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PEEK材料与钛合金材料的优缺点

颅骨修补是脑外科最常见的一种手术。由于个体差异巨大,颅骨植入物除了对生物相容性和机械性能有着严格的要求外, 对个性化的需求也极高 。作为3D打印在医疗领域的重要应用,激光(电子束)打印的钛合金和FDM技术制造的PEEK在颅骨修复方面发挥了重要作用。本期,我们就来探讨这两种材料颅骨修复体的传统和3D打印制造方式,以及他们所面临的问题 。
医用钛合金
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1.  医疗优点医用钛合金具有较好的生物相容性和机械强度,易加工、费用相对低廉。采用该材料制造的钛网和钛板植入物,通过钛钉就能固定, 一直是国内神经外科医师和患者治疗颅骨缺损的首选 。

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2. 加工方式临床上,钛合金颅骨植入物加工方式有印模和多点成形,数控加工以及 3D打印。

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3.缺点:钛合金在术后CT或MRI成像高亮,患者术后颅内植入物附近如果出现血肿或肿瘤,影像上会比较难判定;而且钛的模量比骨骼高 2-3 个数量级,应力屏蔽可引发骨溶解与松动;金属热传导的问题也会使患者对天气变化更加敏感。这些 材料本身的固有属性影响了医疗效果,而通过结构设计进行3D打印梯度、多孔材料制造可有效减少不良影响 。

PEEK材料
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1. 医疗优点PEEK是一种高分子材料,具有良好的生物相容性、耐磨性和稳定的化学特性, 可以用高温蒸汽或伽马辐照消毒 。自20世纪80年代起,PEEK主要用作椎间融合器和人工关节置换材料, 2009年首次有报道采用PEEK进行颅骨重建,并表现出广阔的应用前景。PEEK可塑性强,其弹性、强度、隔热性、稳定性等方面都 与自体颅骨相当,所以一般不会有排异反应 。X射线可穿透,不具有磁性,在CT或MRI图像中无伪影,不影响患者术后影像学分析。

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加工方式:PEEK 的熔点极高(玻璃化温度 143℃,熔点达到343℃),使其 加工极其困难 。目前,国内可用于 PEEK 材料成形的方法主要包括数控加工和快速成形两种。数控加工是当前国内 PEEK 材料成形的主流的方法,通过数控加工模具,采用注塑的办法来完成 PEEK 材料的成形,但采用这种方法加工的缺点是 材料浪费非常严重,加工成本非常高 。第二种方法是3D打印(熔融沉积、激光烧结),相较于数控加工, 3D打印提高了PEEK制造的灵活性 ,克服了材料浪费、难加工等困难,制造速度也是显而易见的。

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缺点:PEEK相较于钛合金有着很多优点,然而该材料在目前的推广上却有很多困难,主要问题还是受限于材料和加工手段。 PEEK的价格极其昂贵 ,国际市场上标准级的 PEEK 售价一般为 70-80 美元/Kg, PEEK 个性化颅骨的手术费用则至少是钛合金的 3-5 倍 。

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