原创 3D打印技术在关节外科中的应用
2020年04月16日 【健康号】 刘万军     阅读 8022

一文了解3D打印技术在关节外科中的应用

30刚出头的小王最近遭遇了一次严重的车祸,导致右侧骨盆骨折。医生进行评估后,决定使用3D打印技术给他置换髋关节。小王很奇怪,髋关节还能打印出来?今天我们就聊一聊3D打印技术在关节外科中的应用。

3D打印技术,又称“增材制造”,是通过逐层定位堆积材料的方式实现三维复杂实体的构建。与传统技术相比,3D打印在不用模具和工具的条件下,可生成几乎任何复杂程度的零部件,极大地提高了生产效率和制造柔性的同时,更好地实现设计与加工的衔接,能对接多种材料,且材料利用率高。因此,3D打印技术有望从时限性、节省材料、精准制造等角度优化个性化医疗器械的研发,减少医疗器械生产的投入。目前已经在临床中逐渐开展应用,尤其是骨关节方面。

图一术前根据CT原始图像重建髋臼图像

3D 打印在关节外科的应用包括以下几个方面:

1、术前规划

3D 打印的 1∶1 实物模型可以使医生在关节手术前对病变部位进行全方位的直观地观察,了解周围神经血管分布情况,确定骨性解剖标志。(1)髋关节置换:骨盆和髋臼的结构复杂,X 线和 CT在评估骨缺损上都具有局限性。使用3D 打印技术,可以通过视觉和触觉模型检查患者实际骨骼解剖,更好地评估盆腔畸形;(2)髋臼发育不良:髋臼假体定位困难。3D打印制备骨盆实物模型,可以用于放置髋臼假体的手术演练,有助于理解患者的骨盆结构,确定髋臼的具体型号;(3)膝关节置换:术中需要精密的截骨量与准确的截骨角度,尤其对于重度关节畸形患者,通过实物模型可很好地进行手术预演,制订适宜的手术方案,对截骨方向、截骨量及旋转角度进行精准控制。

2、个性化制定假体:

3D 打印技术可以制作个性化模板,在关节置换术中指导切除、截骨、置钉等。内植物对骨科治疗是不可或缺的内容,当患者存在明显解剖畸形或由于肿瘤等引起骨组织严重缺损情况时,通常采用钛笼、自体骨等植入物进行骨缺损部分填充,以修复骨结构完整性。然而这种方法会有强度不足、匹配不佳等问题。3D打印可以制作各种不同形状的内植物,可以解决脊柱肿瘤、严重创伤等疑难重症的治疗问题,如脊柱肿瘤患者在治疗中需要进行切除手术,切除后涉及到骨头的填充问题,用传统方式很难治疗,而3D打印却可以。此外,3D打印可以作出精细的微孔结构,这些结构可以让骨头更好地生长在一起,取得更佳的恢复效果。目前这种 3D 打印定制化假体在骨科临床上已有广泛的应用,如 3D 打印人工髋臼假体,肩胛骨假体、骨盆假体、颈椎人工椎体及个性化假肢等。

3、量产式 3D 打印关节假体

即不以特定患者的影像学为依据,生产可用于适应一般患者的假体。3D 打印比较容易制造几何形状复杂的假体,比如多孔结构、内部扭曲通道、内部支撑结构等,这类假体使用常规的减材制造方法比较困难。在制作量产假体方面,随着 3D 打印与其它超多孔界面生产方式的发展与成熟,相关产品线也正从髋臼杯拓展到髋、膝金属加强块、胫骨托等其它人工关节植入物中。

术中使用3D打印模型确定异位骨化范围

此外,3D打印技术在医学教学、帮助患者更好的理解手术过程方面也有其不可或缺的作用。3D打印技术逐渐应用于各行各业,这一技术在医学上也体现出独特的优越性,就目前来看,3D打印技术将在医学行业得到越来越广泛的应用,尤其是在骨关节外科上有非常大的前景。


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