3D打印技術(shù)在骨科與康復(fù)輔具中的應(yīng)用

隨著醫(yī)學(xué)成像技術(shù)和圖像處理軟件的提高，3D打印技術(shù)近年來逐漸應(yīng)用于臨床，推動(dòng)了相關(guān)的基礎(chǔ)與臨床科學(xué)研究 。在骨科與康復(fù)輔具領(lǐng)域中，3D打印的基本操作過程主要是先獲取病人患處的CT、MRI圖像，以DICOM文件格式導(dǎo)入建模軟件（如Mimics、Simpleware等），再經(jīng)過逆向工程設(shè)計(jì)軟件（如Geomagic等）、計(jì)算機(jī)輔助軟件（CAD）等進(jìn)行處理后獲得3D模型，最后將模型文件輸入3D打印機(jī)后進(jìn)行制作。

當(dāng)前各種不同類型的3D打印技術(shù)基本原理一致，但根據(jù)成型方式與打印原料的不同可分為以下幾類：
①選擇性激光燒結(jié)（SLS）：使用激光選擇性融結(jié)熱塑性顆粒材料、金屬粉末、陶瓷粉末等；
②光固化成型（SLA）：使用紫外激光逐層掃描光敏聚合物，使其由液態(tài)堆積成型為固態(tài)；
③熔融沉積成型（FDM）：加熱后擠壓ABS、PLA等熱塑型材料進(jìn)行逐層推積；
④分層實(shí)體制造（LOM）：在薄片材料表面涂上熱熔膠后逐層切割粘貼成型；
⑤激光選區(qū)熔化（SLM）：使用激光束熔融金屬粉末后凝固成型；
⑥電子束選區(qū)熔化（EBM）：使用電子束熔融金屬粉末后凝固成型；
⑦生物打�。褐饕�以生物細(xì)胞為生物墨水，將其噴涂在生物支架后進(jìn)行誘導(dǎo)培養(yǎng)。

在骨科和康復(fù)應(yīng)用領(lǐng)域中，SLA適用于精度較高的復(fù)雜模型制造，但造價(jià)高，且可用打印材料較為局限；FDM是目前最常見的3D打印技術(shù)，適用于制造精度要求不高的模型，成本較低；SLM與EBM適用于精度高的復(fù)雜小型金屬內(nèi)植物打印，在骨科內(nèi)植物與臨床的主要應(yīng)用為促進(jìn)骨組織再生，使得生物3D打印成為近年來的研究熱點(diǎn)。

術(shù)前規(guī)劃與模擬 涉及到復(fù)雜手術(shù)截骨、修復(fù)重建、骨穿刺的骨科手術(shù)中，醫(yī)生往往面臨確定截骨面以便于重建、修復(fù)，尋找穿刺入口，避免損傷周圍神經(jīng)、血管以及精準(zhǔn)穿刺腫瘤，確定截骨量和截骨部位等問題。通過計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件與3D打印技術(shù)，醫(yī)生可以獲得病人患處精準(zhǔn)的立體模型，比起傳統(tǒng)的X光片、CT片、MRI圖像更能輔助其了解病人立體解剖結(jié)構(gòu)、準(zhǔn)確診斷病情，確定手術(shù)方案，并利用模型進(jìn)行術(shù)前操作模擬，也可用于向病人及其家屬解釋病情與手術(shù)方案，有利于醫(yī)患溝通，減輕病人心理負(fù)擔(dān)。
術(shù)前規(guī)劃與模擬可以降低手術(shù)的風(fēng)險(xiǎn)與難度、預(yù)測(cè)手術(shù)效果、縮短手術(shù)時(shí)間及減少并發(fā)癥，最大程度地減少手術(shù)造成的損傷，降低了醫(yī)生對(duì)經(jīng)驗(yàn)的依賴，實(shí)現(xiàn)個(gè)性化、精準(zhǔn)治療。

手術(shù)導(dǎo)板  由于人體解剖結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，在傳統(tǒng)的截骨、假體和螺釘置入手術(shù)中，醫(yī)生需要有多年臨床經(jīng)驗(yàn)，術(shù)中需反復(fù)進(jìn)行透視以決定假體螺釘置入通道，容易造成手術(shù)時(shí)間過長(zhǎng)和誤操作等問題，同時(shí)大量X線照射對(duì)于病人與醫(yī)生均會(huì)產(chǎn)生傷害。王金武教授、戴尅戎院士團(tuán)隊(duì) 結(jié)合數(shù)字化設(shè)計(jì)和3D打印技術(shù)制作個(gè)性化肩關(guān)節(jié)經(jīng)皮導(dǎo)板如圖，克服了傳統(tǒng)肩關(guān)節(jié)穿刺過程中易出現(xiàn)的反復(fù)多次穿刺、無法穿刺到病變甚至引起腫瘤病變播散等弊端，基本實(shí)現(xiàn)了肩關(guān)節(jié)病變手術(shù)診斷與手術(shù)中的精準(zhǔn)定位與穿刺。

對(duì)患者行頸椎椎弓根螺釘內(nèi)固定術(shù)前利用其CT數(shù)據(jù)三維建模，設(shè)計(jì)并模擬螺釘?shù)淖罴堰M(jìn)釘通道，設(shè)計(jì)并3D打印定位導(dǎo)向孔的導(dǎo)向模板輔助手術(shù)，通過對(duì)術(shù)后效果的評(píng)估，肯定了數(shù)字導(dǎo)向模板在椎弓根螺釘固定的實(shí)用性和安全性。

來源：九院3D打印中心王金武團(tuán)隊(duì)