷植入物

目前还没有患者接受过Lithoz双材料植入物的治疗。然而，TCP和氧化锆已经安全地用于其他类型的植入物，至少有一项正在进行的研究在非承重场景中单独使用3D打印TCP植入物，到目前为止已经成功。

但LCM和双重材料植入物的真正承诺是能够将它们定制到患者自己的解剖学。在路上，Lithoz希望能够装备医疗制造商和他们与之合作的外科医生，以便能够建立所需的Zirconia笼，并准确地使用CT扫描或MRI数据适合内部的TCP格子。

“我们想让人们思考各种可能性……”

“[外科医生]甚至可以为同一患者制作多个植入物，所以他可以确定，如果他必须服用更多的癌症，那么他仍然拥有完美的拟合植入物，”伯泽说。确保完美合适的能力“也可以大大减少操作剧院的时间，这对患者来说是一种益处，同时有助于降低成本。”

即使这种字面上的下颌结构从来没有在病人身上使用过，Bomze和他的同事们相信这是一个有效的案例研究。

他说:“我们想让人们思考LCM技术带来的可能性，以及解决他们的问题的方案，这些问题目前可能与光刻陶瓷制造技术有关，但目前还无法实现。”