3D打印個性化手指關節

類風濕性關節炎等關節疾病或因受傷引起的關節疾病會導致患肢十分痛苦，診療過程有時也會非常痛苦，有時甚至要以毀掉專業人員的職業生涯作為代價。但現在隨著科技的逐步發展，人們對關節疾病的治療提出了很多新的方法。2022年12月，南極熊獲悉，來自弗勞恩霍夫研究所的專家聯盟使用了AI 和3D打印技術，為患者制作個性化的關節植入物。

FingerKit 聯盟

這種診療技術的發展藥歸功于FingerKIt項目，FingerKIt 的目標是首次開發用于生產定制設計植入物的端到端自動化流程鏈。該聯盟還包括增材制造技術研究所 (IAPT)、陶瓷技術與系統研究所 (IKTS)、毒理學與實驗醫學研究所 (ITEM)、材料力學研究所 (IWM) 和研究所用于數字醫學 (MEVIS)，每個小組都將他們自己特定領域的專業知識帶入該項目，提供足夠的技術支撐。

在 Fraunhofer IAPT 的領導下，此團隊首次實現了從設計到生產再到符合認證測試的患者專用植入物制造的連續自動化流程鏈。該項目的工作重點是不斷推動指關節植入物市場。相對較小的植入物在個體適應性和生物力學負荷方面受到高要求。因此，無論是在類風濕性關節炎還是外傷的情況下，傳統的治療形式都經常導致關節僵硬?，F在，人們能夠為關節疾病提供一種新的治療方法，并通過個性化調整的關節植入物實現手指關節的再活動，這也是該聯盟的核心技術目標。

△連續自動化流程鏈

打印的指關節植入物

△由 AI 進行 3D 建模，并打印成自定義尺寸（圖片來源：Fraunhofer Institute）

目前，如果手指關節因意外或受傷而失去功能，治療方法是有限的。在大多數情況下，會進行聯合融合手術。這個過程，也稱為關節固定術，在手術過程中，受損的關節需要由醫護人員手動拉直，其中的軟骨被移除，使得骨骼定位在某一位置達到足夠長的時間，以便它們自然融合在一起。但這將導致手指不能彎曲和自由活動。

在使用傳統植入物的情況下，選擇是有限的?；颊呖梢赃x擇硅膠植入物，但它有松動的風險，需要進一步手術來矯正?；蛘?，患者可以選擇標準植入物，但它僅提供某些標準尺寸，并且不能完全恢復相關手指的全部運動范圍。

因此，最佳解決方案需要解決與傳統植入物相關的這兩個缺陷的解決方案。也就是說，最好的關節是不會松動的，并且還可以讓手指恢復全部活動范圍。為此，定制個性化的手指植入物是最好的解決方案。這就是 FingerKIt 聯盟通過其 AI和3D打印進行關節制造的目標。

由 Fraunhofer 工程師和科學家開發的工作流程在很大程度上是自動化的，并且消除了大量的人力物力：

●具體來說，研究人員開發了利用人工智能將 2D X 射線圖像轉換為手指骨骼和關節的 3D 模型的軟件。然后可以在 3D 模型中對損壞的關節進行任何修正。

●Fraunhofer IAPT（AM 組）的研究人員隨后使用 AI 從手指模型中推導出個體植入物設計并將其發送至 3D 打印。

●然后使用金屬粘合劑噴射工藝以高分辨率制造替換接頭。由 Fraunhofer IKTS 的工程師進行燒結、固化和致密化。組后可以將近凈形部件進行精加工，以減少粗糙度并在植入患者體內時實現更好的運動。

Fraunhofer IAPT 增材制造工藝鑒定部門負責人 Philipp Imgrund 博士說：“由于植入軸的結構非常精細，我們選擇使用金屬粘合劑噴射 3D 打印方法來打印鈦，這種方法可以極其精確地生產小型、復雜的植入物，還使我們能夠以這樣一種方式構建軸的表面，使其更有效地生長到骨骼中。此外，這最大限度地減少了接合面所需的精加工工作，接合面需要盡可能光滑和無摩擦?！?/p>

Fraunhofer IKTS（陶瓷集團）也展示了使用陶瓷材料制造植入物，這些植入物通過注漿法進行加工。Fraunhofer ITEM（毒理學組）一直在處理材料的生物相容性和植入物的認證，Fraunhofer IWM（材料力學組）一直在進行部件的機械模擬。

充滿希望的未來

Fraunhofer 聯盟的新工作流程可以生產和植入高度定制的部件，所用時間僅為傳統方法通常生產時間的 60%。這意味著從 X 光到植入的整個過程可以在短短幾天內完成。這將縮短住院天數，從而降低住院費用。

而且這個工作流程不僅僅適用于彎曲的手指，還可以應用于骨骼缺失或較小關節的患者。據德國風濕病學會稱，德國約有 2% 的成年人患有炎癥性風濕病，這些疾病可以通過 Fraunhofer 過程進行治療。

FingerKIt 項目中的技術開發現已達到成熟點，產品和流程已為市場做好準備。該項目目前正在努力獲得必要的批準，并且還在尋求醫療工程領域的企業合作伙伴關系，以幫助將 FingerKIt 推向市場。