3D打印在骨科畸形矯正中的應(yīng)用

方加虎,薛鎧嘯

南京醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院,江蘇省人民醫(yī)院骨科,南京 210029

3D打印技術(shù)即增材制造是基于實(shí)體自由成型制造(solid freeform fyabrication，SFF)這一技術(shù)構(gòu)建復(fù)雜的生物醫(yī)學(xué)設(shè)備。該技術(shù)最初是作為術(shù)前可視化模型使用，慢慢演變?yōu)閯?chuàng)建獨(dú)一無二的先進(jìn)設(shè)備、植入物、組織工程支架、診斷平臺(tái)與藥物輸送的系統(tǒng)。在微觀領(lǐng)域，其可以將細(xì)胞、生物材料與分子精準(zhǔn)放置在預(yù)定的空間位置，如在組織工程支架中引入適當(dāng)?shù)纳锓肿踊蛏L(zhǎng)因子，亦或?qū)⒏杉?xì)胞與定制的3D支架結(jié)合；在宏觀領(lǐng)域，其可以運(yùn)用金屬粉末、塑料、新型生物材料(如凝膠、細(xì)胞或生長(zhǎng)因子等混合材料)等，實(shí)現(xiàn)組織與器官的替代甚至再生。

組織工程領(lǐng)域的飛速進(jìn)步，使制造越來越復(fù)雜的三維結(jié)構(gòu)成為可能，包括攜帶多種細(xì)胞類型、細(xì)胞外基質(zhì)和生物活性刺激物的支架。3D技術(shù)在構(gòu)建組織和器官方面的進(jìn)展，包括心臟瓣膜、軟骨、骨、心肌組織、氣管和血管，尤其在骨科領(lǐng)域中的應(yīng)用顯得愈發(fā)重要與契合。本文就3D打印技術(shù)在骨科畸形矯正方面應(yīng)用的現(xiàn)狀及進(jìn)展進(jìn)行闡述。

1 3D打印的技術(shù)工藝

1.1概述 自20世紀(jì)80年代問世，到近十年的飛速發(fā)展，3D打印技術(shù)被譽(yù)為“第二次工業(yè)革命”，該技術(shù)廣泛應(yīng)用于醫(yī)療的各個(gè)領(lǐng)域，通過計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)讀取影像數(shù)據(jù)，經(jīng)處理后轉(zhuǎn)化為三維結(jié)構(gòu)的圖像，再連接打印機(jī)，運(yùn)用金屬粉末、塑料等材料將實(shí)物打印出來并黏合成型。

在制造個(gè)性化物品，例如能夠與患者匹配的假肢、骨骼、牙齒、血管等領(lǐng)域有著獨(dú)特優(yōu)勢(shì)的SFF技術(shù)是目前研究最廣泛的3D打印技術(shù)，其根據(jù)成型材料的不同成型技術(shù)主要有五種: 三維打印技術(shù)(three dimensional printing，3DP)、熔融沉積制造(fused deposition modeling,FDM)、光固化立體成型(stereo lithography apparatus,SLA)、選擇性激光燒結(jié)/熔化(selective laser sintering/melting,SLS/SLM)、3D繪圖/直接寫入生物打印(3D plotting/direct-write bioprinting)[1]。五種成型技術(shù)各有優(yōu)劣，可根據(jù)實(shí)際需求選擇，但由于3DP起步較早，且選材相較其他四種技術(shù)更為廣泛靈活，有著可直接控制微觀結(jié)構(gòu)(即孔徑)和宏觀結(jié)構(gòu)(即整體形狀)的優(yōu)勢(shì)，因此該技術(shù)選用相對(duì)較多，應(yīng)用更廣。另外，SLS技術(shù)近年來也應(yīng)用廣泛。

由于對(duì)手術(shù)效果與術(shù)后恢復(fù)的期望不斷增加，因此對(duì)3D模型的功能提出了更高的要求與標(biāo)準(zhǔn)—支架的放置能夠部分或完全替代術(shù)后給藥，直接促進(jìn)患處的愈合。目前來看，能夠攜帶藥物與生物制劑的多孔支架將是日后3D打印在骨科領(lǐng)域的發(fā)展方向，因此，在材料選擇方面更為靈活、能夠直接進(jìn)行細(xì)胞結(jié)合的3D 繪圖/直接寫入生物打印或許會(huì)成為未來3D打印成型技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵。

1.23D打印技術(shù)的比較 3D打印技術(shù)種類繁多，包括眾多已建立及尚處于實(shí)驗(yàn)階段的技術(shù)，每項(xiàng)技術(shù)均有優(yōu)缺點(diǎn)。見表1。

表1 醫(yī)學(xué)領(lǐng)域使用的3D打印技術(shù)的比較

2 3D打印在骨科畸形矯正的應(yīng)用

2.1骨科畸形定義 骨科畸形是指發(fā)生于骨、關(guān)節(jié)或軟組織的畸形，給患者帶來的不僅僅是外觀與正常人的差異，同時(shí)伴有肢體的功能障礙，造成骨組織腔室(胸腔和盆腔)器官的發(fā)育異常，從而導(dǎo)致呼吸、循環(huán)系統(tǒng)功能異常。長(zhǎng)時(shí)間的畸形還會(huì)造成患者的心理障礙，導(dǎo)致患者的生活質(zhì)量嚴(yán)重下降。

畸形的治療即矯形，畸形矯正雖屬于骨科范疇，但有別于傳統(tǒng)骨科，所以矯形醫(yī)師需要從傳統(tǒng)骨科的思維跳出，通過一門全新、標(biāo)準(zhǔn)化、簡(jiǎn)潔化的通用語言此來分析和評(píng)估畸形，從而為治療提供指導(dǎo)。Paley[2]在總結(jié)前人經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，將畸形矯正領(lǐng)域內(nèi)的名詞標(biāo)準(zhǔn)化、簡(jiǎn)潔化，總結(jié)出了一套獨(dú)有的矯形原則，被國際廣泛接受，已成為畸形分析和矯正的通用語言。

對(duì)于畸形，通常將其分為三維六軸，三維指冠狀面、矢狀面以及軸向面；但僅僅三個(gè)平面無法描述臨床上復(fù)雜的畸形，因此，六軸(以x、y、z軸為基準(zhǔn)而誕生的傾斜矢量)應(yīng)運(yùn)而生，總計(jì)6個(gè)畸形參數(shù)，通過3個(gè)投影角度(旋轉(zhuǎn))和3個(gè)投影的位移(移位)全面表達(dá)畸形的特征。復(fù)雜的畸形通過在六個(gè)軸上的3次移位加上3次旋轉(zhuǎn)復(fù)雜再定位，可以清楚地描述畸形的來源與程度，更方便對(duì)患者的畸形進(jìn)行治療干預(yù)，從而改善乃至解除其痛苦。

2.2矯形治療及存在的問題 在傳統(tǒng)骨科領(lǐng)域，為方便區(qū)分畸形，將其分為先天發(fā)育異常型與后天繼發(fā)型。以后天繼發(fā)型常見，多繼發(fā)于創(chuàng)傷、感染、退行性病變等，其中以創(chuàng)傷后畸形最為復(fù)雜嚴(yán)重。其畸形角度大，畸形復(fù)雜往往不限于單平面(冠狀面)，而是復(fù)雜的三維畸形(冠狀面、矢狀面、軸向面)，單一平面畸形少見。復(fù)雜的畸形處理比較棘手。矯形方案過于復(fù)雜無法在臨床上實(shí)施，但矯形方案簡(jiǎn)單卻又導(dǎo)致矯形效果不佳。因此對(duì)于復(fù)雜畸形的矯正治療，從手術(shù)前評(píng)估、手術(shù)方案的設(shè)計(jì)，到矯形方案的實(shí)施都充滿挑戰(zhàn)性。

矯形治療中，需要根據(jù)矯形原則，將復(fù)雜的畸形分割成三個(gè)平面(冠狀面、矢狀面及軸向面)，通過幾何分析制定矯形計(jì)劃，緊接著是矯形旋轉(zhuǎn)中心、截骨面、截骨角度和幅度的選擇以及開放性或閉合性截骨的選擇等。雖然有二維或三維圖片進(jìn)行術(shù)前參考，但只有在手術(shù)實(shí)際操作時(shí)才能看到結(jié)果。借助3D打印技術(shù)對(duì)畸形進(jìn)行更加直觀和精確的評(píng)估，對(duì)畸形的矯正計(jì)劃進(jìn)行更加細(xì)致和快捷的制定，使得對(duì)矯形的預(yù)期結(jié)果能夠提前預(yù)知，從而大大降低矯形的難度，增加矯形的安全性。

另外，Paley矯形原則可以完美理解和計(jì)劃從髖關(guān)節(jié)到足部的整個(gè)下肢畸形的矯形手術(shù)，但其尚未擴(kuò)展到上肢、脊柱、骨盆以及額面部這些領(lǐng)域的矯形，該領(lǐng)域的矯形理念與原則，同樣可以通過3D打印技術(shù)來輔助進(jìn)行評(píng)估和治療，從而加深對(duì)畸形細(xì)微特征的理解，降低肢體重建的難度。

2.3臨床應(yīng)用

2.3.1術(shù)前規(guī)劃：認(rèn)識(shí)復(fù)雜畸形的細(xì)微特征，模擬手術(shù)。3D打印技術(shù)近年來被用于制定各種復(fù)雜手術(shù)的術(shù)前計(jì)劃及手術(shù)操作練習(xí)。矯形外科對(duì)臨床經(jīng)驗(yàn)要求很高，熟練的矯形醫(yī)師可以將二維平面圖像在腦海中轉(zhuǎn)換為三維立體圖像進(jìn)行規(guī)劃，再將規(guī)劃好的細(xì)節(jié)輸出在二維平面圖像。而3D打印可以直接根據(jù)患者術(shù)前影像學(xué)資料(CT、MRI等)，精確地打印手術(shù)區(qū)域解剖結(jié)構(gòu)，顯得更加直觀。憑借3D實(shí)體模型、復(fù)雜的畸形形態(tài)特別是關(guān)節(jié)內(nèi)畸形的具體情況，展現(xiàn)真實(shí)的觸覺與視覺輔助，一目了然(圖1、2)。不需要術(shù)中大范圍暴露病灶位置即可在術(shù)前便做出精確的診斷，制定出較傳統(tǒng)方法更為詳細(xì)的手術(shù)方案，提前評(píng)估術(shù)中可能出現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)，并通過在實(shí)物模型上模擬手術(shù)[3]，從而縮短實(shí)際的手術(shù)時(shí)間，提高手術(shù)成功率，減少術(shù)中出血量[4]。

圖1 脛骨平臺(tái)(Schatzker IV)骨折后畸形實(shí)體模型與三維重建對(duì)比圖：三維重建雖能直觀呈現(xiàn)畸形形態(tài)，但無法從各個(gè)角度清楚展現(xiàn)4個(gè)畸形骨塊；a、b.實(shí)體模型俯視觀與正面觀：可單獨(dú)觀察每一塊機(jī)型骨塊；c、d.CT三維重建后面觀與正面觀：可清楚看見脛骨結(jié)節(jié)骨塊，但無法直視其余3個(gè)畸形骨塊，通過三維重建只能判斷出有4個(gè)畸形骨塊

圖2 脛骨平臺(tái)(Schatzker Ⅳ)骨折后畸形3D實(shí)體模型旋轉(zhuǎn)觀。a～f.自后方到前方順時(shí)針旋轉(zhuǎn)480°：通過視覺與觸覺的聯(lián)合輔助，有助于進(jìn)行科學(xué)的術(shù)前以及手術(shù)入路規(guī)劃

Buijze等[5]將3D打印技術(shù)應(yīng)用于22例上肢長(zhǎng)骨的畸形矯正，在完善術(shù)前規(guī)劃之后進(jìn)行手術(shù)。結(jié)果證明，可準(zhǔn)確矯正畸形，提高臨床療效和手術(shù)準(zhǔn)確性，患者均獲得滿意的矯形結(jié)果，且在術(shù)后的DR中證實(shí)。另外，在復(fù)雜的創(chuàng)傷后畸形中，膝關(guān)節(jié)的畸形往往涉及三個(gè)平面的移位與成角，難以處理。Shi等[6]利用SLS技術(shù)打印出術(shù)前和術(shù)后截骨術(shù)的切割導(dǎo)向器、鎖定導(dǎo)向器和股骨遠(yuǎn)端3D實(shí)體模型，在術(shù)前進(jìn)行手術(shù)模擬。結(jié)果表明，與常規(guī)組比較，3D打印組手術(shù)時(shí)間縮短近30min，術(shù)中透視圖像減少多達(dá)30張，以上結(jié)果差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.001)。這充分表明精確顯示手術(shù)區(qū)域解剖結(jié)構(gòu)的3D實(shí)體模型在指導(dǎo)復(fù)雜畸形手術(shù)中具有優(yōu)勢(shì)。因此，通過3D打印實(shí)體模型進(jìn)行術(shù)前規(guī)劃，在實(shí)際手術(shù)操作中，可以選擇恰當(dāng)?shù)娜肼窂亩_地手術(shù)，借此顯著減少術(shù)中透視次數(shù)，縮短手術(shù)時(shí)間，減少軟組織損傷，以便患者的愈合和功能恢復(fù)[7-10]。

2.3.2模擬手術(shù)及手術(shù)導(dǎo)航模板設(shè)計(jì):在進(jìn)行復(fù)雜的矯形手術(shù)時(shí)，以往矯形醫(yī)師多通過患側(cè)與健側(cè)的DR測(cè)量畸形程度，以初步規(guī)劃與確定截骨的部位與角度，術(shù)中還需要充分暴露截骨部位、多次透視以及調(diào)整截骨角度以達(dá)到理想的結(jié)果。但又因患者的個(gè)體差異，會(huì)出現(xiàn)術(shù)前未曾預(yù)料的結(jié)果。如今應(yīng)用3D打印技術(shù)，通過預(yù)先載入的患者相關(guān)影像數(shù)據(jù)，制備1∶1的3D實(shí)體模型來進(jìn)行完善的術(shù)前規(guī)劃、模擬手術(shù)，術(shù)前便可選擇合適的截骨部位與角度以及內(nèi)固定鋼板、對(duì)鋼板進(jìn)行個(gè)體化的塑形。在實(shí)際手術(shù)過程中，使用個(gè)體化手術(shù)導(dǎo)航模板，根據(jù)解剖位置實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)導(dǎo)航，減小截骨角度的誤差[11]；提高截骨精確性與斷面匹配程度，有利于截骨端愈合；同時(shí)導(dǎo)板的應(yīng)用降低了截骨術(shù)的門檻，縮短術(shù)中透視次數(shù)與手術(shù)時(shí)間，對(duì)缺乏臨床經(jīng)驗(yàn)的年輕矯形醫(yī)師很有幫助[12]。見圖3、4。

圖3 3D實(shí)體模型上進(jìn)行模擬手術(shù)與術(shù)前規(guī)劃。a.確定截骨平面;b.復(fù)位鉗臨時(shí)固定;c.調(diào)整截骨角度;d.預(yù)彎鋼板進(jìn)行內(nèi)固定;e.觀測(cè)矯形術(shù)后的角度

圖4 術(shù)前與術(shù)后(模擬手術(shù))比較圖，通過比較，驗(yàn)證術(shù)前矯形規(guī)劃方案的可行性與準(zhǔn)確性。a、b. 正面圖；c、d. 側(cè)面圖。

但個(gè)體化手術(shù)導(dǎo)航模板除了這些優(yōu)勢(shì)之外，也有其局限性。一方面，術(shù)中導(dǎo)板放置的前提是主刀醫(yī)師能夠準(zhǔn)確定位術(shù)前制作導(dǎo)板時(shí)所定位的解剖位置，這通常需要一名經(jīng)驗(yàn)豐富的臨床醫(yī)師進(jìn)行分辨、定位再放置。另一方面，導(dǎo)板放置不可避免地要增大傷口暴露范圍，剝離更多軟組織，其對(duì)術(shù)后影響目前鮮有文獻(xiàn)報(bào)道。但筆者在長(zhǎng)期臨床工作中發(fā)現(xiàn)這會(huì)使患者短期內(nèi)傷口疼痛與腫脹更為明顯，雖不會(huì)影響傷口拆線時(shí)間，但顯著增加患者愈合期間的不適。

因此，對(duì)于復(fù)雜難處理的骨盆或四肢畸形，導(dǎo)航模板是最佳選擇。例如上肢畸形中，由于尺橈骨與股骨的解剖特點(diǎn)，術(shù)前制作導(dǎo)板中，通過鏡像翻轉(zhuǎn)對(duì)側(cè)健側(cè)上肢，可以獲得患側(cè)上肢正常的無畸形狀態(tài)。Takeyasu等[13]通過30例肘內(nèi)翻畸形患者治療中應(yīng)用3D打印截骨導(dǎo)板用于指導(dǎo)矯形手術(shù)，并在術(shù)后進(jìn)行了至少12個(gè)月的隨訪，結(jié)果證明患者術(shù)后平均4個(gè)月即有骨性愈合；術(shù)后患側(cè)平均肱骨-肘-腕角由術(shù)前的內(nèi)翻18.2°改善到外翻5.8°，傾斜角由術(shù)前的25°改善至38°；同時(shí)所有患者肘關(guān)節(jié)過度伸展和肩部?jī)?nèi)旋均恢復(fù)正常，僅有1例在隨訪中觀察到早期鋼板斷裂，1例出現(xiàn)輕度的內(nèi)翻畸形復(fù)發(fā)。

2.3.3個(gè)體化內(nèi)植物的制作和置入:目前，應(yīng)用于臨床的內(nèi)植物多是為處于人群正態(tài)分布中段的患者設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格，使得處于正態(tài)分布兩端的患者難以獲得與自己適配的內(nèi)植物，加上畸形的種類眾多，術(shù)中的多次塑形與調(diào)整勢(shì)必會(huì)增加手術(shù)的難度，透視次數(shù)與手術(shù)時(shí)間也隨之上升，因此，發(fā)展個(gè)體化內(nèi)植物勢(shì)在必行。

近年隨著3D打印技術(shù)在分辨率與精細(xì)度上的進(jìn)步，根據(jù)患者實(shí)際情況來定制個(gè)體化內(nèi)植物不再是難題。Wang等[14]通過3D打印定制內(nèi)植物治療Charcot踝關(guān)節(jié)畸形。術(shù)中應(yīng)用個(gè)體化內(nèi)植物的原材料多為聚醚醚酮和鈦合金，后者廣泛應(yīng)用于接骨板、人工關(guān)節(jié)假體及脊柱植入物。3D打印的內(nèi)植物較傳統(tǒng)內(nèi)植物，不僅克服形狀不匹配的缺點(diǎn)，同時(shí)因?yàn)槠涑叩钠ヅ涠龋瑴p少了內(nèi)植物-骨間接觸點(diǎn)的應(yīng)力遮擋[15]，從而獲得傳統(tǒng)內(nèi)植物不具有的結(jié)合強(qiáng)度與初始穩(wěn)定性。另外，個(gè)體化內(nèi)植物的孔隙結(jié)構(gòu)有利于軟組織附著，誘導(dǎo)長(zhǎng)期骨長(zhǎng)入，對(duì)骨愈合有較好的效果[16]。術(shù)中3D打印鈦合金腕關(guān)節(jié)假體治療在嚴(yán)重手腕部創(chuàng)傷致畸形的患者中不僅消除了畸形在外觀上帶來的差異，還擁有比傳統(tǒng)融合術(shù)更好的解剖復(fù)位與功能恢復(fù)[17]，滿足患者對(duì)手術(shù)療效高期望的同時(shí)，也滿足了廣大矯形醫(yī)師對(duì)手術(shù)的高標(biāo)準(zhǔn)要求。Rob等[18]通過比較干預(yù)組與對(duì)照組各7例的病例研究，通過4年的隨訪，得出了3D打印內(nèi)植物減少了與不適相關(guān)的內(nèi)植物取出的情況，反過來又可以降低成本。因此，采用3D打印個(gè)性化內(nèi)植物是行之有效的方法，而且早中期隨訪也證明其可獲得可靠的臨床療效。

2.3.43D模型應(yīng)用于教學(xué)—理解運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的復(fù)雜空間結(jié)構(gòu):畸形矯形?？祁I(lǐng)域存在入門難的現(xiàn)象，教學(xué)醫(yī)院的臨床教學(xué)工作常常難以順利開展。但Manganaro等[19]在對(duì)外科實(shí)習(xí)生的教學(xué)中，發(fā)現(xiàn)3D 打印技術(shù)制備的模型有利于提升年輕醫(yī)師的認(rèn)識(shí)，完善術(shù)前規(guī)劃的同時(shí)，可用于培訓(xùn)新人。教學(xué)者還可以通過3D實(shí)體模型來更直觀地呈現(xiàn)畸形程度，并講解各類描述畸形的數(shù)值。手術(shù)之外，3D的實(shí)體模型能直觀展示解剖結(jié)構(gòu)及病變特點(diǎn),這樣在臨床教學(xué)進(jìn)程中，可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，加深學(xué)生對(duì)疾病的認(rèn)識(shí)。Wu等[20]將健康頸椎、胸椎和腰椎的CT圖像與其各自的3D打印模型進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)3D模型與實(shí)際解剖部位相比細(xì)節(jié)呈現(xiàn)較好，具有較高的解剖相關(guān)性。

筆者認(rèn)為，復(fù)雜的骨折必定伴有畸形，其增加診斷、分析、治療的難度。Lim等[21]在教育骨科住院醫(yī)師時(shí)，設(shè)計(jì)了15個(gè)隨機(jī)測(cè)試站，每站包含DR、CT以及3D實(shí)體模型。41名醫(yī)師在對(duì)髖臼骨折的辨別與分類中，運(yùn)用3D實(shí)體模型之后結(jié)果顯著精確，并且由于3D模型帶來的直接觸覺與視覺反饋，醫(yī)師們更偏向于運(yùn)用3D實(shí)體模型。這證明3D模型大大降低骨折分型上入門者經(jīng)驗(yàn)與技術(shù)上的欠缺，一定程度上降低畸形帶來的診斷難度。

3D打印技術(shù)有助于年輕醫(yī)師的臨床教學(xué)訓(xùn)練，其制備的實(shí)體模型有效地呈現(xiàn)畸形形態(tài)，更直觀、具體、全面地將整體形態(tài)及解剖結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)，提高醫(yī)師對(duì)復(fù)雜畸形空間解剖結(jié)構(gòu)的理解,縮短青年醫(yī)師的學(xué)習(xí)曲線，可有效彌補(bǔ)術(shù)者經(jīng)驗(yàn)不足的缺點(diǎn)，完善矯形治療方案，有效預(yù)防相關(guān)并發(fā)癥發(fā)生。

2.3.5多孔支架的設(shè)計(jì)和植入治療骨缺損:感染、創(chuàng)傷等因素造成的大段骨缺損與畸形截骨這類患者的術(shù)后，恢復(fù)與愈合依舊是一個(gè)難題。骨移植的術(shù)后并發(fā)癥、以及矯形手術(shù)所帶來的巨大手術(shù)創(chuàng)傷，都是患者恢復(fù)過程中的阻礙。

通過3D打印設(shè)計(jì)的支架具有生物活性、生物吸收性，或可促進(jìn)組織生長(zhǎng)，或可誘導(dǎo)骨形成和血管化，這些支架通常是多孔的，由含有不同生長(zhǎng)因子、藥物、基因或干細(xì)胞的可生物降解材料制成。與傳統(tǒng)支架相比，不僅保留傳統(tǒng)支架與患者患側(cè)解剖區(qū)域個(gè)性化的匹配這一優(yōu)勢(shì)，還可以攜帶生物活性因子與細(xì)胞以獲得更好的愈合效果。

Zhang等[22]應(yīng)用浸漬法制成的載銀納米氧化石墨烯，制造出了一種新型多孔支架，在抑菌實(shí)驗(yàn)評(píng)估中，證實(shí)其具備優(yōu)秀的抗菌能力。將其同兔的骨髓基質(zhì)細(xì)胞共同培養(yǎng),發(fā)現(xiàn)成骨基因與堿性磷酸酶活性均有顯著提高。Dong等[23]依靠3D打印定制Mg/PCL復(fù)合支架(鎂微粒包埋的PCL基支架)，并分別觀察體外細(xì)胞培養(yǎng)與體內(nèi)骨再生的方式，得出該新型支架比普通PCL基支架更好的生物相容性、生物礦化能力和生物降解性，在成骨和血管生成活性以及新骨形成能力方面更具優(yōu)勢(shì)。

3D繪打印技術(shù)的最新進(jìn)展中，允許在制造過程中同時(shí)印刷制藥和生物制劑。Markstedt等[24]通過以軟骨細(xì)胞與納米材料等制備的生物墨水打印出半月板及人耳，經(jīng)過1周的培養(yǎng)后，證實(shí)仍具備86%的細(xì)胞活性。Zhang等[22，26-27]還通過擠壓4℃的細(xì)胞-海藻酸鹽溶液到-10℃的環(huán)境中，打印出高密度的細(xì)胞水凝膠，從而形成一個(gè)可承載細(xì)胞的結(jié)構(gòu)。海藻酸鹽交聯(lián)到CaCl2溶液中，可以增加其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。同時(shí)人骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞和人成骨樣細(xì)胞經(jīng)處理后，細(xì)胞活性仍良好。最后，交替沉積軟骨細(xì)胞凝膠液滴(海藻酸鹽或脫細(xì)胞細(xì)胞外間質(zhì)生物墨水)和PCL來構(gòu)建一個(gè)承載細(xì)胞的多孔支架?？梢?，3D打印技術(shù)在給再生醫(yī)學(xué)和組織工程領(lǐng)域帶來革命性的變化——構(gòu)建適合細(xì)胞生長(zhǎng)和血管形成的生物兼容支架[28]。目前這些成果還處于實(shí)驗(yàn)室中，尚未進(jìn)行臨床試驗(yàn)，仍需要更加深入的研究。筆者相信將來攜帶各類生長(zhǎng)因子與細(xì)胞的多孔支架必定可以在臨床大范圍投入使用，為骨缺損的患者帶來福音。

2.3.6提升與患者及家屬溝通滿意度：3D打印技術(shù)制備的實(shí)體模型不僅可以應(yīng)用于臨床教學(xué)與手術(shù)規(guī)劃，也可以將抽象的平面影像具體化、實(shí)物化，讓患者及家屬直觀、深入地了解。林鋼等[29]在10例復(fù)雜股骨髁上骨折中，術(shù)前通過3D模型與患者及家屬進(jìn)行溝通，使患者及家屬理解力與滿意度有明顯的提升，醫(yī)患雙方達(dá)到良好的溝通效果?；纬C正領(lǐng)域也應(yīng)當(dāng)進(jìn)行嘗試與應(yīng)用。

3 小結(jié)與展望

3D打印技術(shù)作為一種新型的快速成型技術(shù)，與醫(yī)學(xué)的結(jié)合帶來了傳統(tǒng)醫(yī)療無法替代的優(yōu)勢(shì)，其在專科領(lǐng)域中，無論是術(shù)前、術(shù)中以及術(shù)后都發(fā)揮著不同以往的作用，為矯形醫(yī)師在進(jìn)行疾病診斷、術(shù)前規(guī)劃設(shè)計(jì)、術(shù)中導(dǎo)航、內(nèi)植物定制、臨床教學(xué)等方面提供了一種新的途徑。

3D打印技術(shù)仍然存在著不足，目前為止，3D打印定制內(nèi)植物的強(qiáng)度與孔隙性無法同時(shí)到達(dá)一個(gè)高度，以及術(shù)前準(zhǔn)備時(shí)間過長(zhǎng)。同樣，在實(shí)驗(yàn)室中的多孔支架，雖已開始進(jìn)行攜帶生長(zhǎng)因子與干細(xì)胞的嘗試，但均未取得更好的突破，無法到達(dá)開展臨床試驗(yàn)的程度。因此3D打印技術(shù)仍然存在著高成本、高耗時(shí)、髙技術(shù)要求以及分辨率依舊存在上限偏低等缺陷，這要求影像學(xué)、生物工程、生物材料等學(xué)科的發(fā)展和3D打印技術(shù)的進(jìn)一步成熟。

另外，尚無文獻(xiàn)明確報(bào)道3D打印輔助截骨術(shù)下肢力線優(yōu)于傳統(tǒng)截骨方法，需要進(jìn)一步加大樣本量以證明。3D打印技術(shù)給醫(yī)學(xué)帶來了革新與進(jìn)步，并提出更高的要求：醫(yī)師們要與工程師深入合作，提供本專業(yè)的意見；解決應(yīng)用3D打印技術(shù)治療患者的長(zhǎng)期隨訪等問題；進(jìn)一步健全3D打印技術(shù)應(yīng)用的相關(guān)法律法規(guī)及指南共識(shí)；醫(yī)師們也要主動(dòng)學(xué)習(xí)并運(yùn)用新興技術(shù)，才能進(jìn)一步推動(dòng)該技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步。

作者貢獻(xiàn)聲明：方加虎：文章撰寫和指導(dǎo)、審閱及修訂；薛鎧嘯：文章起草、文獻(xiàn)檢索及修訂