西安の病院では、3DプリントされたPEEK素材がチタン合金の肋骨の代わりに使用され、人体に移植されることに成功した。

3Dプリントされたポリマー素材であるポリエーテルエーテルケトン（PEEK）が人体に埋め込まれ始めたと想像できますか？さらに、人体の内臓を保護する肋骨としても機能します。

2017年4月26日、ネットユーザーからAntarctic Bearに、最近、西安の第四軍医大学唐渡病院の胸部外科が胸壁腫瘍の患者を入院させたというニュースが伝えられた。患者の左前胸壁には、大きさ11×11×6cmの肋骨肉腫があった。完全な外科的切除によって生じた胸壁の欠損は大きく、患者の胸腔を効果的に再建する必要がある。そこで、唐都病院胸部外科は、3Dプリント技術を使用して患者の胸壁再建手術を行うことを決定しました。
△人間の肋骨の役割を果たす、大規模な胸壁再建手術用の3DプリントPEEK素材

南極熊は、第四軍医大学唐渡病院が2015年に国内初となる3Dプリントチタン合金胸骨置換手術を完了したことを知った。患者の胸骨は3Dプリントされたチタン合金の胸骨に置き換えられ、成功した。過去2年間で、唐渡病院胸部外科は合計13件の3Dプリントチタン合金胸骨肋骨置換手術を実施しており、胸部手術に3Dプリント技術を使用する豊富な経験を持っている。

患者の胸壁欠損が大きいため、3Dプリントされたチタン合金の胸骨と肋骨を使用すると、その弾性係数と曲げ強度が実際の胸骨と肋骨と大きく異なり、合理的な勾配強度を形成することが困難になります。その結果生じる応力伝導は、特殊な外力の作用下で周囲の正常な臓器に簡単に損傷を与える可能性があります。同時に、チタン合金材料は、その後の画像検査において大きな制限があります。たとえば、これらの患者は MRI 検査を受けることが困難であり、CT 検査ではアーティファクトが強い干渉を引き起こします。患者によっては、チタン合金の置換部位に知覚異常などの症状が現れることがあります。

△3Dプリントチタン合金胸骨。ポリエーテルエーテルケトン（PEEK）は現在、世界最先端のポリマーインプラント材料です。非常に優れた生体適合性、高い耐熱性、耐放射線性、耐化学腐食性、優れた耐衝撃性、耐疲労性を備えています。そのため、PEEK 素材は理想的な非金属インプラント代替素材です。中国では、西安交通大学など、ごく少数の機関のみが PEEK 素材の 3D 印刷技術を習得しています。

南極熊によると、上海元珠智能が発売した高温3DプリンターFUNMAT HTはPEEK材料を印刷できる。この装置は400℃の高温ノズルと恒温チャンバーを備えており、ABS、PC、ナイロンを印刷できるほか、PEEK、PEI（ULTEM）、PPSUなどの高温材料もサポートしている。南極熊は先日終了した2017上海TCT展示会でこの装置を見て、上海元珠智能の関連スタッフにインタビューした。 [熊動画]上海元珠智能、400℃の高温3Dプリンター、PEEK

△ 高温3Dプリンター FUNMAT HT
PEEK 印刷プロセスでは周囲温度とノズル温度に対する要件が非常に高いため、マシンは一定の温度環境を維持し、キャビティ温度を正確に制御する必要があります。 PEEK 材料の熱融点は約 343°C であるため、ノズルの温度は 350°C 以上に達し、印刷プロセス中にこの温度を維持する必要があります。 PEEK 素材のガラス転移温度は 143°C を超えており、250°C を超える高温で使用しても、優れた機械的強度、靭性、硬度、曲げ強度、ねじり強度を発揮します。この素材は、優れた耐薬品性、優れた絶縁性、耐放射線性も備えています。さらに、Peek 素材自体は UL94 の耐火等級を備えています。 PEEK の優れた特性により、電子機器、航空宇宙、自動車、工業、機械産業の部品の製造に適しています。医療分野でも幅広く活用できます。国産ポリエーテルエーテルケトン（PEEK）FDM 3Dプリント技術の進歩

実際、国内外には PEEK 素材を印刷できる 3D プリンターがいくつかあります。Antarctic Bear がそれらをリストアップしています。ご興味があれば、以下のリンクをクリックして詳細情報をご覧ください。
新型大型工業用FDMプリンター：ノズルは480度まで加熱でき、PEEKなどの先進材料を印刷できます。新型FDM 3Dプリンター：ノズルは520度まで加熱でき、PEEKなどのさまざまな先進材料を印刷できます。新型工業用3Dプリンター：PEEKなどの先進材料を印刷でき、価格は8万元未満です。国内初のPEEK材料耐高温3Dプリンターが正式に発売され、価格はわずか6万元です！ PEEK材料を印刷できる工業用FDM 3Dプリンタードイツ企業が真空環境で使用できるPEEK部品の3Dプリントに成功

△PEEK素材3Dプリントサンプル第四軍医大学唐渡病院はPEEKインプラントの臨床研究を積極的に行っています。研究チームは、西安交通大学の李迪塵教授の研究チームと協力し、まず、3Dプリントセンターの楊冠英副所長らに依頼して、術前手術計画を立てるための患者の胸部モデルを3Dプリントで作成しました。次に、西安交通大学の何建康教授、王玲教授と協力し、欠損した胸壁のPEEK肋骨モデルを設計し、有限要素解析を行いました。PEEK肋骨の機械的特性を十分に分析した後、熱溶解積層法（FDM）技術を使用して印刷しました。最終的に、副院長の黄立軍、医師の鍾大星、王磊が共同で手術を完了しました。手術中に、左側の第2肋骨から第5肋骨が切除されました。胸壁欠損部は20cm×15cmと大きく、胸壁再建のために3本のPEEK肋骨を移植することに成功しました。

△3DプリントPEEK素材リブ新素材や新技術の応用には、十分な実験データが必要です。研究チームは、3DプリントPEEKリブの生物毒性をテストするために、北京医療機器試験研究所に毒性テストを依頼しました。動物実験では、PEEK 素材を埋め込んだ筋肉組織に明らかな炎症反応は見られませんでした。

過去2年間、唐都病院胸部外科は、第四軍医大学の軍事医学改善計画と唐都病院の3Dプリント作業における主要な臨床革新研究プロジェクトから相次いで支援を受け、唐都病院倫理委員会の倫理認証に合格しました。唐渡病院は、3DプリントされたPEEKリブの機械的強度、生体適合性、毒性などの指標を十分に評価した後でのみ、臨床検証を実施しました。
△ 圧力曲げ 3D プリント PEEK 素材リブと術後画像検査を組み合わせることで、専門家は 3D プリント PEEK リブには多くの利点があることを発見しました。

1. PEEK リブの弾性係数と座屈強度は実際のリブに非常に近いため、応力伝導の影響を回避できます。
2. PEEK 肋骨は非常に軽く、肋骨 1 本あたりの平均重量はわずか 27 グラムです (切除した肋骨腫瘍の重量は 558 グラムでした)。
3. PEEKリブは優れた靭性を備えており、欠損した胸壁の支持強度を確保するだけでなく、局所的な胸壁に一定の可動性を与えることもできます。
4. 手術後、PEEK 肋骨は X 線では写らず、CT でも弱く写ることが判明し、画像検査でのアーティファクト干渉を回避できました。

この手術は世界初の3DプリントPEEK肋骨移植手術であり、唐渡病院胸部外科における3Dプリント作業がチタン合金時代からPEEK時代へと移行したことを示していると報告されている。

西安の病院では、3DプリントされたPEEK素材がチタン合金の肋骨の代わりに使用され、人体に移植されることに成功した。

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