3D打印技术在骨外科领域的应用研究

3D打印技术在骨外科领域的应用研究

田铭超 1、荣淑梅 2

1.湖北科技学院，湖北咸宁， 437000； 2.仙桃职业学院，湖北省仙桃市， 433000

[摘要]：随着3D打印技术不断地发展，它也逐渐被运用在医学、航天、机器人制造等众多领域。近年来，在临床医学领域，尤其在骨科、脊柱外科等方面得到了越来越多的重视。虽然3D打印技术仍面临着设备、材料昂贵的挑战。但这项技术具有改善患者预后、减少患者的辐射剂量等众多优点。本文主要介绍3D打印技术在骨外科领域的应用及未来发展方向。

[关键词]：3D 打印 骨外科 应用

一 引言

3D打印技术根据其制造工艺又被称为增材制造，属于快速成型技术的一种，起源于19世纪末期美国照相、雕塑和地貌成形技术，但由于价格昂贵、技术不成熟，早期并没有得到推广普及。随着计 算机技术、新材料技术的蓬勃发展，3D 打印技术的应用领域不断扩大，主要应用于汽车行业、航空航天、医疗行业、建筑设计等领域。目前，国际上已开始将3D 打印技术应用于医疗行业中的器官模型制造、手术分析策划、个性化组织工程支架材料、假体植入物制造以及细胞或组织打印等方面。骨外科学 ( 简称骨科) 临床所使用的内置物材料都是按照尸体解剖数据，采用固定尺寸及外形进行批量生产，难以与每位患者的需求部位完美匹配，无法获得满意的临床效果。而3D 打印技术可以弥补这一不足。本文主要阐述3D 打印技术在骨外科中的应用进展。

二 3D打印技术在骨外科领域的应用

个体化治疗是骨科的一个重要发展方向，通过个体化的治疗，可以满足不同性别、人种、宗教、运动习惯、职业的个体需要。3D 打印技术最突出的特点就是复杂成型和个体化。因此，3D 打印技术目前广泛应用于骨科及其下属的各个亚专科当中。主要表现在如下几个方面：

2.1 3D打印技术在个体化外固定及内植入物的应用

骨科常用的内植入物往往是标准化的，这些标准化的内植入物也往往能够满足大多数手术的需求。但是在特殊的情况下，患者可能很难在标准化内植入物中选择自己合适的大小或形状。这种情况主要发生在大范围骨盆缺损、骨肿瘤等患者身上。3D 打印技术可以实现个体化的内植入物的制作。此外，国外众多研究学者也报道了结合计算机辅助复位技术与三维打印技术定制外固定架提高复位准确性和固定效果的研究。

2.2 3D打印技术在辅助椎弓根螺钉置入的应用

椎弓根螺钉置入是临床脊柱手术中最常用的内固定方 法，脊柱的椎弓根细小，与脊髓和神经位置毗邻，置钉风险大，如何增加置钉精准度，减少手术并发症是临床医生 急需解决的问题。通过个性化制作3D打印模型，可以在手术前确定螺钉的尺寸及置入轨道，通过模拟钻孔导板辅助 下进行椎弓根螺钉置入，使手术的设计精确度增加，便于术中操作。尤其在脊柱矫形手术中，可以在术前直接测量 出畸形的角度，模拟螺钉置入的顺序及位置，极大地缩短 手术时间，避免螺钉的偏离，使手术更加精准和安全，减 少术中透视次数，切口最小化，减少手术出血量等。

2.3 3D打印技术在骨肿瘤科中的应用

骨肿瘤形状多不规则，其体积 与手术方案的选择及治疗效果等密切相关，如何 精确切除肿瘤组织一直是骨肿瘤科医师所面临的挑战; 切除大面积肿瘤组织后缺损骨组织的修补、功能 重建等也是保肢手术治疗所面临的难点。裴延军等采用金属 3D 打印技术制备出与患者锁骨和肩胛骨完全一致的钛合金假体，并成功植入骨肿瘤 患者体内，成为世界上肩胛带不定形骨重建的首次应用。该研究采用 3D 打印技术制备的锁骨、肩胛骨等不定形骨个体化钛合金假体匹配性高，功能及 外形满意; 多孔设计石骨及软组织附着长入率高; 弹性模量降低，可减少应力遮挡并发症; 产品质量稳定，精确度高; 制备周期短，费用大幅降低。

2.4 3D 打印技术在创伤骨科中的应用

在复杂的骨折手术中，术者在经验不足且无法直视的情况下难以做到良好地对位、对线及精准固定。粉碎性骨折复位是术中难点之一，涉及关节面的骨折要求达到解剖复位，具有创伤大、精确度差、耗时长的特点。传统医生凭借经验进行操作，术中螺钉方向靠医生的解剖知识及经验进行确定，由于患者解剖结构个体化差异，年轻医生经验相对不足不足，螺钉进入关节腔的情况时有发生。随着3D打印技术的发展，粉碎性骨折手术中可借助数字骨科技术设计手术导板，利用 3D 打印技术快速制作，为术中骨折精确复位、预测钢板规格、确定钉道方向和螺钉长度等提供帮助。

三 3D打印技术前景展望

目前，3D打印技术在材料科学方面获得了较多研究和发展，在骨科应用上也已取得了一定的突破，并开始运用于临床。但由于我们的3D打印技术刚刚应用于医学临床，还存在一定不足。随着3D打印技术和材料科学的不断发展，3D打印模型成本呈下降趋势，但与人们预期仍有一定差距；同时，3D打印模型需一定的时间才能完成，较难应用在急诊手术中；另外，3D打印设备大多与工艺参数绑定，任何一个工艺参数的更改都需要专业人员的参与，目前医疗技术人员在此方面的培训及专业技术有待加强。随着对3D打印技术不断深入研究，必将成为骨科界重要的科研课题之一，具有深远的历史和现实意义。大规模应用临床后，可以收到良好的经济和社会效益。

参考文献

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