3D打印技術(shù)在骨科手術(shù)中的應(yīng)用思考

韋仁 覃華棟 黃進(jìn)駿

廣西慧思通科技有限責(zé)任公司 廣西欽州 530007

1 3D打印技術(shù)在骨科關(guān)節(jié)中的應(yīng)用

1.1 手術(shù)模型和導(dǎo)板

術(shù)前計劃是每位骨科醫(yī)生的基本技能。傳統(tǒng)的術(shù)前影像資料規(guī)劃往往是基于x線片、MRI、CT及CT三維重建，這些傳統(tǒng)影像資料往往被拉長以處理復(fù)雜的病例。基于患者數(shù)據(jù)的三維打印模型，即三維打印手術(shù)指南，在骨科手術(shù)中得到了廣泛的應(yīng)用。術(shù)前使用3D打印模型，可以讓外科醫(yī)生預(yù)測手術(shù)過程中可能出現(xiàn)的困難和并發(fā)癥，選擇最優(yōu)的手術(shù)方式和手術(shù)器械，并且可以對3D打印模型進(jìn)行消毒，供醫(yī)生在手術(shù)臺上參考。目前，3D打印模型已成功應(yīng)用于脊柱、肢體和盆腔手術(shù)的術(shù)前規(guī)劃。應(yīng)用三維打印模型對13例先天性脊柱盆腔畸形患兒進(jìn)行了實驗研究。結(jié)果表明，三維打印模型對提高術(shù)前規(guī)劃、醫(yī)患溝通和手術(shù)安全性具有明顯的效果。通過對20個髖臼骨折術(shù)前3D打印模型的研究發(fā)現(xiàn)，術(shù)前參考模型可以減少不同醫(yī)生的人為打字錯誤，這對于經(jīng)驗較少的骨科醫(yī)生尤為重要。本研究納入37例復(fù)發(fā)性腰椎間盤突出癥患者，發(fā)現(xiàn)術(shù)前3D打印模型規(guī)劃者在減少手術(shù)時間和出血量方面具有顯著優(yōu)勢。對于頸椎腫瘤的全椎體手術(shù)，3D打印模型輔助術(shù)前規(guī)劃可以提供更直觀、更豐富的信息，認(rèn)為有必要將3D打印模型用于頸椎腫瘤治療的術(shù)前規(guī)劃。通過使用2例3D打印模型進(jìn)行髖關(guān)節(jié)翻修手術(shù)，術(shù)前在模型上測試內(nèi)種植體和模擬手術(shù)流程，更好地完成術(shù)前規(guī)劃，提高準(zhǔn)確性和安全性。

1.2 打印內(nèi)植物和假體

由創(chuàng)傷、腫瘤、炎癥和變性等疾病引起的骨、軟骨組織缺損和畸形往往需要假體或骨移植來修復(fù)和重建。傳統(tǒng)的內(nèi)生植物通常是工廠批量生產(chǎn)的通用假體。模型和樣式難以滿足所有患者的需要，尤其是腫瘤切除和骨科手術(shù)患者，骨吸收和供體相關(guān)并發(fā)癥時有發(fā)生。3D打印技術(shù)可以定制內(nèi)植物，更準(zhǔn)確的適應(yīng)病變?nèi)毕?。采用個性化3D打印假體，對11例髖臼惡性腫瘤術(shù)后患者進(jìn)行了三維重建。術(shù)后功能恢復(fù)良好，無嚴(yán)重并發(fā)癥。1例先天性腰5椎體造成的節(jié)段性駝背，腰痛及下肢癥狀，嚴(yán)重影響工作和生活，因為傳統(tǒng)商業(yè)假肢可以不提供病人解剖的支持，所以3d打印技術(shù)的個性化設(shè)計和制備的鈦合金假體所需的結(jié)構(gòu)，避免肋骨或髂骨移植的過程和修剪成所需的形狀在手術(shù)過程中，縮短操作時間，降低操作復(fù)雜度；月骨融合無內(nèi)生相關(guān)并發(fā)癥。

更重要的是，3D打印可以產(chǎn)生高度連接的三維多孔結(jié)構(gòu)，模擬天然小梁組織的微觀結(jié)構(gòu)，促進(jìn)細(xì)胞與假體融合，骨組織置換，改善假體與骨界面的融合，延長內(nèi)部植物的使用。的生活。這是傳統(tǒng)固體植物無法做到的。一位62歲復(fù)發(fā)性骶骨脊索瘤的病人，接受了一期骶骨腫瘤切除手術(shù)。根據(jù)患者術(shù)前CT資料重建三維打印肱骨假體?？梢哉T導(dǎo)三維打印假體的多孔結(jié)構(gòu)。骨骼生長穩(wěn)定，行走短短1年后，無疼痛和不穩(wěn)定癥狀。這家美國公司的新型鈦合金腰椎椎間融合器采用AMagine3D打印技術(shù)制成，已獲得美國食品和藥物管理局（FDA）的批準(zhǔn)。體間融合器是一種有利于骨細(xì)胞生長的三維多孔鈦合金材料。生長和遷移促進(jìn)骨組織和假體的融合。

1.3 個性化支具

支具治療作為骨科重要的保守治療手段，在骨折、畸形和運動損傷的治療中具有一定的療效。但傳統(tǒng)的支架生產(chǎn)工藝繁瑣，生產(chǎn)廠家水平參差不齊，處理效果有限。近年來，3D打印技術(shù)逐漸被應(yīng)用到支架的設(shè)計和生產(chǎn)中，它比傳統(tǒng)獲取的材料更加精確，加工時間更短，制造誤差更小。通過對比傳統(tǒng)方法和3D打印技術(shù)制作踝關(guān)節(jié)支撐架，3D打印支撐架對內(nèi)側(cè)縱韌帶的作用優(yōu)于傳統(tǒng)支撐架。對于脊柱側(cè)彎患者，傳統(tǒng)的波士頓對稱支具治療有效率約為72%，而按照脊柱側(cè)彎設(shè)計的不對稱雪諾支治療有效率約為80%；然而，3D打印支架是基于個別病人的情況。在保證骨科手術(shù)的同時，具有輕便舒適調(diào)節(jié)的優(yōu)點，可提高患者的佩戴時間和依從性，治療效率可達(dá)90%。

2 3D打印存在的一些問題及未來展望

3D打印技術(shù)在骨科的應(yīng)用尚處于起步階段，存在著樣本量大、隨訪時間長等問題；臨床對種植材料要求較高，選擇合適的材料仍是限制因素；打印效率慢，耗時長，難以滿足應(yīng)力；人體組織器官極其復(fù)雜，打印精度有待提高；仍局限于修復(fù)、填充、改造等，未能實現(xiàn)組織功能的恢復(fù)；目前還沒有完善的法律法規(guī)來明確規(guī)范個性化3D打印產(chǎn)品和應(yīng)用。未來，3D打印金屬植入體的發(fā)展和應(yīng)用前景更加樂觀。選擇更符合人類相容性、力學(xué)性能和生物降解性的油墨是研究方向?；罴?xì)胞與材料三維裝配的生物打印技術(shù)、生物功能組織與器官的構(gòu)建是一個研究熱點，而具有感知外界刺激效果的康復(fù)設(shè)備的打印需要進(jìn)一步突破。相信在不久的將來，隨著技術(shù)的不斷成熟和需求的增加，必將促進(jìn)政策法規(guī)的完善，保護(hù)和支持3D打印技術(shù)的發(fā)展和探索。同時，隨著“精準(zhǔn)醫(yī)療計劃”的推進(jìn)，3D打印個性化定制將發(fā)揮重要作用，實現(xiàn)新的飛躍。