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骨科个性化的3D打印所面临的问题

更新时间: 2019-09-11 11:00:31  查看次数: 28    

3D打印技术具备加工精确、制作迅速、无需特殊模具等特点,使个体化假体设计、制备成为可能。早在1979年,由TonnerHD等采用聚苯乙烯为原料,为一位纤维肉瘤的患者构建了骨盆模型,并以此模型定制了弥补肿瘤切除术后骨盆缺损的金属内置物。2005年,戴尅戎等率先应用3D打印技术设计打印出人工半骨盆替代物成功进行了首例半骨盆置换手术。王臻等应用该技术设计出个体化钛合金膝关节假体,成功为1例14岁右股骨下段骨肉瘤术后复发患儿施行保肢手术。Benum等也应用该技术设计制作出股骨髓腔导向器及个体化股骨假体,为2例石骨症患者成功施行人工全髋关节置换术。与传统标准尺寸的骨科植入物相比,为患者“量身定制”的3D打印个体化植入物与患者骨骼匹配更精准,患肢功能恢复更快。目前究最多的个体化假体设计为髋关节、膝关节及骨盆等,但大多都仅限于研究阶段,应用于临床的仅为少数,其临床效果仍需进一步的临床实验验证。


综上所述,3D打印技术是一种新型的快速成型技术,在骨科手术中具有重要的应用价值。但骨科个性化的3D打印还面临着以下问题:


经济问题:3D打印具备规模经济的优势,打印机的价格从数万元到上千万元不等,且相关配套的CT、MRI设备以及建模和逆向工程、CAD等软件,都是一笔不小的费用。


材料问题:目前应用较多的材料包括金属、陶瓷、光敏树脂、石膏等,每种材料的物理性能和理化性质不同,价格从几百元到几千元不等,且并不都适应临床需要,文献报道人工关节置换术后1%的患者出现明显金属过敏症状,在假体功能良好的患者中,通过检测发现20%~25%的患者存在金属过敏。因此选择适合人体特性的金属材料如钛合金,其价格高达每千克2000元左右。


生产问题:3D打印技术需要依靠数字技术模型来进行生产,但目前针对骨科打印临床规划软件很少,且大多数临床医生不会使用相关设备和软件,因此很多研究者需与专门的技术人员合作,结合使用多组工程软件才得以实现某些临床复杂手术的术前规划,但这个过程耗费时间长,经济费用增加,一定程度地限制了3D打印技术在临床应用。


打印精度问题:应用3D打印技术实现骨骼还原重建及设计制作个体化手术导板均要求3D打印机具有较高的精确性,在高度还原重建的模型上制备的手术导板才能准确定位,若术前构建的模型还原度较差,将直接导致手术导板及个体化替代物的设计存在力学和材料学上的缺陷,最终使手术失败。


临床应用问题:在临床实践中,3D打印出的个体化手术导板存在不规则性,在手术中的固定稳定性较差,为防止使用时导板移动,需要选择标志性的解剖结构作为参考点及锚定点。且术前准备时不同打印材料及不同消毒方式对于手术导板及个体化替代物的影响也有待进一步研究。
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