从捐献者到商店再到外科手术

在再生科技公司，每一块芯片都是珍贵的。RTI用于精密机械移植的材料是从捐献的人体组织中提取的，而不是金属合金坯料。RTI位于佛罗里达州Alachua，加工骨、软骨、肌腱和韧带，以制作用于修复和促进各种骨和组织缺损愈合的植入物，用于包括肌肉骨骼重建、骨折修复和脊柱修复等程序。将人体组织从一个人移植到另一个人的这种移植称为“同种异体移植”。

RTI旨在减少手术时间，提高外科医生的方便性。这些目标最好通过使用人体组织(很快也会是牛组织)来实现，这些组织的形状与手术过程相适应。通过数控加工完成成型。

RTI主要将数控加工应用于同种异体脊柱移植，包括颈椎和腰椎手术中使用的块、楔子、螺纹销钉和环。该公司的Cornerstone ASR cortex - cancellous Block就是一个例子。这种“工程异体骨移植”是由两个皮质骨楔(骨头的外部坚硬部分)围绕着一个中央的、愈合更快的松质骨部分(骨头的内部海绵部分)组成的多层部分。这三个部件是用压合骨钉固定在一起的。(见上图)。

虽然材料和产品是不寻常的，但RTI的机器商店在许多方面都有类似的传统商店。该公司符合生产截止日期，适应设计变更，解决了固定问题，提供原型，并解决了生产共同的其他问题。

许多确实存在的差异只是程度问题。例如，每个机加工车间都熟悉流程工作流程的重要性，工作区域清洁度的需求以及批次间材料变化带来的挑战。RTI的机械师也面临同样的问题。然而，它们的加工环境使得与这些问题相关的困难确实不同寻常。

工作流程

供体材料到达后，要经过严格的筛选过程。用钢丝刷轮或手术刀将组织从骨头上去除。然后用带锯子将骨头(如股骨)切成同种异体骨块。这个过程需要相当多的技能，与经验丰富的带锯机操作员计划削减，以最大限度地从给定的骨头产量。

然后用数控车床和铣床加工毛坯。使用OmniTurn GT-Jr车床车削销和尺寸，而铣削是在Fadal 904-1L加工中心使用专用夹具和高速钢或硬质合金工具。在任何必要的组装步骤之后，骨头会使用RTI的“生物清洁”过程进行消毒，这一过程消除了任何细菌、真菌、孢子和病毒(也会让骨头看起来完全白色)。骨头现在可以作为惰性支架，随着时间的推移被身体吸收。事实上，一旦周围的骨头有机会生长到移植的骨头中(手术后几个月)，植入物几乎不可能在x光中被发现。在BioCleanse之后是冻干(类似于冷冻干燥)，这个过程允许最后的部分不需要冷藏就可以在医院储存。包装和检验完成生产过程。

工作区域清洁

防护服和相关的预防措施也采取了不同的维度，为RTI机械师。员工穿戴个人防护设备，保护骨骼免受机械师的伤害，也保护(可能)机械师免受骨骼的伤害。此外，没有人员或设备进入或离开受控的生产区域“核心”没有清洗或消毒。所有工装都要先用消毒剂消毒，然后用异丙醇擦拭干燥后才能带入洁净区。对于切削液，RTI只使用异丙醇，这种选择可以作为消毒剂、去除切屑的润滑剂和干燥剂。

最后，为了安全起见，机械师要像对待感染的组织一样对待所有的组织。如果核心发生损伤，机械师将被护送出去接受医疗护理，并进行感染检测。

批次材料变化

对于更传统的车间，金属库存的变化可能包括可加工性和机械性能的差异，以及与残余应力相关的加工零件变形。

同样，RTI供体的年龄和性别不同，导致了密度、弹性模量和屈服强度的变化。即使是来自单个捐赠者的一块骨头，其属性也会因点而异。RTI通过在加工前对组织进行称重来解决这个问题。这给出了骨密度的指示，而骨密度已被证明与材料强度密切相关。如果没有达到最小重量，组织就会被排斥。

骨骼也与金属和塑料不同，因为它是各向异性的。这意味着其属性随方向而变化。与木材相似，骨骼具有“谷物”，其强度随这种晶粒方向而变化。RTI在设计阶段考虑这一点。例如，商店的销加工策略要求晶粒方向与销轴对齐。

产品产量

从组织中获得有效数量的移植物是至关重要的。RTI的机加工和装配技术的结合帮助车间实现这一目标。“人体解剖学限制了移植物的大小。装配使移植得以实现，这是其他方式无法实现的，”业务部门经理厄尔·琼斯说。“在没有这项技术的情况下，一个6英尺9英寸的病人的同种异体移植物必须来自同样身高的捐赠者。”

随着产品需求的增加，提高产量的压力也越来越大，这就要求计量和质量控制。RTI最近与佛罗里达大学机床研究中心的研究人员合作，以更好地了解ASR皮质松质阻滞的压合连接中零星故障的原因。供体变异似乎起了作用，因为弹性模量和屈服强度取决于骨密度。再加上加工零件尺寸的变化和后处理步骤(包括生物清洗和冻干)的变化，总的结果使RTI面临着熟悉的质量控制困难，即区分因果关系。

在正在进行的研究中，在棕色和夏普微导PFX坐标测量机上测量来自多个供体的组织。在引脚插入之前，加工和装配序列被中断。对于每个供体，从夹具中除去一半的组织，其余部分留在适当位置。孔和销直径由触发探测确定，然后继续将组装过程继续为夹具中的那些组织。通过剩余的过程，RTI和UF跟踪自由和组装的部分，希望更好地了解压配连接。基于加工后的相对尺寸变化，生物素和冻干，RTI可以决定哪些过程需要更严格的控制水平。

机械师的角度来看

当然，RTI加工最不寻常的方面是材料本身。RTI机械师Jason Bootle描述了切割金属和切割骨骼之间的一些区别。骨加工可能是一个不寻常的挑战，但对于那些面临这一挑战的人来说，这里有一些相关的观点:

• 为了避免骨头碎裂(像木头一样)，骨头的喂食率通常较低。
• 加工中心操作员对获得高成品率起着关键作用。坯料必须在夹具中正确定位，以便在不牺牲皮质钢板大小的情况下从皮质骨中取出松质骨。
• 同样的工具通常用于粗加工和精加工。
• 较高的齿通过频率会导致零件外表面“烧焦”。事实上，材料的气味通常会在切割条件过于激烈的情况下发生变化。
• 刀具生活通常不是一个问题，尽管这些工具最终会沉闷（在1到2个月内）。增加碎片
  通常表示需要更换工具。

关于作者:Tony L. Schmitz是位于佛罗里达州盖恩斯维尔的佛罗里达大学机床研究中心的助理教授。