在心臟微創手術中，醫生需要使用一些微小、精密的手術器械。但這類手術器械的存在制造難度很高，研發周期長且研發成本不菲等問題。此外，在使用傳統的制造技術的情況下，醫療器械企業很難在手術器械的設計上進行突破。面對這些問題，英國Sutrue 公司借助金屬3D打印技術，在手術器械的設計上進行了優化。
本期，將Sutrue 3D打印心臟手術器械的應用案例與網友進行分享，讓我們借此來了解一下3D打印特別是金屬3D打印技術在微型手術醫療器械制造領域的應用潛力。
提升設計空間與手術器械性能
Sutrue 公司創始人和英國皇家Brompton醫院的心臟專家 Richard Trimlett 合作拓展了金屬3D打印技術在微創心臟手術縫合器和心臟穩定器制造中的應用。
多年來手術的縫合始終延續著傳統的方式，每年全球約有24萬名醫生在進行手術的過程中被縫合針刺傷，不僅如此，傳統的縫合方式對個人經驗的依賴性高。Suture 公司設計了一種自動心臟手術縫合器，使用醫生可以快速而精準的對傷口進行縫合，縮短手術的時間。同時，由于良好的縫合效果，有利于患者更快恢復。
這款縫合器非常的微小，用于心臟內窺鏡手術，在手術時縫合器將穿過一個像飲水吸管一樣細的管子，并移動到指定位置，其頭部可以靈活旋轉，以便到達任何所需的方位。在進行縫合時，針頭輕柔而精準的旋轉。能夠實現這些如此精細的功能，得益于縫合器械中復雜的微型齒輪零件。而這些復雜、微小而精密的齒輪正是Suture公司通過粉末床激光熔化金屬3D打印設備制造的。
齒輪上的齒長度僅為0.4mm。在一次3D打印中，可以同時打印數百個這樣的微型齒輪，具體數量與打印機尺寸有關，例如，Sutrue公司使用的Concept Laser Mlab Cusing 200R 設備，最多可同時打印600個。Sutrue采用的打印材料是316L不銹鋼，打印完成后沒有進行精加工。
這種創新的設計對于心臟外科醫生來說能夠進行快速而精準的縫合，每個針跡都可達到可重復的精度，縫合速度可達到針頭每秒鐘旋轉3次。這意味著手術的時間將進一步縮短，而手術時間減少有助于降低手術風險。
Sutrue 公司還針對心臟手術中用到的心臟穩定器進行了設計優化。心臟穩定器是心臟不停跳冠脈搭橋手術的關鍵器械之一，在體外循環心臟手術中，醫生需要使用心臟穩定器進行干預。Richard Trimlett 醫生表示，在手術中，醫生需要在跳動的心臟上進行手術治療，在開胸手術中，醫生可以使用比較大的穩定器，但是在微創手術中，醫生需要用到微小的穩定器。
針對臨床醫生的需求，設計團隊開始探索如何設計一個足夠微小的穩定器，以及如何設計與制造定制化的微型心臟穩定器。設計優化后的穩定器由3D打印技術分成兩個部分制造，一部分是塑料材質的，由SLS 選擇性激光燒結3D打印設備制造，另一部分是金屬的，由粉末床激光熔化3D打印設備制造。外科醫生在使用時將穩定器按壓到需要保持干預的區域。
心臟穩定器的設計開發過程在三個月之內即完成了，在研發中使用3D打印技術進行快速制造，使研發速度顯著提升。Suture公司表示，研發成本約1.5萬英鎊，而如果采用傳統制造方式，類似的研發項目需要花費上百萬英鎊的成本。
Richard Trimlett 醫生站在醫療效果的角度上，認為經過優化設計的3D打印手術器械使患者直接受益，患者的康復時間從術后平均6個月縮短至3到4周。
Sutrue 公司進行手術器械研發領域已有超過10年的經驗，在研發中使用增材制造/3D打印技術已有7年的歷史。對于Sutrue的研發團隊來說，增材制造技術的意義不僅在于研發階段能夠快速制造出產品原型，還在于該技術能夠生產出非常復雜的幾何形狀，包括那些非常微小并具有高性能和功能精度的手術器械，這些器械往往是被外科醫生所需要，但是通過以往的技術沒有制造出來的。除此之外，Sutrue的團隊在設計時可以嘗試進一步減少手術器械的零件數量，探索整體的、功能集成式的產品，這些設計方案在制造和組裝中會節省一定的成本。Sutrue 的下一個目標是通過金屬3D打印技術實現心臟泵的設計優化，他們將使這個器械變得更加微小。
Review
增材制造技術在制造復雜、微型手術器械領域的應用潛力已逐漸為手術器械制造用戶所挖掘，根據3D科學谷的市場研究，美國 DanaMed Inc公司也曾進行了類似的探索。
DanaMed 對膝關節前交叉韌帶（ACL）手術器械進行了設計優化，并使用金屬3D打印設備制造器械中的韌帶導向器，導向器頂端尺寸分為5.5毫米和7.7毫米兩種型號，打印材
質為難加工材料鎳合金（Inconel 718 ）。這也是一種復雜幾何結構，尺寸微小的器械。金屬3D打印技術的使用給手術器械的仿生設計優化帶來了更大空間，設計師能夠嘗
試通過以往的制造技術無法實現的設計。未來，是否有更多微型的手術器械可以通過金屬3D打印技術實現設計上的突破和產品性能的提升？讓我們拭目以待。
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