3D打印重建頸椎運(yùn)動(dòng)功能 新技術(shù)給金屬材料“做按摩”

      日前，在西安交通大學(xué)的科技成果發(fā)布會(huì)上，西安交大主持獲得陜西省科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)勵(lì)一等獎(jiǎng)的“3D打印技術(shù)重建脊柱脊髓功能的臨床應(yīng)用與相關(guān)研究成果”和“微納尺度典型金屬材料的力學(xué)特性及其內(nèi)在機(jī)理”兩個(gè)項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)成員介紹了項(xiàng)目的相關(guān)情況。

關(guān)于3D打印技術(shù)重建脊柱脊髓功能的臨床應(yīng)用與相關(guān)研究成果，“這個(gè)項(xiàng)目結(jié)合金屬3D打印技術(shù)，開發(fā)出個(gè)性化穹窿頂鈦籠式人工頸椎，在國(guó)際上創(chuàng)新性提出了椎體次全切術(shù)后可動(dòng)人工椎體-椎間盤復(fù)合體植入、重建椎體運(yùn)動(dòng)單位功能的理念，研制出可動(dòng)人工頸椎假體和人工寰齒關(guān)節(jié)。”該項(xiàng)目的團(tuán)隊(duì)成員西安交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院第二附屬醫(yī)院主治醫(yī)師蔡璇說到。

由于傳統(tǒng)鈦籠塌陷率高，并發(fā)癥多，“研發(fā)3D打印個(gè)性化穹窿頂鈦籠，精準(zhǔn)度更高，降低塌陷率，提高了手術(shù)療效。”蔡璇介紹到，目前經(jīng)過200余例的臨床應(yīng)用，隨訪資料證實(shí)鈦籠塌陷等并發(fā)癥發(fā)生率從大約90%降低到10%，較傳統(tǒng)鈦籠的塌陷發(fā)生率顯著下降。

關(guān)于可動(dòng)的人工頸椎的優(yōu)勢(shì)，“與傳統(tǒng)融合術(shù)相比，可動(dòng)的人工頸椎成功保留頸椎側(cè)屈及旋轉(zhuǎn)活動(dòng)度、降低鄰近節(jié)段應(yīng)力，并且能長(zhǎng)期維持頸椎生物力學(xué)的穩(wěn)定性，這就為解決頸椎次全切、減壓融合術(shù)后活動(dòng)度喪失這一世界性難題提供新思路。”蔡璇說到，在2016年，他們開展了世界首例可動(dòng)人工寰樞關(guān)節(jié)置換術(shù)，“術(shù)后患者疼痛癥狀緩解，神經(jīng)功能恢復(fù)，頸椎旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)得到很好的保留，這是相較于一般的傳統(tǒng)手術(shù)*大的優(yōu)勢(shì)。”

微納尺度典型金屬材料的力學(xué)特性及其內(nèi)在機(jī)理項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)成員劉博宇介紹，社會(huì)發(fā)展對(duì)功能器械小型化的強(qiáng)勁需求推動(dòng)著微納米科技的快速發(fā)展，對(duì)高性能長(zhǎng)壽命器件的設(shè)計(jì)需求期望微納尺度材料結(jié)構(gòu)與性能的理論知識(shí)體系盡快得以系統(tǒng)建立。把這些微納米材料中固有的缺陷給修復(fù)掉，就像是給金屬材料“做按摩”。“但是，迄今為止并沒有成熟的理論體系來描述微納尺度材料的力學(xué)特性及內(nèi)在機(jī)理。”

“一方面，我們系統(tǒng)研究了典型金屬材料在微納尺度下的力學(xué)特性及其潛在的物理機(jī)理，另一方面根據(jù)其塑性變形機(jī)理提出了有針對(duì)性的強(qiáng)韌化策略。”劉博宇說到，“我們研究發(fā)現(xiàn)，通過低力度、多次數(shù)加載，可以把這些微納米材料中固有的缺陷給修復(fù)掉，經(jīng)過修復(fù)之后的金屬材料就能達(dá)到一個(gè)非常高的水平，我們的手機(jī)、電腦中大規(guī)模集成的元器件的零件都處于微納米的尺度，通過我們的研究發(fā)現(xiàn)，這些微納米尺度下的缺陷是可以被修復(fù)的。”

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