骨科3D打印技术的研究进展VIP专享VIP免费

骨科３Ｄ打印技术的研究进展刘大海李开南（遵义医学院-成都大学附属医院，成都市610000）摘要：为了大力推进3D打印技术在骨组织工程中的应用，让更多的人了解3D打印技术的优势，使之成为骨组织替代材料生产的主方式。据此，我们总结了近数十年间3D打印技术在骨科领域的发展历程。从金属生物替代假体的制造，到复合细胞及生长因子的生物可降解替代物的制造，再到术前评估及术中导航模板的制造，都可以根据患者的需要，通过3D打印机打印出个性化的骨科产品，使3D打印技术应用于临床疾病的治疗逐渐增多，更有利于骨科疾病治疗的合理化及安全性。所以，本文主要讲述近年来3D打印技术在骨科领域的研究进展及对未来的展望。关键词：3D打印技术；生物可降解材料；个性化；替代物；导航模板3D打印技术是上世纪80年代新起的一种快速制造技术，其主要原理是“分层制造，逐层叠加”，先通过3D打印机分层制造，形成一个二维结构的物质平面，再根据自己的需要，通过对材料的精确堆积，逐层叠加，最终形成产品的三维立体结构[1]。它的制作工艺有异于传统的削材及铸造技术，能使材料的物理结构不发生变化，增强产品的强度；还能根据需求定制，实现材料与病变部位的完全匹配，同时还可以携带细胞及生物活性微球进行骨缺损部位的原味打印。随着3D打印这一核心思想的新起，逐步形成的各式各样的制造技术，先是1989年Deckard发明的选择性激光烧结技术（SLS），再次是1992年Crump发明了熔融沉积成型技术(FDM)，1993年Sachs在麻省理工大学发明了3D喷印技术(3DP)。以上所有的打印技术，无一不是运用“分层制造，逐层叠加”的原理来实现的[2]。目前，3D打印技术在骨科应用于以下几个方面。一、骨科个性化替代物目前运用于临床的骨科替代性材料都是按照固定模式制造出来，已满足不了特殊疾病人群的需求，所以，制造出适合于每个患者的个性化替代性假体就显得非常有必要。在髋关节的置换上，由于假体的不匹配，会导致围手术期假体失稳、肢体长度不等、假体周围骨折，和再次手术的风险；如：小直径髋臼假体容易获得良好的骨性包容，但是通常应力比较集中，容易对假体产生磨损，缩短假体寿命；大直径的髋臼假体，假体周围骨量丢失也越多，从而可造成假体松动等[3]。目前研究最多的也是个性化髋关节、膝关节及骨盆等,种类比较繁多，大多都只限于研究阶段，只有少数开始应用于临床。目前研制的3D金属骨小梁就是用3D打印出来的多孔金属植入物，空隙之间相互贯通，具有骨长入的能力；此外，髋臼杯、椎间融合器及人工椎体也开始用3D打印技术制造；该技术在国外已获得CE及FDA的认证。程文俊等[4]也用3D技术打印出金属髋臼杯，并应用于9例患者身上，随访6个月，并未出现不稳，有骨长入的现象。而Benmu等[5]用3D技术打印出股骨假体，进行了2例全髋关节置换手术。对于儿童股骨远端恶性，得切除内、外侧髁及股骨下端大部分骨质，为了保持下肢的骨头的继续生长，就需要保留胫骨近端，然后进行半膝关节置换；黄晨等[6]提出双运动轨迹半膝关节假体治疗儿童股骨下端肿瘤，就可以用3D打印技术打印出假体。所以，从更长远意义上说，个性化替代物有利于患者远期疗效。骨盆的内置物主要用于骨盆恶性肿瘤、先天性骨盆畸形及骨盆骨质缺损导致的骨盆不完整的患者。骨盆肿瘤的治疗需要进行扩大化切除，尽量保留正常组织，以降低其复发率，尽量延长患者的寿命。但是不同患者的骨盆尺寸及形态差异很大，缺损部位的形态不规则，增加了骨盆重建的难度。而3D打印技术就能对患者的病变范围进行量身定制，通过多层螺旋ＣＴ进行薄层扫描，三维数字建立模型，对所获取的信息进行数控编程，将数据转化格式后输入3D打印机，然后选择合适的材料就可以打印出目标产品[7]戴尅戎教授[8]从2005开始，用3D打印技术打印的骨盆替代物进行了第一例半骨盆置换手术；随后蔡郑东教授等用3D打印技术为数十名患者定制个性化半骨盆，进行人工半骨盆置换手术成功。郭征、裴延军等[9]人用3D打印钛合金骨盆假体，精确的完成了人工骨盆的植入手术治疗；同期，又完成了锁骨和肩胛骨假体植入手术，使个性化假体在临床上使用已全面展开。与此同时，3D打印还可用于儿童先...