3D打印技术在骨科与康复辅具中的应用

随着医学成像技术和图像处理软件的提高，3D打印技术近年来逐渐应用于临床，推动了相关的基础与临床科学研究。在骨科与康复辅具领域中，3D打印的基本操作过程主要是先获取病人患处的CT、MRI图像，以DICOM文件格式导入建模软件（如Mimics、Simpleware等），再经过逆向工程设计软件（如Geomagic等）、计算机辅助软件（CAD）等进行处理后获得3D模型，最后将模型文件输入3D打印机后进行制作。

当前各种不同类型的3D打印技术基本原理一致，但根据成型方式与打印原料的不同可分为以下几类：

①选择性激光烧结（SLS）：使用激光选择性融结热塑性颗粒材料、金属粉末、陶瓷粉末等；

②光固化成型（SLA）：使用紫外激光逐层扫描光敏聚合物，使其由液态堆积成型为固态；

③熔融沉积成型（FDM）：加热后挤压ABS、PLA等热塑型材料进行逐层推积；

④分层实体制造（LOM）：在薄片材料表面涂上热熔胶后逐层切割粘贴成型；

⑤激光选区熔化（SLM）：使用激光束熔融金属粉末后凝固成型；

⑥电子束选区熔化（EBM）：使用电子束熔融金属粉末后凝固成型；

⑦生物打印：主要以生物细胞为生物墨水，将其喷涂在生物支架后进行诱导培养。

在骨科和康复应用领域中，SLA适用于精度较高的复杂模型制造，但造价高，且可用打印材料较为局限；FDM是目前最常见的3D打印技术，适用于制造精度要求不高的模型，成本较低；SLM与EBM适用于精度高的复杂小型金属内植物打印，在骨科内植物与临床的主要应用为促进骨组织再生，使得生物3D打印成为近年来的研究热点。

术前规划与模拟涉及到复杂手术截骨、修复重建、骨穿刺的骨科手术中，医生往往面临确定截骨面以便于重建、修复，寻找穿刺入口，避免损伤周围神经、血管以及精准穿刺肿瘤，确定截骨量和截骨部位等问题。通过计算机辅助设计软件与3D打印技术，医生可以获得病人患处精准的立体模型，比起传统的X光片、CT片、MRI图像更能辅助其了解病人立体解剖结构、准确诊断病情，确定手术方案，并利用模型进行术前操作模拟，也可用于向病人及其家属解释病情与手术方案，有利于医患沟通，减轻病人心理负担。

术前规划与模拟可以降低手术的风险与难度、预测手术效果、缩短手术时间及减少并发症，最大程度地减少手术造成的损伤，降低了医生对经验的依赖，实现个性化、精准治疗。

手术导板由于人体解剖结构的复杂性，在传统的截骨、假体和螺钉置入手术中，医生需要有多年临床经验，术中需反复进行透视以决定假体螺钉置入通道，容易造成手术时间过长和误操作等问题，同时大量X线照射对于病人与医生均会产生伤害。王金武教授、戴尅戎院士团队结合数字化设计和3D打印技术制作个性化肩关节经皮导板如图，克服了传统肩关节穿刺过程中易出现的反复多次穿刺、无法穿刺到病变甚至引起肿瘤病变播散等弊端，基本实现了肩关节病变手术诊断与手术中的精准定位与穿刺。

对患者行颈椎椎弓根螺钉内固定术前利用其CT数据三维建模，设计并模拟螺钉的最佳进钉通道，设计并3D打印定位导向孔的导向模板辅助手术，通过对术后效果的评估，肯定了数字导向模板在椎弓根螺钉固定的实用性和安全性。

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