黃式環(huán)

(廣西貴港市人民醫(yī)院，貴港市 537100)

【提要】 3D打印技術(shù)有成型精度高、個(gè)性化突出等優(yōu)勢(shì)，在骨科領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用與發(fā)展。本文在3D打印技術(shù)的工作原理及分類的基礎(chǔ)上，對(duì)3D打印技術(shù)在骨科臨床以及圍術(shù)期護(hù)理、術(shù)后康復(fù)、護(hù)理教學(xué)的應(yīng)用進(jìn)展進(jìn)行綜述，總結(jié)3D打印技術(shù)在骨科護(hù)理應(yīng)用中面臨的問(wèn)題，對(duì)其在骨科護(hù)理中的應(yīng)用進(jìn)行歸納，有助于促進(jìn)護(hù)理人員及時(shí)了解及推廣3D打印技術(shù)。

三維(three dimension，3D)打印是一種高科技快速成型技術(shù)，其以三維模型為基礎(chǔ)，通過(guò)逐層打印的方式來(lái)構(gòu)造物體[1]。隨著骨科醫(yī)療技術(shù)的進(jìn)步，微創(chuàng)、精準(zhǔn)化、個(gè)體化醫(yī)療成為發(fā)展的方向，3D打印技術(shù)的應(yīng)用為這一目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)提供了可靠的技術(shù)支持，其分辨率高，能進(jìn)行個(gè)體化定制，有效解決了骨科眾多疑難問(wèn)題，呈現(xiàn)出不可估量的應(yīng)用前景[2]。然而，3D打印技術(shù)作為一種新技術(shù)，護(hù)理人員對(duì)其知之甚少，影響護(hù)理人員與醫(yī)生的默契配合，從而影響手術(shù)效率和手術(shù)結(jié)局。因此，為了促進(jìn)護(hù)理人員及時(shí)了解及推廣3D打印技術(shù)，迎接護(hù)理工作全新的挑戰(zhàn)，本文對(duì)3D打印技術(shù)在骨科的臨床以及圍術(shù)期護(hù)理、術(shù)后康復(fù)、護(hù)理教學(xué)的應(yīng)用進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 3D打印技術(shù)原理

3D打印技術(shù)是集成計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和制造、數(shù)控技術(shù)、激光技術(shù)、高分子材料、三維CT技術(shù)等知識(shí)為一體的全新快速成型(rapid prototyping，RP)技術(shù)。在快速成型裝置內(nèi)裝有液體或粉末等打印材料，將計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)的三維模型數(shù)據(jù)分層并逐層打印，然后疊加到一起，成為一個(gè)立體物體。分層制造、逐層疊加是其核心原理[3-4]。

2 3D打印技術(shù)的分類

在骨科應(yīng)用中，3D打印技術(shù)根據(jù)制造材料及方法不同分為以下幾類：(1)熔融沉積成型法(FDM)；(2)光固化(SLA)；(3)激光選區(qū)燒結(jié)/熔融(SLS/SLM)；(4)分層實(shí)體制造( LOM )；(5)電子束熔化(EBM)。不同的3D打印技術(shù)各有優(yōu)勢(shì)。FDM技術(shù)是采用絲狀的塑料、蠟、金屬材料進(jìn)行制作，精度及性能較差，適用于精度要求不高的模型；SLA技術(shù)使用的材料是光固化樹(shù)脂，能承受標(biāo)準(zhǔn)滅菌程序，可打印出高精度模型及各類導(dǎo)板，但不可用于體內(nèi)植入；SLM技術(shù)制備精度高，適用于小型、高精度內(nèi)植物的打?。欢鳨BM技術(shù)對(duì)鈦合金具有良好生物相容性，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，適用于骨科內(nèi)植物的制備，經(jīng)美國(guó)食品藥品監(jiān)督管理局(FDA)及歐盟認(rèn)證，得到多數(shù)骨科內(nèi)植物生產(chǎn)企業(yè)采用[5]。

3 3D打印在骨科臨床中的應(yīng)用

3.1 利用3D打印技術(shù)輔助手術(shù)設(shè)計(jì) 利用CT、MRI等影像技術(shù)，重建骨骼的三維圖像，根據(jù)人體解剖的對(duì)稱性，反求或模擬缺失部位的骨骼三維圖像進(jìn)行輔助手術(shù)設(shè)計(jì)，以確定手術(shù)方案、植入物的型號(hào)以及固定位置，對(duì)植入物進(jìn)行預(yù)塑形等。上海交通大學(xué)附屬第九人民醫(yī)院[6]為患者定制半骨盆假體用于半骨盆切除、髖臼側(cè)嚴(yán)重骨缺損的重建。馬向浩等[7]在鎖骨、跟骨、脛腓骨、脊柱側(cè)彎、關(guān)節(jié)翻修、骨腫瘤等手術(shù)中運(yùn)用3D打印技術(shù)進(jìn)行模擬手術(shù)設(shè)計(jì)后，能夠明顯縮短手術(shù)時(shí)間、降低手術(shù)創(chuàng)傷、減少術(shù)中出血量、提高手術(shù)質(zhì)量。隨著3D打印技術(shù)的日漸成熟，以及成型設(shè)備價(jià)格的下降，越來(lái)越多的醫(yī)師借助3D打印進(jìn)行復(fù)雜手術(shù)的設(shè)計(jì)與演示。

3.2 3D打印導(dǎo)板的設(shè)計(jì)與應(yīng)用 在骨科領(lǐng)域基于3D打印的導(dǎo)板設(shè)計(jì)與應(yīng)用正不斷深入，逐漸顯現(xiàn)其特殊的價(jià)值。陳宣煌等[8]利用3D打印技術(shù)制作導(dǎo)航模板輔助椎弓根螺釘置入，獲得了滿意的效果。Merc等[9]對(duì)20例多節(jié)段腰骶椎手術(shù)患者置入54枚椎弓根螺釘，通過(guò)術(shù)后影像學(xué)檢查對(duì)比，3D打印技術(shù)制作的導(dǎo)航導(dǎo)板組較徒手置釘組螺釘偏移率和穿破骨皮質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)顯著降低。謝兆林等[10]應(yīng)用3D打印導(dǎo)航模板輔助頸椎椎弓根螺釘置入可以提高置釘?shù)臏?zhǔn)確率，增加頸椎手術(shù)的安全性。3D打印導(dǎo)板輔助置釘技術(shù)實(shí)用性強(qiáng)，應(yīng)用簡(jiǎn)便，精確度高，明顯縮短手術(shù)時(shí)間，減少術(shù)中出血量和 X 線透視次數(shù)，降低術(shù)后并發(fā)癥發(fā)生率，利于術(shù)后患者的快速康復(fù)[11]。

3.3 3D打印骨科金屬植入物的研發(fā) 目前3D打印在骨科最有價(jià)值的應(yīng)用方向是研制金屬植入物和個(gè)性化假體，在國(guó)內(nèi)3D打印制造的骨科內(nèi)植物已獲國(guó)家食品藥品監(jiān)督管理總局批準(zhǔn)。目前醫(yī)療企業(yè)提供骨科的內(nèi)植物只有為數(shù)不多的幾種型號(hào)，對(duì)于解剖結(jié)構(gòu)變異、病損復(fù)雜的患者，內(nèi)植物與機(jī)體骨骼表面的貼合度差，影響使用的安全有效性和術(shù)后愈合效果。根據(jù)患者自身特點(diǎn)和實(shí)際需要定制個(gè)體化、符合解剖特性及生物力學(xué)特性和適于骨長(zhǎng)入的內(nèi)植物是亟待解決的問(wèn)題。Phan等[12]對(duì)1例65歲C1～C2疾病的女性患者應(yīng)用3D打印技術(shù)打印個(gè)性化內(nèi)固定材料行后路融合術(shù)，取得了良好效果。北京大學(xué)第三醫(yī)院研究團(tuán)隊(duì)[13]設(shè)計(jì)制作了世界首例全微孔型3D打印鈦合金人工椎體作為內(nèi)植物，對(duì)脊椎腫瘤進(jìn)行穩(wěn)定性重建。目前越來(lái)越多的醫(yī)療機(jī)構(gòu)、科研單位、骨科產(chǎn)品生產(chǎn)企業(yè)投入到3D打印內(nèi)植物的研究中，實(shí)現(xiàn)材料、設(shè)備、應(yīng)用產(chǎn)業(yè)鏈的全覆蓋，臨床上也不斷涌現(xiàn)出定制骨科內(nèi)植物應(yīng)用成功的報(bào)道[14]。

3.4 3D打印技術(shù)的基礎(chǔ)研究 3D打印技術(shù)基礎(chǔ)研究的熱點(diǎn)之一是3D打印構(gòu)建的金屬微孔表面改性問(wèn)題。第四軍醫(yī)大學(xué)西京醫(yī)院與上海交通大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)[15-16]在3D打印的多孔鈦合金表面涂層，經(jīng)過(guò)改性后在糖尿病誘導(dǎo)損傷狀態(tài)下提升骨整合效應(yīng)。另外，可降解生物材料的3D打印也是基礎(chǔ)研究的熱點(diǎn)。張維杰等[17]將3D打印的軟骨復(fù)合支架應(yīng)用于兔軟骨缺損模型中，發(fā)現(xiàn)軟骨的骨微結(jié)構(gòu)參數(shù)與軟骨修復(fù)關(guān)系密切，但距離臨床轉(zhuǎn)化還有相當(dāng)?shù)木嚯x。無(wú)論如何，3D打印技術(shù)將是中國(guó)骨科內(nèi)植物器械制造趕上國(guó)際步伐的一個(gè)良好機(jī)遇。

4 3D打印技術(shù)在骨科護(hù)理的應(yīng)用

4.1 3D打印技術(shù)在骨科圍術(shù)期護(hù)理的應(yīng)用

4.1.1 術(shù)前心理護(hù)理 骨科手術(shù)屬于高難度、高風(fēng)險(xiǎn)的手術(shù)，不同患者對(duì)手術(shù)必要性和風(fēng)險(xiǎn)性的理解能力存在差異，無(wú)法準(zhǔn)確理解會(huì)使患者及家屬承受巨大的精神壓力，既對(duì)手術(shù)寄予很大的希望，又心存疑慮和恐慌。術(shù)前如何與患者家屬進(jìn)行有效溝通，做好心理護(hù)理、緩解患者及家屬的焦慮不安情緒，是減少醫(yī)患糾紛的關(guān)鍵[18]。使用3D打印技術(shù)打印出患者目標(biāo)部位，以1 ∶1的實(shí)物模型和數(shù)字三維圖像，向患者介紹3D打印技術(shù)的優(yōu)勢(shì)、應(yīng)用3D打印技術(shù)治愈患者的案例和經(jīng)驗(yàn)，幫助患者樹(shù)立積極的心態(tài)，給患者及家屬講解術(shù)前注意事項(xiàng)、手術(shù)過(guò)程，減輕患者的恐懼，提高患者自我參與意識(shí)，使其更好地配合護(hù)理工作，提高患者滿意度[19]。Kong等[20]報(bào)道用3D模型展示，幫助患者及家屬了解手術(shù)基本原理、流程，消除緊張、焦慮等不良情緒。馬利群等[21]報(bào)道3D打印輔助教育干預(yù)的方法，可有效控制急性創(chuàng)傷患者的焦慮情緒、緩解疼痛、提高睡眠質(zhì)量。

4.1.2 術(shù)前指導(dǎo) 應(yīng)用打印出來(lái)的實(shí)物模型，根據(jù)患者病情作出相應(yīng)的指導(dǎo)，可以減輕患者痛苦以及促進(jìn)手術(shù)早期進(jìn)行。王樹(shù)芬等[22]報(bào)道根據(jù)3D打印模型幫助護(hù)理人員全方位觀察骨盆骨折移位情況，根據(jù)移位情況做好翻身前的患肢牽引制動(dòng)、骨盆環(huán)穩(wěn)定等輔助工作，有效降低術(shù)前護(hù)理翻身所造成的傷害。李卉等[23]報(bào)道了3D打印模型用于復(fù)雜Pilon骨折患者的術(shù)前護(hù)理，實(shí)施個(gè)性化健康教育，讓患者及家屬直觀地了解骨折的部位、特點(diǎn)及需要配合的注意事項(xiàng)，取得其理解與配合；在進(jìn)行跟骨牽引前，通過(guò)3D模型講明牽引的原理及必要性，指導(dǎo)康復(fù)運(yùn)動(dòng)，縮短術(shù)前準(zhǔn)備時(shí)間。

4.1.3 術(shù)前模擬演練 組織護(hù)理人員學(xué)習(xí)骨科3D打印技術(shù)相關(guān)知識(shí)，參與術(shù)前討論，配合醫(yī)生使用患者的3D打印實(shí)物模型進(jìn)行術(shù)前模擬演練。護(hù)理人員通過(guò)積極參與，清晰了解患者的病情、手術(shù)方式、配合要點(diǎn)，提前熟悉步驟以及知曉定制器械的使用方法，可以節(jié)約手術(shù)時(shí)間、減少術(shù)中出血，有助于手術(shù)的順利完成[24]。

4.1.4 術(shù)后指導(dǎo) 利用3D打印模型對(duì)患者及家屬進(jìn)行針對(duì)性的康復(fù)教育，演示如何保持正確體位及進(jìn)行體位轉(zhuǎn)換，以防止不正確的體位導(dǎo)致骨折移位、內(nèi)固定不穩(wěn)或斷裂，讓患者及家屬理解并重視。覃柏良等[25]用3D髖關(guān)節(jié)模型指導(dǎo)術(shù)后患者體位變換，可保持關(guān)節(jié)的基本軸線不發(fā)生改變，展示不同強(qiáng)度、角度以及運(yùn)動(dòng)量對(duì)患者康復(fù)的影響，快速有效地促進(jìn)髖關(guān)節(jié)功能康復(fù)，縮短住院時(shí)間。

4.2 3D打印在骨科術(shù)后護(hù)理康復(fù)的應(yīng)用 骨科疾病患者很多時(shí)候需要康復(fù)輔助支具來(lái)幫助恢復(fù)正常的功能，目前臨床一般采用石膏進(jìn)行外固定，由于石膏比較硬，與皮膚貼合度差，患者感到不舒適，影響患肢功能訓(xùn)練的依從性，導(dǎo)致患肢肌力減弱，關(guān)節(jié)活動(dòng)度低。結(jié)合患者資料，用3D打印技術(shù)個(gè)性化設(shè)計(jì)和制造的康復(fù)支具外形仿真人體解剖形態(tài)，與人體結(jié)構(gòu)更貼合，在不影響生物力學(xué)強(qiáng)度情況下，支具制作呈多孔或呈網(wǎng)狀，保持透氣性。3D打印支具穿戴方便，可以洗澡，材料較剛硬的3D打印支具對(duì)患肢起到支撐、保護(hù)作用，材料較柔韌的可以輔助進(jìn)行關(guān)節(jié)功能訓(xùn)練。3D打印支具在不久的將來(lái)可能成為骨骼外固定的主流[26]。Mavroidis等[27]用3D打印技術(shù)個(gè)性化設(shè)計(jì)和制造踝支具，對(duì)受試者佩戴后進(jìn)行步態(tài)分析，結(jié)果符合步態(tài)生物力學(xué)曲線，受試者感到更貼合和舒適。曾輝等[28]報(bào)道3D打印外固定支具應(yīng)用于手足骨折患者，支具輕便、堅(jiān)固、舒適、透氣性好，符合患者個(gè)性化需求，有效減少住院時(shí)間、術(shù)后恢復(fù)時(shí)間，減輕患者痛苦。

4.3 3D打印在骨科護(hù)理教學(xué)中的應(yīng)用 骨科相關(guān)疾病的解剖結(jié)構(gòu)、部位相對(duì)抽象，傳統(tǒng)的護(hù)理教學(xué)方法學(xué)生不易理解。根據(jù)醫(yī)院真實(shí)的骨骼疾病案例影像學(xué)資料，設(shè)計(jì)并完成3D打印，將患者的骨骼病變情況從二維圖像轉(zhuǎn)變?yōu)槿S實(shí)體，體內(nèi)傷情可視化且生動(dòng)形象地展現(xiàn)出來(lái)，使得教學(xué)更加貼近現(xiàn)實(shí)。而3D打印耗材來(lái)自玉米粉、聚乳酸等物美價(jià)廉而且耐保存的材料，具備教材所展示的典型病理骨骼的各種特征，避免了普通制作模型的不真實(shí)感及成本高等問(wèn)題，為學(xué)生提供更合理的教學(xué)模具。更重要的是，各種真實(shí)的骨骼疾病數(shù)字三維圖像及3D實(shí)體模型豐富了骨科護(hù)理教學(xué)的病例數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)護(hù)理教學(xué)中典型病例資料的獲取與分析，加深了學(xué)生對(duì)疾病的認(rèn)識(shí)。同時(shí)，3D打印技術(shù)應(yīng)用到臨床護(hù)理教學(xué)中，能幫助護(hù)理實(shí)習(xí)生理解骨科的?？浦R(shí)與?？萍寄?。朱菁菁等[29]將3D打印技術(shù)聯(lián)合常規(guī)教學(xué)應(yīng)用于人體護(hù)理解剖教學(xué)中效果理想，提高了教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)滿意度。目前3D打印技術(shù)已應(yīng)用于骨科創(chuàng)傷、脊柱、關(guān)節(jié)、足踝等領(lǐng)域的護(hù)理教學(xué)。

5 3D打印在骨科護(hù)理應(yīng)用中面臨的問(wèn)題

在臨床應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，雖然3D打印技術(shù)在骨科護(hù)理中取得一定的效果，但是仍然存在一些不足：(1) 3D打印制作一個(gè)模型需要一定的時(shí)間，而且需要專門(mén)人員操作，因此對(duì)于急診手術(shù)患者術(shù)前無(wú)法使用3D打印模型；(2)目前打印骨骼模型基本能滿足骨科臨床的需求，但是對(duì)于一些特殊病變或損傷，需要打印出骨骼病變部位及周圍組織、血管、神經(jīng)時(shí)，就會(huì)需要更長(zhǎng)的時(shí)間，而高精度的材料成本較高；(3)如果開(kāi)始在臨床各領(lǐng)域大范圍的應(yīng)用，如何收費(fèi)也是需要我們考慮的問(wèn)題[30]。

6 前景與展望

3D打印因具有高精度、個(gè)體化突出等優(yōu)勢(shì)，滿足了骨科眾多患者差異化的需求，其臨床實(shí)踐的效果也越來(lái)越明顯。隨著3D打印設(shè)備價(jià)格的合理化，打印材料的日漸豐富，制作軟件的無(wú)縫對(duì)接，國(guó)家有關(guān)法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)的逐步完善，其應(yīng)用前景不可估量。因此，筆者認(rèn)為3D打印可以由臨床醫(yī)護(hù)人員向數(shù)字醫(yī)學(xué)3D中心提交打印申請(qǐng)，在患者進(jìn)行影像學(xué)檢查后，數(shù)字醫(yī)學(xué)3D中心自動(dòng)獲取影像學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，在最短的時(shí)間內(nèi)打印出3D模型交付臨床使用，這樣節(jié)省了中間環(huán)節(jié)，縮短了不少等待的時(shí)間；另外，3D打印模型的收費(fèi)項(xiàng)目列入影像學(xué)科的后期設(shè)計(jì)制作，可以對(duì)3D打印在臨床各領(lǐng)域大范圍的應(yīng)用起到很好的推動(dòng)作用。