颅骨缺损是一种常见的颅脑疾病，不仅对患者的生理机能产生干扰，还严重破坏了颅部形态的完整性。为针对这类疾病提供更精确的治疗，当前的临床研究倾向于采用基于计算机断层扫描(CT)数据的几何形态计量学(GM)方法，制造出与患者颅骨解剖特征完全匹配的个性化植入体。在这其中，薄板样条(TPS)几何形态计量学方法凭借其卓越的映射功能，能够精确地反映受损区域的骨厚度分布。
这个研究使用的就是Apium M220 3D打印机，基于TPS几何形态计量学方法设计，为大面积颅骨缺损（约47.81c㎡）的患者制造了个性化的聚醚醚酮(PEEK)植入体。经过试验验证，Apium M220可以确保PEEK植入体的打印精度达到0.168mm，并保证其致密性，实测孔隙率为0.07%。本研究也进一步证明了通过结合先进的设计方法和制造技术，能为颅骨修复提供高度定制的植入体解决方案。
研究中使用就是Apium M220 3D打印机和赢创工业股份公司的VESTAKEEP® i4-3DF-T耗材
3D打印机与耗材
本研究使用的Apium M220 3D打印机进行样品制作。Apium M220采用熔融沉积制造(FFF)技术，通过逐层挤出并堆积热熔聚合物材料的方式进行增材制造。Apium M220的打印参数如下表所示:
打印材料为赢创工业股份公司(Evonik Industries AG Germany)的聚醚醚酮(PEEK)专用打印丝VESTAKEEP® i4-3DF-T。该PEEK材料密度为1300 kg/m³，拉伸模量3500 MPa，拉伸强度94 MPa。
样品制作
计算机断层扫描数据经几何形态计量学设计后，获得植入体3D模型，如图1所示。样品在Apium M220 3D打印机中进行制作，总打印时间为4小时。打印后样品自然冷却至室温，使用标准钳子移除支撑结构。
图 1：基于 TPS 的颅骨植入体的 3D 模型效果图
（a)虚拟生成的颅骨植入体外层
（b)虚拟规划的颅骨植入体内部
（c) 以虚拟设计的植入体为特征的受损颅骨样本
X射线计算机断层扫描
使用微计算机断层扫描系统(分辨率70μm)，对打印样品进行扫描，如图2所示。
扫描电压110KV，电流400μA，功率44W，曝光时间666m/s，扫描1440个投影，总扫描时间1小时8分钟。
图 2：虚拟模型与真实 3D 打印种植体的显微 CT 的
标称值与实际值对比（单位：毫米mm）
结果与讨论
X射线微计算机断层扫描结果显示，Apium M220 3D打印机打印的PEEK植入体与设计模型之间的几何偏差仅为0.168mm(见图2），证明了该打印机可以实现高精度的PEEK植入体制造，满足临床要求。此外，打印件的致密度较高，检测得到的孔隙率仅为0.07%(见图3)，表明打印件内部结构致密良好。而使用Apium系列打印机和VESTAKEEP® i4-3DF-T植入级PEEK材料打印制造的高精度PEEK植入体，其表面细胞增殖效果最佳(详情点击即可见文献[1])。
图3：VG Studio 3D打印植入体孔径分布三维可视化图
如结果所示，采用Apium M220 3D打印机可以实现复杂几何形状PEEK植入体的精准打印制造。相比传统制造方法，该技术使个性化PEEK植入体的快速定制成为可能，为颅骨大面积缺损的精准修复提供了有效解决方案，代表了先进制造技术在医学定制植入体领域的新进展。
在本项研究中，通过Apium M220 3D打印机成功实现了基于薄板样条（Thin Plate Splines, TPS）几何形态计量学方法设计的个性化PEEK植入体的精密打印。M220集成了先进的温控和封闭打印等核心技术，确保了打印环境的稳定和材料的保护，避免了氧化等问题的产生，从而确保了打印件的力学性能和表面质量。
M220通过集成这些核心技术，实现了极高的打印精度，与设计模型仅有0.168mm的几何误差，远远超越了当前的临床标准。打印件展示了卓越的致密性，其孔隙率仅为0.07%，这是一个优越于传统制造方法的打印解决方案，更为颅骨缺损修复带来了新的可能。
Apium M220的应用案例-颅骨补片
通过Apium M220 3D打印机，该研究为颅骨缺损修复带来了一个革新的技术方案，为个性化治疗开创了更为高效和精确的路径，也为颅骨缺损患者提供了一个更优化的治疗选择，有望进一步提高治疗效果和患者的生活质量。
参考文献：Non-destructive evaluation of patient-specific cranial implants using microcomputed tomography.DOI:10.58286/26643
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