在16世紀，斷骨由接骨師通過人手操作進行復位。如果接骨師無法接上斷骨，那麼當地的鐵匠就會“赤膊上陣”。今天，醫療發展日益進步，我們再也不用擔心靠鐵匠來修復斷骨了。

自20世紀初，外科醫生便已將金屬植入體應用於醫療修復與重建治療中，如骨關節炎和類風溼性關節炎等骨疾病的治療。這項技術雖然已有很長的應用歷史，但傳統植入體往往會給患者和外科醫生帶來諸多挑戰。智能植入體是目前正在開發的一個新領域，它可以改善患者的治療效果，一舉將這項傳統外科技術帶入現代化時代。

植入體智能化可通過兩種方式實現：一是使用增材製造根據計算機斷層掃描 (CT) 數據來生產患者專用植入體 (PSI)，二是結合傳感器。內置傳感器尚處於早期開發階段，它可採集特定患者的數據，讓外科醫生和其他醫護專業人員能夠根據患者的個性化需求定製治療方法。

X光片中的智能植入體 — 髖關節

傳統植入體存在的主要挑戰之一是鬆動問題，在關節置換手術後特別常見，這可能是由於骨整合（即植入體與患者骨骼的結構和功能結合性）欠佳引起的。長期磨損會導致骨整合不佳，並且感染和未能嚴格遵循建議的理療方案等因素將加劇這一問題。

傳統金屬植入體的另一個侷限性是，只能製造出有限形狀和尺寸的產品。因此，患者不太可能獲得完全適合自己的植入體。這會導致植入體生理功能欠佳並引發鬆動。

生理功能較差也可能是因爲應力遮擋（金屬植入體消除患者骨骼應力的過程）所致。應力遮擋會降低骨密度，骨骼將因此變得更加脆弱。

肥胖發病率上升是越來越多的年輕人需接受關節置換手術的原因之一。由於植入體均有使用期限，在患者一生中可能需要被置換多次，因而植入體的壽命問題受到人們關注。

爲了解決這些問題，研究人員和工程師一直在使用增材製造 (AM) 等技術來開發植入體，旨在改善植入體的形狀、擬合度和功能。

雖然增材製造技術用於醫學領域已有十餘年，但這項技術尚未發揮其全部潛能。

由於增材製造可逐層製造植入體，因此能夠生產出擬合度更精準的PSI。與減材製造相比，這種製造方法在幾何形狀方面所受到的限制更少。醫療團隊可根據患者的CT掃描結果設計和製造PSI，這有助於促進植入體與患者骨骼結合，降低鬆動風險。因此，患者遭受痛苦或需要修復手術的可能性會顯著降低。

增材製造不但能夠製造出精確的植入體形狀，還可以讓外科醫生控制材料的其他屬性。他們可以設計出模擬患者骨骼硬度、密度和骨小樑結構的植入體，進而減小應力遮擋並進一步改善骨整合和生理功能。

植入體還可通過加入傳感器來實現智能化，有助於臨牀醫生準確測量患者數據 — 這是循證醫學的關鍵。傳感器可測量體溫作爲參數，因爲體溫升高表明可能發生了尚未表現出症狀的感染。由於可在出現合併感染以及產生昂貴的治療費用之前實施治療，因此醫患雙方均可從中受益。

傳感器也可以安裝到骨強化植入體中，以幫助骨折癒合。在此示例中，傳感器可以測量施加在植入體上的應力，指示骨折癒合程度。外科醫生可以根據這些信息確定患者繼續接受下一階段治療的最佳時間，並且能夠比現在更早地發現治療問題。

如果患者不遵循物理療法，可能會導致植入體鬆動，因此醫療團隊需要相關技術來解決這一問題。安裝加速計監測患者的運動情況，可使醫護專業人員遠程獲取數據，確定患者是否遵循了醫生規定的物理療法和作息安排。

雷尼紹與加拿大西安大略大學合作建立的外科增材製造設計解決方案 (ADEISS) 中心便是專注於該領域技術研發的機構。ADEISS將臨牀醫生和學者聚集在一起，開發創新型3D打印醫療設備。ADEISS最近展示了智能髖關節概念，使用體溫傳感器和加速計採集患者數據，隨後傳送給遠程設備。

研究顯示，使用先進的傳感器技術，有可能開發出既能檢測感染，又能在出現症狀之前分泌適量抗生素以治療感染的植入體。這一技術或可減少住院患者的人數。

開發智能植入體的最終動力是顯著改善患者治療效果的潛能。增材製造具有許多優點，其中一大優勢是可縮短擬合時間 — 這是患者和外科醫生的福音。與傳統金屬植入體相比，智能植入體可減輕患者的疼痛和不適感，降低因感染導致病情惡化的可能性，並且減少需要進行修復手術的風險，這對於年輕患者而言非常重要。

然而，智能植入體要實現廣泛的臨牀應用，仍有諸多挑戰需要克服。醫生必須進行臨牀研究，收集有關患者使用植入體的安全性及性能數據。所有這些都必須遵守歐盟醫療器材法規等相關規定。另一個關鍵因素是對智能植入體中個人數據的處理，以及醫療行業和臨牀醫生如何使用這些數據。

從接骨師和鐵匠“暴力”治療的時代開始，骨疾病和骨損傷治療經歷了漫長的發展過程。而今，患者能夠使用根據個人需求專門設計的金屬植入體。具有開創精神的研究機構正在克服重重困難，不斷改進技術；未來，增材製造和數據型智能植入體的市場需求勢必增加，患者和醫院的治療效果將會得到更大改善。

本文由雷尼紹提供，轉載請註明出處。

更多投稿請聯繫：[email protected]

更多激光設備資訊熱點資訊，請搜索歷史消息：

應用 | 高頻短脈寬納秒紫外激光器提升PI覆蓋膜與FPC切割質量與效率

調查 | 激光雷達行業發展現狀與前景分析

乾貨 | Iphone X帶火的3D傳感的技術核心：VCSEL的前世今生

榮格，引領工業發展