導讀：鈦及鈦合金因其良好的生物相容性被廣泛的應用在骨科、牙科、口腔等醫用領域，在結合了3D打印技術的一體化構建能力后，鈦合金可以被加工成具有復雜結構、個性化定制化的醫用植入物。3D打印鈦合金植入物的新模式極大減少了原材料浪費，節約了人工和時間成本，這是傳統加工所不具備的能力，未來也將擁有更為廣闊的發展空間。
2022年5月11日，南極熊獲悉，一組來自韓國醫院的研究人員進行了一項回顧性研究，以驗證定制化3D打印鈦合金植入物在患者頜面骨上的有效性和安全性。
研究期間共觀察了16名患者，他們分別都接受了各種頜面部缺陷的重建手術。患者被安裝了定制的鈦合金植入物，并在連續數個月的時間里接受了長期的隨訪。
在安裝的28個植入物案例中，只有一個未能成功地與骨結合，而其他植入物在治療各種口腔和頜面缺陷方面展現出令人滿意的結果。
△鈦合金重建腫瘤引起的下頜骨缺陷。圖片來自《Nature》。
3D打印頜面部植入物
一段時間以來，為了提升治療效果，3D打印已被多次用于制備患者輔助醫用器械的手術指南中。最近，研究人員開始在實驗的基礎上利用3D打印來制造可以植入患者頭骨的面部移植物。例如，德克薩斯A&M大學的科學家們已經開發出一種新型的3D打印支架，直接促進手術后的骨細胞生長。
關于更多的終端應用，魁北克工業研究中心（CRIQ）已經部署了一臺GE Additive Arcam Q10 3D打印機，以加快制備病人特定的下頜骨植入物，而保利斯塔大學的研究人員，已經為一位巴西癌癥幸存者3D打印了一個面部修復體，其中包括她的整個右眼結構。
最近，加拿大衛生部批準了其第一個加拿大制造的3D打印醫療植入物，這是一個可定制的下頜骨板，主要用于口腔并發癥患者的面部重建手術。
△鈦合金下頜骨上的牙科植入物。圖片來自《Nature》。
回顧性研究
自體骨移植或植入是用于治療口腔和頜面缺陷的主要方法，雖然它們具有廣泛的生物相容性，但可能存在關于供體部位發病率、手術失敗和再手術困難的問題。
數字技術的快速發展為口腔頜面外科領域開辟了新的途徑，3D打印技術使手術更快、更準確，特別是在鈦合金材料方面，其生物相容性已經過驗證，可以作為牙科植入物。
該研究記錄的手術中使用的頜面部鈦合金植入物是通過電子束熔化（EBM）和選擇性激光燒結（SLS）工藝3D打印的。總共有28個植入物被3D打印出來，然后被插入16名不同患者的上頜骨（面部的主導部分）、下頜骨（下顎）或顴骨（臉頰/乳頭）。
這些病人中，有7名女性和9名男性，年齡從9歲到78歲不等。共對28個缺陷區域進行了手術，包括5個下頜段、9個顴骨、10個下頜體、角或下巴，以及4個上頜區域。
然后進行了長期隨訪，每個病人的隨訪時間從8到79個月不等。該研究主要分析了鈦合金種植體的骨融合情況，但也記錄了術后感染、種植體錯位、功能效果、患者滿意度、沉降、種植體周圍的骨溶解以及出現的任何并發癥。
研究發現，在28個種植體中，只有一個沒有與骨結合。CBCT分析顯示，術后6個月的骨融合率為96.5%。該研究還觀察到，鈦合金植入物周圍沒有出現骨溶解（一種骨組織被破壞的漸進式狀況）或沉降。
根據該研究，參加試驗的患者總體上對他們的手術結果在美學和功能上都很滿意。不過，在五名進行顴骨重建的患者中，有兩名患者由于對植入物的外觀不滿意而接受了修復手術。
△Treacher-Collins綜合癥患者的照片。圖片來自《Nature》。
回顧植入物
根據是否需要穩定性，3D打印的植入物的骨與植入物接口被設計成網狀或固體狀。由于發現網狀鈦合金植入物的粗糙表面更有可能融入患者的骨骼，所以這款植入物是首選。
SLS能夠在高的燒結溫度下對鈦等金屬進行增材制造，然而該技術由于尺寸精度有限，表面粗糙度差，目前正在進行工藝改進以改善其性能。EBM使用電子束而不是激光束來燒結或熔合材料。與SLS不同，EBM可以通過選擇性地掃描每個橫截面層來制造復雜的幾何形狀。
通過EBM 3D打印的植入物比使用SLS3D打印的植入物更昂貴，但是發現在植入物界面類型或3D打印方法方面的臨床結果沒有區別。
隨訪發現，16名患者中有3名患者出現了并發癥，如螺釘斷裂和審美不滿意，然而這些問題最終都得到了解決，所有患者的術后恢復都令人滿意。
△其中一個修復手術案例研究。圖片來自《Nature》。
基于患者的經驗，該研究提出了3D打印鈦合金患者特定植入物的使用指南。簡而言之，研究建議，這種植入物應該用于面部骨的連續性缺陷，僅限于已經進行過重建且沒有重建選擇的硬組織，以及面部骨整形患者由于之前過度的骨制備而出現的輕度或中度骨缺陷的情況。
此外，該指南還說，3D打印鈦合金植入物還應該用于對美學要求較高的情況，如糾正骨骼不對稱，用于下頜骨等需要功能性承重的部位，以及需要與牙科植入物同時重建的情況。
關于這項研究的更多信息可以在《Nature》雜志上發表的題為："患者定制長效鈦合金植入物在頜面部骨缺損重建中的應用/ Reconstructionof maxillofacial bone defects using patient-specific long-lasting titaniumimplants"的論文中找到。該研究的共同作者是H. Lim, Y. Choi, W. Choi,I. Song和U. Lee。
