医疗器械产业和机床制造业同属装备制造业,是装备制造业的一部分。其不同之处在于机床制造业是装备制造业的基础,为工农业制造生产装备;而医疗器械产业的责任是为医疗卫生事业单位制造设施装备及工具,为人体制造功能性替代或维持配件,其中就包括骨科植入物产品。在骨科植入物制造领域,新工艺、新材料、新的设计理念的不断出现,有力推动着骨科植入制造业的发展。
植入物的个体化
金属3D打印的出现,使我们得以直接打印出可植入人体的植入物。假体多孔表面的制造及相关部位的设计将发生根本性的变化。个体化植入物的制造将以更快的速度和更经济的方式实现,更贴近临床的需求。一些过去难以实现的结构设计将成为现实。随着该项技术的发展,已有国外企业提出将系列产品的物理库存转化为虚拟库存、生产管理的模式和服务方式都将发生根本性的变化。
对于肿瘤、畸形、翻修等患者,市场上通用的人工关节等植入物产品不再适用,有些植入物只能是个性化的,如骨缺损修复体,含骨缺损的骨关节修复体,牙科义齿植入物的制作从来就是个体化模式。事实上,个体化植入物的特点就是针对患者个体“量体裁衣、度身定做”的硬组织外科植入物。个体化、精准化、微创化与远程化将是21世纪临床医学的发展的四大方向。目前,数字制造技术已经使个体化植入物低成本、高效率制造成为可能。
PEEK生物材料
PEEK材料以其优良的制造性能和机械性能,对聚乙烯材料形成了巨大的挑战。PEEK材料已经在脊柱、创伤和关节领域全面进入使用。
PEEK被工程界称为“21世纪最有前途的材料”。对其进行共混、填充、纤维复合等增强改性处理,可以得到性能优异的PEEK复合材料,具有广阔的发展前途。国外植入级PEEK自从1999年首度用于临床以来,已经有超过200万件产品被植入人体。10多年来,该材料以其优异的性能和质量得到了众多医疗器械制造商和外科医生的认可。
(1)脊柱类植入物
在脊柱类植入物中,现行使用的技术是融合性内固定技术,未来需要努力发展的技术是非融合性内固定技术。未来开发目标是:保留腰椎的正常解剖结构,使腰椎稳定;改变各个运动阶段的负重模式,减少后部终板及纤维环承受的压力;限制腰椎的异常活动,保留正常活动度;不影响领近节段椎间盘内的应力和活动。
(2)关节外科植入物
短切碳纤维增强的PEEK复合材料和连续碳纤维增强的PEEK复合材料是人工关节柄部假体金属材料的良好替代材料。其极低的磨损率、磨擦系数提示新一代CFPEEK复合材料有可能成为髋臼负重面UHMWPE的取代材料。
(3)创伤与骨修复体
接骨板——螺钉系统比金属骨板更利于骨折的愈合。
可降解镁合金
可降解镁合金的研究在发达国家和中国都取得了可喜的成果,进入了临床试用的阶段。
在目前实用化的结构用金属材料中,镁是最轻的金属(1.738g/cm3),镁的比重约是铝的2/3,是铁的1/4,因此具有高的比强度和比刚性。镁合金特点是密度小(在1.8g/cm3左右)、弹性模量低、消振性好、承受冲击载荷能力超过铝合金,已应用于航空、航天、交通和机械等工业部门以及一些民用领域。
镁对人的心脏血管具有重要的保护作用,有“心血管卫士”之称 。镁具有很多优点:镁的腐蚀电位非常低,容易在体内腐蚀降解,并被吸收,可避免二次手术。镁是人体中的常量元素,具有良好的生物相容性和综合力学性能,与骨组织接近的密度,丰富的原材料和低廉的价格。其独特的降解方式,有利于保持力学完整性。此外,具有生物活性,加快成骨速度。由此观之,可降解镁合金的进一步研究非常有必要,其将会成为重要的研究成果。
总结
随着医学技术的进步,个体化定制型植入物的需求在骨科各个领域频频出现,针对这种需求的快速响应数字制造系统将取得重要的发展。云技术的出现和应用将为未来个体化植入物的制造提供有力的技术支撑。
现今,医疗器械在中国有着巨大的市场,医疗器械在技术上具有广阔的发展空间,国家对医疗器械自主开发的支持力度也在日益增大,所以未来掌握在中国科学家和企业家手中。
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