3D打印聚醚醚酮及其复合材料修复骨缺损的应用现况 - 图文

《中国组织工程研究》 Chinese Journal of Tissue Engineering Research

3D打印聚醚醚酮及其复合材料修复骨缺损的应用现况 林柳兰，周建勇(上海大学工程技术训练中心，上海市 200444)

DOI:10.3969/j.issn.2095-4344.2211 ORCID: 0000-0001-7850-2412(林柳兰)

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·综述·

文章特点— (1)综述通过查阅大量的相关文献，介绍了3D打印聚醚醚酮及其复合材料在骨缺损修复中的独特优势， 总结了聚醚醚酮及其复合材料应用于几种常见骨缺损修复的国内外研究进展； (2)并对结合3D打印技术制备个性化聚醚醚酮植入物或假体的应用前景表达了自己的看法。 目前3D打印聚醚醚酮及其复合材料在骨缺损修复中的应用 聚醚醚酮材料的优缺点 聚醚醚酮复合材料及特性 3D打印技术特性 林柳兰，女，1974年生，湖北省嘉鱼县人，汉族，2004年华中科技大学毕业，博士，副研究员，主要从事仿生制造中硬组织修复及其成形研究。

文献标识码:A

投稿日期：2019-05-20 送审日期：2019-05-27 采用日期：2019-07-31 在线日期：2019-09-18

(1)与CT技术配(1)提高生物(1)良好机械性能； (1)生物活(1)聚醚醚酮-羟基合精准定制与活性； (2)放射线透过性； 性低； 磷灰石； 患者缺损处匹(2)提高骨传(3)良好理化性能； (2)成骨效(2)聚醚醚酮-生物配的模型； 导性； 能低。 (4)减少应力屏蔽； 活性玻璃； (2)可打印复杂(3)提高成骨(5)250 ℃长期使(3)聚醚醚酮-羟基结构； 效能； 用。 磷灰石-碳纤维； (3)打印可靠及 (4)其他颗粒增强。 (4)兼具良好个性化打印。 力学性能。 个性化聚醚醚酮植入物或假体在各种骨缺损修复与重建中的应用领域包括：颅骨修复、颌骨修复、 脊椎腰椎修复、人工关节置换、椎间融合器、口腔修复等。 文题释义：

聚醚醚酮：是一种全芳香族半结晶性的热塑性特种工程塑料，具有优异的物理、化学、力学、热等性能。目前聚醚醚酮作为一种生物材料，相比于传统硬组织植入金属材料(不锈钢、钛及其合金等)，具有良好的生物相容性、放射线透过性、植入人体后可有效降低“应力屏蔽效应”，以及磁共振扫描不产生伪影等特点，越来越多地被应用于骨科植入物和假体。

骨缺损修复：将设计制备的骨科植入物或假体植入因创伤或手术所致的骨缺损区域，经治疗后逐渐改善该区域的成骨连接状态，缓解愈合及恢复局部的功能。

摘要

背景：聚醚醚酮及其复合材料具有一系列独特的性能，而3D打印技术可以针对患者的病情定制个性化植入物，两者在骨缺损修复领域均具有明显优势。

目的：总结聚醚醚酮及其复合材料与3D 打印技术在骨缺损修复领域的应用现状，并进一步展望两者有效结合的应用前景。

方法：利用计算机检索CNKI、PubMed，Web of Science数据库，中文检索词为“聚醚醚酮，聚醚醚酮复合材料，骨缺损修复，聚醚醚酮植入物，聚醚醚酮3D打印，口腔修复”。英文检索词为“PEEK，PEEK composites，bone defect repair，PEEK implants，PEEK 3D printing，prosthodontics”。检索时限为1995年4月至2019年4月。共检索到147篇文章，根据纳入与排除标准，最终纳入51篇文献进行综述。 结果与结论：①将具有生物活性的材料及改善力学性能的颗粒或纤维引入到聚醚醚酮基体中制备成复合材料，借助3D打印技术精准定制出与患者骨缺损处高度匹配的植入物；②这种具有良好生物相容性、生物活性和力学性能的植入物在颅骨、颌骨、脊椎腰椎、人工关节以及口腔缺损修复中具有良好的治疗效果，提高了治疗后患者的满意度；③文章总结了3D打印聚醚醚酮及其复合材料在各类骨缺损修复中的应用，并对联合3D打印技术制备个性化聚醚醚酮植入物或假体的应用前景表达了自己的看法。 关键词：

聚醚醚酮；复合材料；骨缺损修复；骨科植入物；假体；3D打印技术；人工关节；口腔修复 中图分类号：R459.9；R318；R687

Lin Liulan, MD, Associate researcher, Engineering Technology Training Center, Shanghai University, Shanghai 200444, China

Application status of 3D printed polyetheretherketone and its composite in bone defect repair

Lin Liulan, Zhou Jianyong (Engineering Technology Training Center, Shanghai University, Shanghai 200444, China)

1622 文章编号:2095-4344(2020)10-01622-07

LIN LL, ZHOU JY. Application status of 3D printed polyetheretherketone and its composite in bone defect repair.

Zhongguo Zuzhi Gongcheng Yanjiu. 2020;24(10):1622-1628. DOI:10.3969/j.issn.2095-4344.2211

Abstract

BACKGROUND: Polyetheretherketone (PEEK) and its composites have a unique set of properties, and 3D printing technology can customize personalized implants according to the patient's condition, and the effective combination of the two plays a significant role in the field of bone repair.

OBJECTIVE: To summarize the application status of PEEK and its composite combined with 3D printing technology in the field of bone repair, and to further predict the application prospects of the effective combination of the two.

METHODS: CNKI, PubMed, and Web of Science databases were retrieved with the search terms “PEEK, PEEK composites, bone defect repair, PEEK implants, PEEK 3D printing, prosthodontics” in English and Chinese, respectively, for the articles published from April 1995 to April 2019. Totally 147 articles were searched, and finally 51 eligible articles were enrolled for review in accordance with the inclusion and exclusion criteria. RESULTS AND CONCLUSION: Biologically active materials and the particles or fibers with improved mechanical properties were introduced into the PEEK matrix to prepare its composite. 3D printing technology was used to precisely customize implants that are highly matched to the patient's defect. The implants with good biocompatibility, bioactivity, and mechanical properties exhibited good therapeutic effects in the repair of skull, jaw, spine, lumbar vertebra, artificial joint and oral defects. They improved patient satisfaction after treatment. This article summarized the application of PEEK, its composite and 3D printing technology in the repair of various bone defects, and expressed its views on the application and prospect of personalized PEEK implants or prostheses prepared with 3D printing technology.

Key words: PEEK; composite materials; bone defect repair; orthopedic implants; prosthesis; 3D printing technology; artificial joint; oral repair

0 引言 Introduction

聚醚醚酮是一种全芳香族半结晶性的热塑性特种工程塑料，具有优良的理化性质、力学和热等性能，在250 ℃高温下也能保持较高的耐磨性和较低的摩擦系数。聚醚醚酮具有熔点高(334 ℃)、蠕变量低、弹性模量高、摩擦性能优异、耐高温、耐化学腐蚀等特点，越来越多地作为一种生物材料应用于骨科植入物和假体。聚醚醚酮具有良好的生物相容性，相比于传统硬组织植入金属材料(不锈钢、钛合金等)，其弹性模量和人类的皮质骨相当，植入后可有效减小“应力屏蔽效 应”。此外，聚醚醚酮作为生物材料还具有放射线透过性及磁共振扫描不产生伪影等优点，可以更好地评估术后恢复情况，目前已被用于颅骨、颌骨、脊椎腰椎、人工关节以及口腔缺损修复等领域。

随着3D打印技术在骨科领域的应用增多，以及人们对医疗领域中诊断水平和治疗技术要求的提升，3D打印技术在医疗领域中的发展前景巨大。3D打印技术在医疗领域中的应用主要包括协助医患之间的沟通，精准制备出医疗模型，提高病情的诊断和规划手术方案，以及制备个性化骨科植入物。为此该综述通过查阅大量的相关文献，介绍了3D打印聚醚醚酮及其复合材料在骨缺损修复中的独特优势，总结了聚醚醚酮及其复合材料应用于几种常见骨缺损修复的国内外研究进展，并对结合3D打印技术制备个性化聚醚醚酮植入物或假体的应用前景表达了自己的看法。

[5]

[4]

[3][2][1]

1.2 入选标准

纳入标准：①文献的内容与聚醚醚酮及其复合材料

在骨缺损修复中的应用相关；②通过3D打印技术制备个性化植入物并应用于骨缺损修复的研究；③优先选择近期发表的文献。

排除标准：①与纳入标准无关的研究；②重复性研

究；③中英文以外语种的研究。

1.3 数据的提取及质量评估 利用计算机初步检索得到147篇文献，在详细阅读标题和摘要后进行筛选，排除重复性研究、文献内容与聚醚醚酮材料或聚醚醚酮应用于骨缺损修复无关的文献，保留与3D打印聚醚醚酮及其复合材料在骨缺损修复中的应用相关的文献。最终共纳入51篇文献进行综述，中文21篇，英文30篇。其中16篇是关于聚醚醚酮及其复合材料的描述，11篇是关于3D打印技术的描述，24篇是关于聚醚醚酮在骨修复领域中应用及研究的描述，见图1。 计算机初检文献 (n=147) 检索词：中文“聚醚醚酮，聚醚醚酮复合材料，骨缺损修复，聚醚醚酮植入物，聚醚醚酮3D打印，口腔修复”； 英文“PEEK, PEEK composites，bone defect repair, PEEK implants, PEEK 3D printing，prosthodontics” 检索数据库：CNKI， PubMed和Web of Science数据库 阅读文献内容，排除不符合要求文献 96 篇 检索时限： 1995 年 4 月至 2019 年 4 月 最后纳入文献 51 篇

2 结果 Results

2.1 聚醚醚酮复合材料的特性 由于聚醚醚酮不具备生物活性、表面成骨效能较低，研究者通过在聚醚醚酮基体中引入羟基磷灰石、生物活性玻璃等生物活性材料的方法将聚醚醚酮制备成复合材料，这些方法可以明显改善聚醚醚酮的生物活性，但其力学性能往往显著降低。在复合材料中添加碳纤维则可以平衡聚醚醚酮的生物活性与力学性能。

[6]

图1 文献检索流程图

1 资料和方法 Data and methods

1.1 资料来源 通过计算机检索CNKI、PubMed、Web of Science等数据库，中文检索词为“聚醚醚酮，聚醚醚酮复合材料，骨缺损修复，聚醚醚酮植入物，聚醚醚酮3D打印，口腔修复”，英文检索词为“PEEK, PEEK composites, bone defect repair, PEEK implants, PEEK 3D printing，prosthodontics”。检索时间范围为1995年4月至2019年4月，所检索的文献类型主要有研究原著、综述以及经验交流等。

聚醚醚酮-羟基磷灰石复合材料：羟基磷灰石具有

无毒无抗原性的特点，并且具有良好的生物活性、生物

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林柳兰，周建勇. 3D打印聚醚醚酮及其复合材料修复骨缺损的应用现况[J].

中国组织工程研究，2020，24(10):1622-1628. DOI:10.3969/j.issn.2095-4344.2211

相容性和骨传导性[7]

，是一种极具前景的骨组织替代材料。WALSH等[8]

将聚醚醚酮-羟基磷灰石增强组和聚醚醚酮对照组以骨钉形式植入成年绵羊松质骨和皮质骨中，分别在第4，12周进行检测，在第6，12，26周进行椎间颈椎融合。对种植体-骨界面进行放射学和组织学评估，结果表明将羟基磷灰石与聚醚醚酮基质结合，促进了骨生长，颈椎间融合较好。

聚醚醚酮-生物活性玻璃复合材料: 生物活性玻璃

脆性大、韧性差，但具有很高的生物活性，能够刺激成骨细胞发生增殖从而促进骨的生长和愈合，生物活性玻璃与骨组织之间能形成牢固的骨整合，能更好地修复人体的受损骨组织[9]

。郑延延等

[10]

将生物活性玻璃引入到

聚醚醚酮/碳纳米管中后，对聚醚醚酮/碳纳米管/生物活性玻璃复合材料的体外成骨细胞相容性进行了研究，通过扫描电镜观察了成骨细胞在聚醚醚酮/碳纳米管/生物活性玻璃复合材料表面的黏附与生长情况，实验结果表明引入生物活性玻璃后有利于成骨细胞的黏附、铺展和生长，提高了细胞在复合材料表面的增殖能力。

聚醚醚酮-羟基磷灰石-碳纤维复合材料: 碳纤维可

以对聚醚醚酮起到一定的增强作用，对其摩擦学性能也有重要影响。SHARMA等

[11]

对碳纤维进行液氮等离子体

处理后，使碳纤维与聚醚醚酮基体之间的结合力得到了增强，并且提高了碳纤维/聚醚醚酮复合材料的抗摩擦性。在聚醚醚酮中加入羟基磷灰石后会使复合材料的成骨效能增加的同时脆性增大，力学性能降低。冯惺等

[12]

将质量分数为30%的短碳纤维引入到聚醚醚酮-羟基磷灰石复合材料后制备了聚醚醚酮-羟基磷灰石-碳纤维复合材料，研究了碳纤维对聚醚醚酮-羟基磷灰石复合材料力学性能的影响。结果表明引入碳纤维后聚醚醚酮-羟基磷灰石-碳纤维复合材料的强度和模量明显提高，在一定程度上弥补了聚醚醚酮-羟基磷灰石复合材料脆性较高的不足。相比于聚醚醚酮-羟基磷灰石复合材料，聚醚醚酮-羟基磷灰石-碳纤维复合材料具有更优良的力学性能，与人体骨骼的力学性能更加匹配。

颗粒增强聚醚醚酮复合材料: WU等

[13]

将TiO2颗粒

引入聚醚醚酮中制备出纳米TiO2-聚醚醚酮复合材料。通过生物活性检测发现成骨细胞更加倾向于选择性地黏附在TiO2颗粒暴露的位臵。KUO等

[14]

在聚醚醚酮基体中引入纳米级SiO2或Al2O3颗粒制备成SiO2-聚醚醚酮或Al2O3-聚醚醚酮复合材料，研究了SiO2或Al2O3颗粒分别在不同含量时对复合材料力学性能的增强效果，结果显示引入的颗粒质量分数在5.0%-7.5%时，可以明显改善复合材料的硬度、弹性模量与拉伸强度。 2.2 基于聚醚醚酮的3D打印方案

医学3D打印技术：3D打印技术是一种通过三维

CAD建模软件虚拟建模，设计出模型后利用各种成型工艺逐层打印出实物模型的过程

[15]

，并被推广至生物医学

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工程领域。3D打印成形植入性假体，可以根据确切体型匹配定制，制造的医疗植入物可以提高特殊群体的生活质量。3D打印假体流程见图2。3D打印技术非常适合于植入性假体的制作，主要体现在以下方面：①可以根据特点患者需要的几何参数形状与尺寸，利用CT、MRI等医学扫描技术精确预制个性化植入体，不需要按标准系列执行；②3D打印工艺环节少，不需要传统的模具，制作周期短，即可研制高性能的假体。

图2

3D打印假体过程

基于聚醚醚酮特性改进3D打印设备：聚醚醚酮不同

于一般常用于3D打印的高分子材料，其熔点高且具有半结晶特性，对材料在熔体冷却成形的黏流态-高弹态-玻璃态的持续转变过程中造成很大影响，产生较大的冷却收缩与结晶收缩[16-17]

。在打印聚醚醚酮制件时，需改进

3D打印设备，以保证高温成形环境和温度均匀性。李涤

尘等

[17]

采用控性冷沉积方法打印聚醚醚酮材料，并通过

控制3D打印的环境温度、打印温度等热条件，对聚醚醚酮成形后的结晶度进行精确控制，进而控制材料的强度、模量等性能，制备出了力学性能良好的胸骨假体，植入后重建修复患者胸壁，术后2周患者在各方面的检查指标均显示正常。史长春等

[18]

设计了聚醚醚酮材料成

形的高温成形腔体结构，模拟仿真和工艺实验结果表明，采用接近聚醚醚酮玻璃化温度的高温成形腔体环境，可以显著减小聚醚醚酮试样的翘曲变形。 2.3 个性化3D打印聚醚醚酮植入物在骨缺损修复中的应用

现状 目前聚醚醚酮在骨缺损修复与重建中的应用领域

主要有聚醚醚酮椎间融合器、聚醚醚酮人造骨关节(人工髋关节、人工膝关节等)、颅骨缺损修复、颌骨缺损修复、脊柱/腰椎修复、口腔修复和其他骨缺损修复等。 2.3.1 聚醚醚酮植入物应用于颅骨缺损修复 聚醚醚酮材料被认为是一种适用于颅骨重建的材料。上颌面部和颅骨区域的解剖复杂性要求前额和眶壁的修复具有完美的对称性和良好的功能、形态和美学效果[19]

。

PANAYOTOV等

[20]

报道了应用定制的个性化聚醚醚酮

植入物进行颅骨重建的病例。这种定制的个性化聚醚醚酮植入物适用于颅骨损伤严重或颅骨圆顶全层的结构组织大范围切除后的修复，在这些病例中发现颅骨成形术具有明显的美容优势，且恢复了颅骨对创伤的物理屏障作用。LETHAUS等

[21]

研究了聚醚醚酮和钛合金植入

物在颅骨成形术中的不同力学行为。结果表明2种植入物都能承受高于导致颅骨骨折所需的力，相比于钛合金植入物，聚醚醚酮的弹性和吸能特性更接近人的骨骼，

ISSN 2095-4344 CN 21-1581/R CODEN: ZLKHAH

LIN LL, ZHOU JY. Application status of 3D printed polyetheretherketone and its composite in bone defect repair.

Zhongguo Zuzhi Gongcheng Yanjiu. 2020;24(10):1622-1628. DOI:10.3969/j.issn.2095-4344.2211

聚醚醚酮的力学性能适合于颅骨缺损的重建。

感染和暴露是颅骨成形术中最为常见的2种并发症。冀培刚等

[22]

研究了11例应用聚醚醚酮材料进行颅骨缺损

修复的患者，术后随访半年并分析术后并发症和临床效果。结果显示术后所有患者都康复出院，没有死亡或感染病例，患者随访半年后均无切口迟发性感染及植入物外露的情况发生，显示聚醚醚酮材料有良好组织相容性，实现了与患者颅骨的完美契合，非常适用于颅骨缺损修复患者。张国斌等[23]

将数字化植入体加工定制的聚醚醚酮植入体植入11例患者颅骨缺损处后，记录术后长达1年的患者生命体征变化，结果显示所有患者的伤口愈合良好，术后感觉无异常，没有出现其他远期并发症，使用聚醚醚酮植入物进行颅骨成形术具有可行性且疗效安全可靠。聚醚醚酮材料具有极好的强度、硬度和韧性，而聚醚醚酮颅骨植入物具有低成本、高性能、无毒、生物相容性良好、减小应力屏蔽效应以及远期并发症较少等优点，这些优点使其在颅骨修复领域成为钛的替代材料的潜能越来越显著。 2.3.2 聚醚醚酮植入物应用于颌骨缺损修复 创伤、感染、肿瘤等原因导致的颌骨缺损使患者的生活质量下降，修复颌骨缺损，提高患者的生活质量是口腔颌面外科学急需解决的问题[24]。在颌面部手术中，3D打印技术可准

确仿制出患者特定解剖结构的轮廓模型以及定制个性化

植入物

[25]

。李劲松

[26]

通过3D打印技术为5例单侧上颌骨

良性或低度恶性肿瘤累及眶底患者定制了个性化聚醚醚酮植入物以修复患者的眶-上颌骨缺损，术后CT扫描测量假体植入位点与虚拟手术方案的误差，随访并评估眼球位臵、眼球运动及视觉功能变化。结果显示患者在伤口愈合期内没有出现明显并发症，3D打印个性化聚醚醚酮假体可以精确修复眶底缺损，改善因眼球移位造成的视觉功能障碍，获得良好的功能与美观效果。GOODSON等

[27]

利用光固化快速成型技术制备出双片式聚醚醚酮眶

颧骨植入物，将植入物分别植入1例眶缘和眶底骨折的患者和1例颧骨复合体扁平的患者，显示定制的植入物与患者缺损结构高度匹配，缩短了手术时间。术后检测显示2例患者恢复良好，随访12个月均未出现明显并发症，定制的双片式聚醚醚酮植入物在眶颧骨重建中具有可行性。韩明林等

[28]

将碳纤维增强型聚醚醚酮假体臵入兔颞

下颌关节突缺损处，研究了碳纤维增强聚醚醚酮人造关节假体臵入后的固位和替代修复效果并进行了CT影像学检查。结果显示植入的碳纤维增强聚醚醚酮假体有良好的固位，可以替代正常关节发挥作用，碳纤维增强聚醚醚酮假体可以有效恢复兔的正常咀嚼功能，是一种重建颞下颌关节突的理想材料。BERRONE等

[29]

将定制的个

性化聚醚醚酮假体臵入患者颌骨缺损区域以矫正下颌骨不对称，术后进行影像学检查显示植入物固定良好、与周围骨组织结合紧密。随访8个月后无临床及影像学并发症，颌部获得了较好的美学效果，显示定制的聚醚醚酮

假体可应用于下颌不对称病例的治疗。未来3D打印技术在个性化颌骨植入物或假体的定制中有着巨大的潜能，个性化聚醚醚酮植入物具有良好的美学效果、生物相容性和力学性能，能有效减小应力屏蔽效应，在颌骨的修复与重建中有望成为传统金属的替代材料。

2.3.3 聚醚醚酮植入物应用于脊椎/腰椎修复 腰椎后路椎板减压术是一种常见的治疗腰椎疾病的手术，可以有效治疗腰椎管狭窄症、腰椎间盘突出症、腰椎爆裂性骨折及腰椎肿瘤等腰椎疾病。边卫国等

[30]

将3D打印聚醚醚酮人

工椎板植入患者全椎板切除后的缺损处，术后进行3个月及末次随访，通过影像学和日本骨科协会评分标准评定疗效，结果显示所有患者的症状有明显的改善，其中5例达到了治愈，1例达到了显效；影像学检查结果显示椎管形态在术后维持较好，椎管容积及矢状径得到了明显改善，患者均无人工椎板碎裂的情况发生。早期人工椎板的臵入确保了足够的支撑强度，聚醚醚酮人工椎板有良好的生物相容性，所有患者均未出现相关不良反应。LAUX等[31]

将碳纤维/聚醚醚酮植入物臵入1例脊椎损伤(T12椎体)患者的缺损处，在与自体髂骨移植和脱矿骨基质相结合的情况下，进行了T11-L1的无侧位背侧固定和融合。术后随访长达25个月，未观察到明显不良反应，显示碳纤维/聚醚醚酮植入物在术后随访成像、辅助放射治疗的应用和术中处理方面具有良好的临床适用性。由于独特的材料特性，肿瘤患者可能特别受益于碳纤维/聚醚醚酮植入物。李世梁等

[32]

研究了聚醚醚酮棒半刚性固定系统与钛棒刚性固定

系统在治疗腰椎管狭窄症中的临床疗效，在接受腰椎管狭窄症手术治疗的38例患者中聚醚醚酮棒组18例，钛棒组20例。术后随访24-36个月并进行影像学检测，结果显示所有患者均无感染，聚醚醚酮棒组无内固定松动断裂情况。术后均可明显改善腰椎管狭窄症患者的临床症状且疗效满意，但聚醚醚酮棒半刚性固定系统在稳定脊柱的前提下可保留更多的腰椎活动范围。NOROTTE等

[33]

研究了聚

醚醚酮-羟基磷灰石椎间融合器在治疗L5-S1退行性腰椎间盘病变中的有效性和安全性，对65例进行退行性腰椎间盘病变手术的患者术后随访12-24个月，进行临床和放射学检查以评估患者椎间融合情况和患者满意度。结果显示患者术后均无明显并发症，椎间融合率较高(95.4%)且临床疗效满意，聚醚醚酮-羟基磷灰石椎间融合器在治疗L5-S1退行性腰椎间盘病变中是一种有效而安全的方法。王琪等

[34]

通过CT扫描获取22例脊柱肿瘤患者数据并进行

三维模型重建，利用3D打印机打印出患者病灶区域的脊柱模型。针对所打印出的脊柱模型为患者制定相应的手术方案、对手术操作进行模拟以及预处理内臵物，这种方法为治疗提供了有效指导。结果显示所有患者的手术均成功完成，术后明显改善了患者的症状，经X射线复查后可见内植物固位良好，没有出现松动移位的情况。聚醚醚酮及其复合材料与传统脊柱腰椎金属修复材料相比，其植入物

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林柳兰，周建勇. 3D打印聚醚醚酮及其复合材料修复骨缺损的应用现况[J].

中国组织工程研究，2020，24(10):1622-1628. DOI:10.3969/j.issn.2095-4344.2211

或假体臵入后也能满足强度要求，重要的是其可有效减小应力屏蔽效应且并发症较少，因而长期疗效好。在脊柱腰椎修复中，3D打印技术制备的个性化脊柱腰椎植入物及导航导板有着巨大的医用潜能。相信未来随着3D打印技术的进一步完善、对聚醚醚酮材料研究的深入以及中国相关法律政策的完善，能研制出各种性能优良的脊柱腰椎植入物，并且能获得市场准入许可而进入临床应用。 2.3.4 聚醚醚酮应用于椎间融合器 聚醚醚酮融合器(聚醚醚酮-Cage)具有较好的透光性，X射线可透过性，便于观察植骨融合情况。聚醚醚酮-Cage对术后患者临床症状的改善明显，可达到良好的融合与稳定性。法国医生Vincent在2014年成功将MEDICREA公司制备出的聚醚醚酮材料3D打印椎间融合器应用于1例脊柱融合手术

[35]

。CHEN等

[36]

比较了钛合金与聚醚醚酮椎间融合器治疗脊髓型颈椎病的疗效。钛合金组有良好临床效果的患者比例为55.2%，聚醚醚酮组为74.2%。此外，单独的聚醚醚酮椎间融合器在不增加颈椎前板强度的情况下，可以很好地保持椎间高度和颈椎前凸，在长期随访中发现聚醚醚酮椎间融合器的临床效果优于钛合金椎间融合器。朱明智

[37]

研究了颈椎前路椎间盘切除减压后

应用聚醚醚酮椎间融合器治疗颈椎病的临床疗效，46例颈椎病患者临床完成减压术后植入聚醚醚酮椎间融合器进行治疗。术后进行9个月随访及影像学检查，对椎体间隙高度、植骨融合情况以及颈椎生理曲度进行观察，结果显示对颈椎病患者完成颈椎前路椎间盘切除减压术后，选择聚醚醚酮椎间融合器的方法进行治疗可获得较高融合率，椎体间隙高度以及颈椎生理曲度恢复明显，显著提高了颈椎病患者的生活质量。LEMCKE等

[38]

对335例在颈椎前路减压融合术中使用了聚醚醚酮椎间融合器的患者进行了超过两三年的随访，其中在277例有完整回访记录的信息中可以发现，其中有118例患者根据日本骨科协会评分评估恢复较佳，112例患者为良好，只有20例患者评分表示恢复一般。曹盛生等

[39]

研究

了前路颈椎间盘聚醚醚酮椎间融合器的临床应用及中远期疗效，对41例植入聚醚醚酮椎间融合器的患者进行定期随访，术后定期进行颈椎X射线、CT、MRI检查观察植骨融合、椎间隙高度、颈椎曲度等情况。结果显示在治疗颈椎病中，聚醚醚酮椎间融合器具有操作简单、出血量较少、相关并发症较少等优点，可以明显改善、维持颈椎曲度和椎间隙高度，获得了良好的中远期临床疗效。聚醚醚酮椎间融合器植入人体后的生物相容性良好，相关并发症的发生率较低，能有效减小应力屏蔽效应，具有放射线透过性，术后便于检测椎间融合情况，获得了良好的中远期临床疗效。3D打印技术在定制个性化椎间融合器中的优势显著，未来研究者需要更多地考虑如何将聚醚醚酮材料与3D打印技术进行有效结合以制备出综合性能优异的个性化聚醚醚酮椎间融合器。

1626

2.3.5 聚醚醚酮应用于人工关节臵换 人工关节臵换术是医学上治疗严重关节疾病较为有效的一种方法，它的替换能可靠地减轻疼痛和恢复功能。磨损是人工关节臵换中晚期失效的主要因素，而交叉剪切效应对于磨损性能的研究具有重要的意义。王俊元等

[40]

研究了交叉剪

切效应对碳纤维增强聚醚醚酮磨损性能的影响，将棒状碳纤维增强聚醚醚酮和超高分子量聚乙烯试样在交叉剪切条件下进行磨损实验测试。实验结果表明，超高分子量聚乙烯具有与交叉剪切相关的磨损效应，而碳纤维增强聚醚醚酮材料无明显的交叉剪切效应。与超高分子量聚乙烯相比，碳纤维增强聚醚醚酮的耐磨性能具有显著的优势，其磨损系数约为超高分子量聚乙烯的50%。碳纤维增强聚醚醚酮材料在人工关节应用中有望成为超高分子量聚乙烯合适的替代材料。RUITER等

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研究

了聚醚醚酮股骨植入物在全膝关节臵换术中的固定效果和应力屏蔽效应。对聚醚醚酮和钴铬合金植入物进行有限元仿真分析，根据股骨远端应变能密度分布评估应力屏蔽效应，并测试植入物-骨水泥界面的固定强度。结果表明聚醚醚酮植入物-骨水泥界面的固定强度高于钴铬合金植入物-骨水泥界面，与钴铬合金植入物相比，聚醚醚酮植入物的应力屏蔽效应明显降低。RANKIN 等

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通过数字图像相关技术研究了全膝关节臵换术中

聚醚醚酮股骨植入物与钴铬合金植入物的骨应变分布差异。结果显示钴铬合金植入物植入后的表面模拟骨应变表现为应变屏蔽，而聚醚醚酮股骨植入物的骨应变更接近于天然骨，相比于钴铬合金植入物，聚醚醚酮植入物可有效减小应变屏蔽。碳纤维增强聚醚醚酮复合材料是一种各向异性的材料，具有弹性低强度高的特点，在关节臵换领域里可有效减少应力屏蔽及由其引起的骨吸收、骨萎缩及假体松动等并发症。纪志华等

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将碳纤

维增强聚醚醚酮假体和钴铬钼合金假体分别植入8对成人尸体股骨标本中以完成假体臵换。进行溶血实验研究了碳纤维增强聚醚醚酮的血液相容性，对臵换后的碳纤维增强聚醚醚酮股骨头假体和钴铬钼合金股骨头假体的生物力学特性进行了比较。结果表明碳纤维增强聚醚醚酮有较好的血液相容性，臵换后假体产生松动的程度较小，且假体有较大的扭转刚度和较好的稳定性，碳纤维增强聚醚醚酮假体具有一定的临床应用前景。目前在人工关节臵换中应用最多的材料仍是钛合金等金属材料，聚醚醚酮人工关节植入物往往和钛植入物联合应用于关节臵换术中，对聚醚醚酮植入物的研究尚处于初级的探索阶段，关于其他生物相容性和力学指标还要进一步研究。未来利用3D打印技术定制出与患者关节缺损处高度匹配且性能优异的聚醚醚酮关节植入物，并成功植入以完成关节缺损修复仍需进一步的临床试验研究。 2.3.6 聚醚醚酮应用于口腔修复 随着人们对口腔修复要求的不断提高，作为目前最主要的口腔种植体材

ISSN 2095-4344 CN 21-1581/R CODEN: ZLKHAH