李心龍

（哈爾濱市第一醫(yī)院骨外科，黑龍江 哈爾濱 150010）

3D打印技術(shù)在骨科中應(yīng)用的研究

李心龍

（哈爾濱市第一醫(yī)院骨外科，黑龍江 哈爾濱 150010）

在計(jì)算機(jī)技術(shù)飛速發(fā)展的今天，3D打印技越來越被人們所認(rèn)識(shí)。由于3D打印技術(shù)具有快速、個(gè)體化的優(yōu)點(diǎn)，日益被骨科領(lǐng)域所重視。應(yīng)用3D打印技術(shù)制作的模型能實(shí)現(xiàn)個(gè)體化治療，術(shù)前制備3D打印模型可減少手術(shù)難度和縮短手術(shù)時(shí)間，增加手術(shù)精確性。本文就3D打印技術(shù)在骨外科的應(yīng)用價(jià)值進(jìn)行探討。

3D打印骨科模型

隨著3D打印技術(shù)的迅猛發(fā)展，使其在骨科領(lǐng)域獲得較大發(fā)展。3D 打印技術(shù)是一種以數(shù)字化模型為基礎(chǔ)[1]，運(yùn)用黏合材料，經(jīng)逐層打印的方式來創(chuàng)造實(shí)物的技術(shù)。由于計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷更新發(fā)展，3D打印成本逐年降低，被越來越多的人認(rèn)識(shí)和接受。

1 3D打印技術(shù)在骨科中的應(yīng)用現(xiàn)狀

1.1 輔助椎弓根螺釘置入

椎弓根螺釘置入是臨床脊柱手術(shù)中最常用的內(nèi)固定方法，脊柱的椎弓根細(xì)小，與脊髓和神經(jīng)位置毗鄰，置釘風(fēng)險(xiǎn)大，如何增加置釘精準(zhǔn)度，減少手術(shù)并發(fā)癥是臨床醫(yī)生急需解決的問題。通過個(gè)性化制作3D打印模型，可以在手術(shù)前確定螺釘?shù)某叽缂爸萌胲壍繹2]，通過模擬鉆孔導(dǎo)板輔助下進(jìn)行椎弓根螺釘置入，使手術(shù)的設(shè)計(jì)精確度增加，便于術(shù)中操作。尤其在脊柱矯形手術(shù)中，可以在術(shù)前直接測(cè)量出畸形的角度，模擬螺釘置入的順序及位置，極大地縮短手術(shù)時(shí)間，避免螺釘?shù)钠x，使手術(shù)更加精準(zhǔn)和安全，減少術(shù)中透視次數(shù)，切口最小化，減少手術(shù)出血量等[3-4]。

1.2 反應(yīng)四肢骨折的實(shí)際損傷程度

在復(fù)雜四肢骨折中，使用傳統(tǒng)方法往往需要消耗大量的手術(shù)時(shí)間，手術(shù)效果也很難達(dá)到最佳。3D打印技術(shù)能夠直觀地反應(yīng)四肢骨折的實(shí)際損傷程度，對(duì)復(fù)雜髖臼骨折、粉碎性脛骨骨折等關(guān)節(jié)內(nèi)骨折部位進(jìn)行術(shù)前建模，能夠確定鋼板內(nèi)置物的大小、準(zhǔn)確形狀、螺釘固定位置等，能夠減少術(shù)中出血，降低手術(shù)并發(fā)癥，提高手術(shù)精準(zhǔn)度，使手術(shù)效果令人滿意。

1.3 輔助骨腫瘤切除

對(duì)骨腫瘤的患者，最理想的治療方式是徹底切除腫瘤，重建骨的支撐功能。傳統(tǒng)的手術(shù)治療主要依靠CT、核磁共振等影像學(xué)資料進(jìn)行手術(shù)分型和術(shù)前手術(shù)方案設(shè)計(jì)，由于現(xiàn)有影像學(xué)資料難以直觀的體現(xiàn)出骨腫瘤的范圍與界限，會(huì)對(duì)術(shù)中判斷帶來一定誤差，往往需要醫(yī)生有出色的立體空間想象力和豐富的治療經(jīng)驗(yàn)，才能保證手術(shù)成功，還要對(duì)骨腫瘤切除后，如何重建骨支撐及恢復(fù)運(yùn)動(dòng)功能給予思考。3D打印技術(shù)可以事先確認(rèn)切除范圍和重建關(guān)系，對(duì)術(shù)中可能遇到的問題提前進(jìn)行演練，確定最佳手術(shù)方案，提高治療效果。

1.4 輔助人工關(guān)節(jié)置換

在人工關(guān)節(jié)置換方面，通過3D打印的骨關(guān)節(jié)原型，設(shè)計(jì)出適用其個(gè)人的假體，并根據(jù)置換關(guān)節(jié)的形態(tài)，生產(chǎn)出與患者關(guān)節(jié)最佳匹配的個(gè)性化關(guān)節(jié)假體，在最少截骨量的基礎(chǔ)上保證假體與置換關(guān)節(jié)的最佳匹配，達(dá)到效果最優(yōu)，有助于手術(shù)療效改善。

2 3D打印技術(shù)前景展望

目前，3D打印技術(shù)在材料科學(xué)方面獲得了較多研究和發(fā)展，在骨科應(yīng)用上也已取得了一定的突破，并開始運(yùn)用于臨床。但由于我們的3D打印技術(shù)剛剛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)臨床，還存在一定不足。隨著3D打印技術(shù)和材料科學(xué)的不斷發(fā)展，3D打印模型成本呈下降趨勢(shì)，但與人們預(yù)期仍有一定差距；同時(shí)，3D打印模型需一定的時(shí)間才能完成，較難應(yīng)用在急診手術(shù)中；另外，3D打印設(shè)備大多與工藝參數(shù)綁定，任何一個(gè)工藝參數(shù)的更改都需要專業(yè)人員的參與，目前醫(yī)療技術(shù)人員在此方面的培訓(xùn)及專業(yè)技術(shù)有待加強(qiáng)。隨著對(duì)3D打印技術(shù)不斷深入研究，必將成為骨科界重要的科研課題之一，具有深遠(yuǎn)的歷史和現(xiàn)實(shí)意義。大規(guī)模應(yīng)用臨床后，可以收到良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

[1] 鮑立杰,張志平,吳培斌.3D打印技術(shù)在骨科的研究及應(yīng)用進(jìn)展[J].中國矯形外科雜志.2015,23(4):325-327.

[2] Owen BD,Christensen GE,Reinhardt JM,et al.R apid prototype pa-tient－specific drill template for cervical pedicle screw placement[J].Comput Aided Surg,2007,5:303－308.

[3] Lu S,Zhang YZ,Wang Z,et al.Accuracy and efficacy of thoracic pedicle screws in scoliosis with patient－specific drill template[J]. Med Biol Eng Comput,2012,7:751－758.

[4] Kawaguchi Y1,Nakano M,Yasuda T,etal.Development of a new technique for pedicle screw and Magerl screw insertion using a 3－di-mensional image guide[J].Spine,2012,23:1983－1988.

本文編輯：王雨辰

R318.08

A

ISSN.2095-8242.2017.018.3552.01

哈爾濱市科技創(chuàng)新人才研究專項(xiàng)資金青年后備人才項(xiàng)目（2015RAQYJ106）