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英国公司利用金属3D打印制造微型精密心脏手术器械

手术的缝合多年来始终延续着传统的方式,每年全球约有24万名医生在进行手术的过程中被缝合针刺伤。英国Sutrue 公司借助金属3D打印技术,在手术器械的设计上进行了优化,拓展了金属3D打印技术在微创心脏手术缝合器和心脏稳定器制造中的应用。

在心脏微创手术中,医生需要使用一些微小、精密的手术器械。但这类手术器械的存在制造难度很高,研发周期长且研发成本不菲等问题。此外,在使用传统的制造技术的情况下,医疗器械企业很难在手术器械的设计上进行突破。面对这些问题,英国Sutrue 公司借助金属3D打印技术,在手术器械的设计上进行了优化。

Sutrue 公司创始人和英国皇家Brompton医院的心脏专家 Richard Trimlett 合作拓展了金属3D打印技术在微创心脏手术缝合器和心脏稳定器制造中的应用。

多年来手术的缝合始终延续着传统的方式,每年全球约有24万名医生在进行手术的过程中被缝合针刺伤,不仅如此,传统的缝合方式对个人经验的依赖性高。Suture 公司设计了一种自动心脏手术缝合器,使用医生可以快速而精准的对伤口进行缝合,缩短手术的时间。同时,由于良好的缝合效果,有利于患者更快恢复。

这款缝合器非常的微小,用于心脏内窥镜手术,在手术时缝合器将穿过一个像饮水吸管一样细的管子,并移动到指定位置,其头部可以灵活旋转,以便到达任何所需的方位。在进行缝合时,针头轻柔而精准的旋转。能够实现这些如此精细的功能,得益于缝合器械中复杂的微型齿轮零件。而这些复杂、微小而精密的齿轮正是Suture公司通过粉末床激光熔化金属3D打印设备制造的。

齿轮上的齿长度仅为0.4mm。在一次3D打印中,可以同时打印数百个这样的微型齿轮,具体数量与打印机尺寸有关,例如,Sutrue公司使用的Concept Laser Mlab Cusing 200R 设备,最多可同时打印600个。Sutrue采用的打印材料是316L不锈钢,打印完成后没有进行精加工。

这种创新的设计对于心脏外科医生来说能够进行快速而精准的缝合,每个针迹都可达到可重复的精度,缝合速度可达到针头每秒钟旋转3次。这意味着手术的时间将进一步缩短,而手术时间减少有助于降低手术风险。

Sutrue 公司还针对心脏手术中用到的心脏稳定器进行了设计优化。心脏稳定器是心脏不停跳冠脉搭桥手术的关键器械之一,在体外循环心脏手术中,医生需要使用心脏稳定器进行干预。Richard Trimlett 医生表示,在手术中,医生需要在跳动的心脏上进行手术治疗,在开胸手术中,医生可以使用比较大的稳定器,但是在微创手术中,医生需要用到微小的稳定器。

针对临床医生的需求,设计团队开始探索如何设计一个足够微小的稳定器,以及如何设计与制造定制化的微型心脏稳定器。设计优化后的稳定器由3D打印技术分成两个部分制造,一部分是塑料材质的,由SLS 选择性激光烧结3D打印设备制造,另一部分是金属的,由粉末床激光熔化3D打印设备制造。外科医生在使用时将稳定器按压到需要保持干预的区域。

心脏稳定器的设计开发过程在三个月之内即完成了,在研发中使用3D打印技术进行快速制造,使研发速度显著提升。Suture公司表示,研发成本约1.5万英镑,而如果采用传统制造方式,类似的研发项目需要花费上百万英镑的成本。

Richard Trimlett 医生站在医疗效果的角度上,认为经过优化设计的3D打印手术器械使患者直接受益,患者的康复时间从术后平均6个月缩短至3到4周。

Sutrue 公司进行手术器械研发领域已有超过10年的经验,在研发中使用增材制造/3D打印技术已有7年的历史。对于Sutrue的研发团队来说,增材制造技术的意义不仅在于研发阶段能够快速制造出产品原型,还在于该技术能够生产出非常复杂的几何形状,包括那些非常微小并具有高性能和功能精度的手术器械,这些器械往往是被外科医生所需要,但是通过以往的技术没有制造出来的。除此之外,Sutrue的团队在设计时可以尝试进一步减少手术器械的零件数量,探索整体的、功能集成式的产品,这些设计方案在制造和组装中会节省一定的成本。Sutrue 的下一个目标是通过金属3D打印技术实现心脏泵的设计优化,他们将使这个器械变得更加微小。


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