文献来源及原文标题：

《中国实验诊断学》年2月第22卷第2期

原文作者及单位：

许森赫1,王金成1*,范丽雯2,吕虹3,于冲2

1.医院

2.吉林大学体育学院

3.吉林大学图书馆

导读

3D打印是一种三维立体模型技术,始于年美国社会变革时期?目前已在多个行业领域崭露头角,包括航空航天?汽车制造?医疗器械?时尚创意品等,为各行业的发展起到极大的推动作用,而在医学方面,3D打印也有了迅猛的发展，广泛应用在医学的不同领域,如:骨科(骨肿瘤切除?骨盆骨折?髋部发育异常及骨折?脊柱畸形及损伤?肢体畸形?骨缺损和假肢制作)?神经外科(头颅整形)?整形外科(口腔下颌骨修复)等?

3D打印的概念和原理

3D打印(3Dprinting)也称为增材制造(additivemanu-facturing),是以数字模型文件为基础,根据不同的成型原理,包括熔融沉积(fuseddepositionmodrling,FDM)?立体平板印刷(sterolithographyappearance,SLA)?选择性激光结烧(selectivelasersingtering,SLS)和光固化(digitallightpro-cessing,DLP)?分层实体制造(laminatedobjectmanutactur-ing,LOM)等3D打印技术以丝状塑料?光敏树脂?粉末状金属或塑料等材料,采用分层加工?叠加成型的方式逐层增加材料生成3D实体的技术?

我国第一台激光3D打印机诞生于年8月,由湖南华曙高科技有限责任公司研制成功?

基本原理：

3D打印机(3DPrinters)又称三维打印机简称(3DP),比如打印一个飞机模型,一个鸡蛋等等?3D打印就是一片一片的打印,然后重叠加到一起,成为一个立体物体;就是按照设计好的空间模型,用粉末一层一层堆砌直到形成固态物体成型的一种新技术,也就是形成了一个三维物体?

3D打印的特点：

(1)非常精准,目前3D打印设备精度在0.3mm以下?

(2)用时少能比以前做模具节省几十分钟甚至几小时?

(3)无限制复制,可打印所需量;成本相同?

(4)材料丰富化,可实现不同材打印?

(5)经济实惠但生产机器昂贵,针对性强?

国内3D打印在骨科的应用现状

国内3D打印技术研究是从20世纪90年代初期开始的,研究力量主要是以高校为主的科研单位,其中SLS处于世界先进行列,SLA较好,目前较落后的是FDM?

我国第一台激光3D打印机诞生于年?我国3D打印技术在骨科的应用是从年开始,目前骨科应用比较广泛,尤其是脊柱外科手术?四肢骨折手术?骨肿瘤切除术?膝关节置换术?个性化手术导向模板?个性化内植物?制作个体化骨组织工程支架等使用3D打印技术,经验丰富,效果显著?

3D打印模型在脊柱外科中的应用：

以前依据患者创伤部位的X线片与CT影像等二维图像作为手术依据,医生完全靠三维空间想象力,目前利用3D打印出1∶1患者受伤骨骼模型,使术前诊断更加精确,避免误诊的可能性,同时按照3D打印出的1∶1骨骼模型进行术前计划,并开展模型手术,更难能可贵的是,让患者直观地看到仿真模型,能够清楚了解整个手术的过程,让患者及家属深入了解自身病情和治疗过程,提高患者的配合程度,更好的处理医患关系?3D打印技术制作出的脊柱模型可清晰准确的显示畸形脊柱形态,能够明确显示X线片?CT片及MRI等临床影像学技术观测不到的病灶,从而帮助手术医生更加全面清楚地认识畸形脊柱的形态学结构,同时还可以用脊柱模型进行手术前设计等操作?椎弓根螺钉置于脊柱:椎弓根螺钉置于脊柱是临床脊柱外科手术中最常用内固定方法,椎弓根与脊髓和神经位置毗邻,置钉要求准确性高,螺钉位置不当可导致内固定系统稳定性下降,造成脊髓或神经损伤等并发症?近年来,3D打印技术制作出的导航模板,在辅助椎弓根螺钉置入过程中取得了实验研究进展,获得满意的效果,设计导航杆正好穿破椎弓根中心,3D打印出腰椎标木模型和导航模板,结果腰椎弓螺钉进行方向都与虚拟方向完全一致,未穿破弓根皮质?

3D打印在复杂四肢骨折手术中的应用跟骨?骨盆骨折:

四肢骨折通过3D打印技术可以直观反应其三维立体结构,分析出临床病例中骨折分型,通过3D打印对较少见的跟骨骨折?骨盆骨折等进行术前设计模型,能够辅助内固定钢板及螺钉准确置入,缩短手术时间,帮助医生制定术前规划,内固定选择等有重要意义?胫骨远端骨折:3D模型能够帮助医生详细分析解决患者手术部位胫骨远端骨折的骨折原因,同时还可以对实施的手术进行术前模拟操作和多次练习;特别是对粉碎性骨折的骨折碎片能够精确的迅速归位?最终达到了手术时间短,患者流血量少,手术简易便捷;减轻患者痛苦,术后恢复快,从而还减少了住院的时间,更节约了费用?pilon骨折模型:3D打印技术不仅可以显示胫骨前内侧关节面的具体骨折情况,而且可以显示出骨折块的数量?骨折的形态,以及移位程度,在评价骨折的骨折程度以及术前制定个体化治疗方案方面,该模型较CT有明显的优势?

3D打印在骨肿瘤手术中的应用：

3D脊柱模型能清楚地观察脊柱肿瘤的大小,与椎体和脊神经的位置关系,明确手术需要切除部位,制定手术方案?3D打印技术也可以用于骨盆肿瘤手术的治疗?3D打印颈椎肿瘤:在外科手术中尖端最难做的就是上颈椎的肿瘤?以往的做法是,术前通过X线?CT及MR来设计手术方案,只是平面化的影像学体现,相比于实际操作有局限性,而通过3D打印技术制作出患处肿瘤模型,让医生直观的观察到病灶的结构特点,降低了手术的不确定性和危险性,极大地提高了切除肿瘤的成功率?3D打印肱骨近端肿瘤:肱骨近端肿瘤手术,在临床中术前采用三维模型制定术前计划,能够准确的再现患者肿瘤部位的实际大小,通过细致观察模型,最后能精准切除肿瘤部位?

3D打印在膝关节置换手术中的应用：

全膝关节置换术(TKA)是膝关节性关节炎最常见的方法,近年来个体化导航模板在辅助FKA截骨方法进行了实验研究?通过94例病例资料研究发现,导航模板组在下肢机械轴线偏差和股骨假体旋转让轴线定位方向更有优势?得出结论：以上实验证明个体化导航模板能够提高截骨精确度,达到理想的假体位置,从而准确定位股骨远端假体旋转轴线,但还需要更多的临床实验验证?全膝关节置换手术(TKA)是目前治疗膝关节骨性关节炎最常见的方法,达到理想的假体位置,目前国内肩关节置换手术也采用3D打印技术?

3D打印在个性化手术导向模板的应用：就是利用CT数据,在软件中设计一个导向模板,重建等比例三维模型,并应用3D打印技术制作出模型?腰椎皮质骨螺钉导板:利用3D打印技术根据患者个体差异制定出私人订制的进针位置以及最安全的钉道走向,帮助螺钉精准固定位置;比老式手术方法更安全快速便捷,更可贵的是减少了患者X线辐射的次数?3D打印寰枢椎导向器:不仅能帮助主刀医生模拟手术过程,而且能在术中迅速定位,使螺钉置入位置更加精确,手术短且操作简便,出血少,病苦小,效果佳,恢复快,住院时间短节省费用?

3D打印在个性化内植物的应用：

3D打印个性化内植物在骨科的应用,目前我国已处于领先位置?世界首例应用3D打印的人工定制枢椎作为脊椎外科内植物医院,还有能够利用金属3D打印技术做出和患者肩胛骨?锁骨比例完全一模一样的钛合金假体的是我国西安第四医院?在年第一个获准人工髋关节3D打印植入产业化医院张克教授团队,此团队获得国家食品药品监督管理局批准?

3D打印制作在个体化骨组织工程支架的应用：

3D打印技术在原材料选择上是多种多样的,目前我国可制作各种复杂的骨组织工程支架,已经可以打印人工椎体?骨骼,还可以控制支架孔隙率,很好的满足了个体差异的需要,更提高了临床手术的成功率?骨科临床利用3D打印技术与生物力学分析技术相结合,已经能够个体化定制脊柱护具,对患者康复治疗起到很好的促进作用?

3D打印在骨科其它方面的应用3D打印技术目前在骨科已经能制作组织器官替代品,例如:复制人体骨骼?制作假肢,这项技术还可应用于牙种植,骨骼移植等?在临床教学方面,利用3D打印技术,脊椎外科及骨关节类疾病所涉及到的重要解剖学特点在教学中可以被重现,提供给临床教学所需要的立体?直观?典型的实物模型?提高了学生对脊柱外科骨关节解剖结构的理解和记忆,提高了教学质量?

国外3D打印在骨科的应用现状

国外3D打印技术研究是从20世纪80年代中期开始的,有两个代表公司3DSystems和Stratasys,这两个公司代表了国外3D技术发展史?

Systems公司创始人是CharlesHull,Stratasys公司创始人是ScottCrump,①Stratasys公司是研制3D快速成型机最早的公司,其产品包括SLA快速成型系列的iProTMSLAR与ViperTMSLAR,SLS快速成型系列的sProTM,SinterstationRHiQTMSinterstationRProTM等产品?②Stratasys公司靠熔融堆积技术(FDM)起家,并收购以色列等多家公司拥有Polyiet技术?DoD技术以及这两个技术生产的系列产品。

俄罗斯在骨科应用3D打印的现状：DMLS技术(金属激光烧结技术)和SLM技术(选择性激光熔化成型技术)是俄罗斯3D打印技术的强项,目前处于世界领先地位,他拥有世界上第一个3D打印动物甲状腺公司?在骨科方面,临床已能利用3D打印(LENS)技术输送药物,利用3D打印(SLS)技术打印蛋白植入物;同拉脱维亚及巴西共同研制完成器官打印,同法国合作研制成功3D打印零件用于临床,优点是由镍钛合金做成的?

美国3D打印在骨科的应用：

美国AdvancedMedi-calTechnologiesAG公司生产的纯钛腰椎后路椎间融合器于年通过CE认证?美国Therics公司的Sherwood应用3DP技术,制作了联合结构,包含骨和软骨,软骨区可以分为两层,上层孔隙率要高于下层(上层:90%下层:55%),研究表明软骨细胞会在软骨区附近复制增生,形成可见的软骨组织(实验6周后)?这样的联合结构和成人新生松质骨成骨力学强度相当,可以考虑实际应用于软骨关节重建?还有美国已成功制作接近于天然关节软骨,优点是成型快?细胞存活率高对于人体内组织缺损能进行快速修复?

英国3D打印在骨科的应用：

英国大学结合工程科学技术制造出抗弯(抗折)强度?抗拉(抗张)强度?抗压强度?抗冲击强度的结构用于临床进行骨修复,已能利用3D打印技术完成人造器官使用的是细胞和蛋白兼容技术?

日本3D打印在骨科的应用：

日本3D打印技术在亚洲已处于领先位置?日本东京医科大学在促进骨形成,骨组织周围接触面积的各种材料生物相容性方面已超越亚洲其他国家?

韩国3D打印在骨科的应用：韩国浦项科技大学cho制备3D骨软骨植入物,原料为PPF/HA(材料孔隙于结构均一,且相贯通),加入HA粉的目的是更好地促进植入物附近胚胎成骨细胞吸附和增殖?另外,cho等人还应用立体光固化成型技术来制作生态组织植入物,目前韩国3D打印全球市场份额仅2.3%,排名第七?

印度3D打印在骨科的应用：

印度3D打印处于刚刚起步阶段,规模小设备不完善;目前FDM(熔融沉积成型技术)在印度使用最为广泛,因为这是实现金属器件打印最简单的技术?目前印度3D打印软件开发已有成果,印度开发的3D打印软件通过医学图像创建3D物体(IRM技术)?

国内外3D打印在骨科应用的对比和分析

国外3D打印在骨科应用比较先进的地方全膝置换手术?假肢?药物递送的多孔材料?打印蛋白植入物?器官打印?支架材料孔和骨架结构复合材料促进骨形成?人造骨骼?植入3D打印制造的钛合金骨骼?骨复合支架?国外3D打印在骨科应用方面日本已超越中国,还有俄罗斯和美国?

我国3D打印在骨科应用方面的优势：

SLS达到世界先进水平,国内利用3D打印技术在骨科上的具体应用有:创伤骨折?拇手指再造?关节置换手术?脊柱手术?足踝手术?骨肿瘤手术?小儿骨科手术及医疗支具等八个类别?甚至在金属构件方面已经超过美国,已获得打印发明专利6项,PCT国际专利5项?3D打印个性化内植物在骨科的应用,目前我国已处于领先位置?

我国3D打印在骨科应用方面存在的问题：

内3D打印在骨科应用规模较小,还没有普及使用?3D打印核心技术光学元器件方面和国外差距很大?科研单位和生产部门缺乏配合,处于无序状态;科研与产业化脱节严重,阻滞发展;企业生产跟不上市场,相关学科没有普及推广3D打印技术,产业化投入规模小,发展速度缓慢;导致和国外存在差距?以政府主导为主,而非产业主导;这种主导偏差,影响了赶超国外技术?市场推广方面认知度低,没普及;使得国外发展比我国迅速?缺少国家资金项目资助,影响研发和技术的进步?熔融沉积FDM发展已经相对落后,需要更多科研研究人员更多的







































北京看白癜风哪里比较好
北京治疗白癜风哪间医院最好