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三维打印技术在骨科及康复辅助【设备】中的【应用】

发布时间:2020-04-27 10:12:00

近年来,随着医学成像技术和图像处理软件的发展,3D打印技术逐渐【应用】于临床,促进了相关的基础和临床科学研究。在骨科和康复辅助领域,3D打印的基本操作过程是获取患者受影响区域的CT和MRI图像,以DICOM文件格式导入建模软件(如mics、simpleware等),然后通过逆向【工程】设计软件(如Geomagic等)处理后获得3D模型,计算机辅助软件(CAD),最后将模型文件输入到3D打印机制作中。

近年来,随着医学成像技术和图像处理软件的发展,3D打印技术逐渐【应用】于临床,促进了相关的基础和临床科学研究。在骨科和康复辅助领域,3D打印的基本操作过程是获取患者受影响区域的CT和MRI图像,以DICOM文件格式导入建模软件(如mics、simpleware等),然后通过逆向【工程】设计软件(如Geomagic等)处理后获得3D模型,计算机辅助软件(CAD),最后将模型文件输入到3D打印机制作中。

目前,不同类型的3D打印技术的基本原理是相同的,但根据成型方法和打印材料的不同,可以分为以下几类:

① 选择性激光烧结(SLS):热塑性颗粒材料、金属粉末、陶瓷粉末等的激光选择性熔合;

② 光固化成型(SLA):利用紫外激光逐层扫描光敏聚合物,使其由液态变成固态;

③ FDM:将ABS、聚乳酸等热塑性材料经加热后挤出,逐层推积;

④ 层压固体制造(LOM):在板材表面涂上热熔胶后,逐层剪切粘贴;

⑤ 选择性激光熔化(SLM):利用激光束熔化金属粉末,然后固化;

⑥ 电子束选择性熔化(EBM):用EBM熔化金属粉末,然后固化;

⑦ 生物打印:生物细胞主要用作生物墨水,喷在生物支架上进行诱导培养。

在骨科和康复【应用】领域,SLA适用于高精度复杂模型的制造,但成本高,可用的打印材料有限;FDM是目前最常用的3D打印技术,适用于低精度、低成本的模型制作;SLM和EBM适用于高精度复杂小金属内生菌的打印,近年来在骨科和临床上的主要【应用】是,3D打印已成为促进骨再生的研究热点。

在骨科手术中,术前计划和模拟包括复杂的截骨术、修复和重建以及骨穿刺。医生经常面临着确定截骨面以便于重建和修复、寻找穿刺口、避免损伤周围神经和血管、精确穿刺肿瘤、确定截骨量和截骨部位等问题。通过CAD软件和三维打印技术,医生可以获得准确的患者患处三维模型。与传统的X线、CT、MRI图像相比,医生更能帮助他们了解患者的三维解剖结构,准确诊断病情,确定手术方案,并利用该模型进行术前仿真。它还可以用来向患者及其家属解释病情和手术方案,有利于医患之间的沟通,减轻患者的心理负担。

术前计划与模拟可以降低手术风险和难度,预测手术效果,缩短手术时间,减少并发症,最大限度地减少手术损伤,减少医生对经验的依赖,实现个性化、精确化治疗。

由于人体解剖结构的复杂性,医生需要在传统的截骨术、假体和螺钉置入术方面有多年的临床经验。在手术过程中,为了确定假体的螺钉置入通道,需要反复进行透视检查,容易造成手术时间过长、操作失误等问题。同时,大量的X射线照射会对患者和医生造成伤害。王金武教授和戴启荣院士团队将数字化设计和3D打印技术相结合,制作出如图所示的个性化经皮肩关节导板,克服了重复穿刺、重复穿刺等缺点,在传统的肩关节穿刺过程中,未能对病灶进行穿刺,甚至导致肿瘤病灶的扩散,基本实现了肩关节病变在手术诊断和手术中的准确定位和穿刺。

在颈椎椎弓根螺钉内固定术前,利用三维CT数据模型设计并模拟最佳的螺钉入路,设计并使用三维打印定位导孔模板辅助手术。通过对术后效果的评价,证实了数字引导模板在颈椎椎弓根螺钉固定中的实用性和安全性。


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