3D打印网状矫形器在骨科康复的应用研究

3D 打印网状矫形器在骨科康复的应用研究

杨岚

（商丘工学院 商丘市 476100 ）

摘要

近年来，3D打印技术作为新兴技术，其个性化、精准设计的网状矫形器广泛应用于康复医学的各个领域。本文综述3D打印网状矫形器在骨科康复的应用现状以及与传统固定支具的对比分析，并对3D打印网状矫形器在骨科康复医学领域的应用前景进行展望。

关键词：3D打印 网状矫形器 骨科康复 应用

前言

矫形器是用于改变神经、肌肉、骨骼和关节的功能特性或结构的一种体外装置。由于近年高分子材料、生物力学、电子信息等高科技的迅速发展，以及临床医学、康复医学发展的需要，传统固定支具已不能满足人们的需求，一种新型3D打印网状矫形器应运而生，由于其个性化设计、美观轻巧、产品精确度高及并发症少等特点，网状矫形器逐渐满足人们对精准化、个性化医疗的需求，患者的舒适度和满意度明显提升。随着3D打印技术的不断成熟，以后3D打印网状矫形器将广泛地应用于康复医学的各个领域。

1.传统固定方式在骨科康复的应用

目前，临床上治疗骨折常见的方法有两种：一种是手术内固定治疗；另一种是复位外固定治疗。手术内固定不仅造成的术后并发症较多，而且还会发生感染的风险，因此首选复位外固定进行治疗。传统的固定方式主要有石膏绷带外固定、小夹板外固定或者高分子材料外固定等，以限制骨折部位的运动，维持一段时间的静止状态来实现临床愈合。

（1）石膏绷带外固定

石膏绷带外固定是临床医生根据临床经验在患者骨折的部位进行石膏固定，以促进骨折的良好愈合。石膏固定的缺点较多：石膏绷带固定比较笨重，透气性差、包扎后无法活动和清洗，不仅容易发生湿疹、皮肤过敏等问题；还会因血液循环障碍导致肌肉萎缩、关节活动受限等并发症，使患者无法生活自理；石膏绷带外固定的X线穿透性差，不利于观察骨折愈合的情况。

2. 夹板外固定

夹板外固定是中国最古老、最具有特色的骨折治疗方法。 夹板外固定的缺点：采用夹板固定时，虽然比石膏更舒适，透气性好，可调节松紧度，但其塑形性差，患者的局部活动度大，容易造成二次移位，愈合不良。

2. 传统矫形器

传统矫形器是采用高分子材料制成的可塑性支具，近年来广泛应用于临床，制作方法有低温热塑板材制造和高温热塑板制造。低温如塑板材制造矫形器时需要丰富的临床经验不断进行调整、对位对线，70℃左右的板材在患肢上塑膜容易烫伤、耗时时间长、利用率低；高温塑性矫形器制造流程繁琐，需经历取模、灌注石膏、制作阴型、阳型、塑膜、调整等，其价格昂贵，制造效率低、等待时间长，需要定期调整。

2. 3D打印网状矫形器在骨科康复的研究现状

2.1 3D打印网状矫形器概述

网状矫形器是一种新型的医疗用具，是一家名为Mediprint的墨西哥企业研发的一款“可穿戴设备”医用夹板。该矫形器使用先进的3D打印技术，在计算机控制下，根据物体的计算机辅助设计（CAD）模型和计算机断层扫描（CT）等数据，通过对塑料板材进行3D打印，快速制造成塑料网状矫形器。其结构简单：网状矫形器包括网状固定支撑体，固定支撑体的边缘及其中间部位另有加固的塑料龙骨，塑料龙骨上安装有多个尼龙搭扣，可调节松紧大小；固定支撑体内侧设有弹性内衬物，使患者无压迫感，轻松舒适；使用方便，网孔有方形、三角形、圆形、菱形及其组合，其网孔透气性能好，X光透视性强，患者愈合快，无副作用；设计有不同型号，适合不同体型、不同类型骨折的患者，实用性强。

3D打印网状矫形器建立在三维扫描的基础上，使支具更加符合人体的肌肉骨骼系统，与患者的肢体完美匹配，产品的造型、内部网格和颜色都可以因人而因的进行定制，集安全、轻便、美观于一身的个性化矫形器。

2.2 3D打印网状矫形器在骨科康复中的应用现状

Choo Y J 等通过分析传统矫形器与3D打印矫形器的对比效果，研究中发现：3D打印矫形器基于参数化逆向建模，利用三维人体扫描技术，其生物力学参数和运动学参数更符合人体解剖特点，实现了快速自动化建模，提升了个性化支具的制作效率和满意度^[1]。Vasamsetty P等提出了一种新型的脊柱3D打印支架，采用计算机系统、三维扫描和熔融沉积技术，能够很好地矫正脊柱畸形，更能满足患者的需求^[2]。

荆晓伟等人在对髌骨疼痛人群的研究中发现，使用网状弹性支具不仅可以吸收冲击，减少膝关节压力载荷，矫正髌骨运功轨迹，提高膝关节在冠状面和水平面的运动控制能力，还可以缓解膝关节疼痛，改善本体感觉，提高其生活质量^[3]。张文明等人为了进一步优化桡骨骨折外固定的方法，通过采用实验法对两组骨折的患者运用不同的固定方法来对比其愈合结果，研究结果发现：与小夹板外固定相比，3D打印个性化支具更加符合人体解剖的骨骼生物力学特点，与患者骨折部位贴合度较好，固定精确和持久^[4]。刘非等人为了评估下肢骨折患者对于使用个性化支具的满意度，通过与传统石膏外固定进行对比，实验数据表明:相对于石膏固定而言，3D打印个性化支具降低了支具的重量，更加透气、轻巧与骨折的部位贴合度良好，患者的舒适度和满意度较高

^[5]。张派等人为了解决传统骨折外固定术后的后遗症问题，采用逆向工程和3D打印技术制作的个性化支具，其更能满足骨折固定的需要，为骨折患者的康复治疗提供了一个新的解决方案^[6]。

3. 3D打印网状矫形器在骨科康复中的应用展望

当前，随着“中国制造2025年”计划的提出实施，推动与“医工结合”，支持人工智能、3D打印等新技术在康复辅助器具产品中的集成应用，形成一批高智能、高科技、高品质的康复辅助器具产品。传统支具的穿戴不适、外形不美观、不透气、遗留并发症等问题显露，越来越不能满足患者个性化、品质化、精准医疗的需求，无法达到患者预期的康复效果，3D打印网状矫形器的研发和应用，为骨科康复治疗提供了一个新的解决方案。相对于传统支具，3D打印网状矫形器透气性好、穿戴轻巧方便、可以个性化地设计符合人体解剖的特点，与患者骨折部位完美贴合，降低了固定后的并发症；增强了患者的舒适度和实用性。通过计算机断层扫描和制作模型，不仅让患者直观了解病情，有利于医患沟通；而且简化了临床医生的操作程序，提高了治疗的精确性和安全性。

虽然3D打印网状矫形器已有较大优势，但其缺点也是比较明显的。首先，3D打印支具材料成本高，价格昂贵；操作过程复杂，既需要临床治疗的专业性知识，同时还需学习计算机建模设计技术；其次，3D打印网状矫形器的设计方法和建模机制尚未提出，应用步骤尚未统一，出现质量参差不齐的现象。这是因为3D打印技术尚未成熟，目前处于初级发展阶段，与发达国家相比还是存在一定的差距。未来随着智能化信息化技术的发展，3D打印网状矫形器将逐步发展成熟，将拥有广阔的发展前景，不仅应用于骨科康复，而且可以广泛应用于神经康复、运动损伤康复、慢性疼痛康复等等领域，使越来越多的患者受益。

参考文献：

[1]Choo Y J, Boudier-Reveret M, Chang M C. 3D printing technology applied to orthosis manufacturing: narrative review[J]. Ann Palliat Med, 2020, 9 (6): 4262-4270.

[2]Vasamsetty P, Pss T, Kukkala D, et al. 3D printing in dentistry – Exploring the new horizons [J]. Materials Today: Proceedings, 2020, 26(838-841).

[3]荆晓伟,母应秀. 硅网支具对前交叉韧带损伤及膝关节稳定性的影响[J].中国组织工程研究,2020,24(04):505-510.

[4]张文明,邓红敏,杨波等.平乐正骨手法复位后3D打印支具外固定治疗桡骨远端骨折疗效 分析[J].山西中医药大学学报, 2020, 21(05): 352-354.

[5]刘非,邱冰,薛向东等.基于3D打印技术的个性化外固定支具设计[J].中国矫形外科杂志, 2016, 24(24): 2260-2263.

[6]张派, 伍权, 徐卫平等.个性化骨折固定支架优化设计与制作[J].贵州科学, 2017, 35(02): 89-91.

作者简介：

杨岚（1991.11.03），女，汉族，籍贯：河南省南阳市卧龙区，商丘工学院，助教