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3D打印技术在医学中的应用进展
作者:杨新宇(综述)、詹成、李明、代曦煌、冯明祥(审校) 来源:《复旦学报》 发表时间:2018-06-14 14:50:13 点击率:

  三维打印技术(three dimensional printing, 3Dprinting)是一种快速成型技术,它以数字模型文件为基础,运用粉末状、液态金属或塑料等可豁合材料,通过逐层打印的方式快速制造所需实物。在1984年,Hull等首次利用计算机建模并打印出三维实体,标志着3D打印技术的诞生口。3D打印对传统制造业生产模式的变革产生了重大影响,并逐渐向其他领域渗透。“生物制造”概念提出后,3D打印技术开始受到医疗行业的重视,但目前在国内的发展还处于初步阶段。2015年8月,我国首个儿科3D数字医学研究中心在上海交通大学医学院附属上海儿童医学中心成立,该中心致力于3D数字医学研究与3D打印技术的结合,表明国内医学领域对该技术的重视。本文就3D打印实物的用途分类,对3D打印技术在医学中的应用进展作详细的阐述。
    3D打印技术在医学领域的应用
    医学模型医用模型在教学中有很好的应用前景。Easel等}3}提出将3D打印技术融入到解剖学教学中。他们将3D打印的精度较高的医用模型与影像资料、传统解剖相结合,有利于医学生对知识、技能的掌握,同时也符合外科教学趋势。同时,3D打印模型由于高保真的特点,常应用于临床。华盛顿大学的Monfared等川依靠3D打印技术,低成本制作出中耳模型,一方面可有效用于外科医学生的培训;同时也可用于医生和患者进行耳部病情的交流。Sheth等针对患者的复发性肩关节前方的Bankart和Hill-Sachs损伤,打印出相应的3D实体模型,并以此确定病灶情况,克服了传统二维成像技术在反映解剖和骨缺损方面的不足。Paeng等困利用3D打印技术成功打印出左侧领骨缺损男孩的领骨模型,准确显示了骨的薄壁结构,帮助主治医师很快制定出了领面骨修补方案。芬兰奥卢大学耳鼻咽喉科医生在1例复杂电子耳蜗植入术前,利用3D打印技术复制出患者的颗骨模型,并进行了术前模拟,降低了手术风险。Olivieri等利用打印出的患者的3D心脏模型进行手术模拟后,成功治疗了患者的完全型大动脉转位伴皮肤豁膜发给,显示出3D模型在诊治复杂先天性心脏病过程中极高的应用价值。Ripley等叫基于心脏CT数据打印出的主动脉根部模型提供了一个评估主动脉根部与植入的瓣膜间的物理相互作用的具体办法,为预测主动脉瓣关闭不全提供了新的方法。
    手术辅助器械 目前依靠3D打印技术打印出的手术辅助器械主要集中于无生物相容性或生物相容性较低的个性化手术导板。Chang等将氧化铁纳米粒子纳入一个可生物降解的聚合物制成复合材料骨螺钉,该螺钉有良好的力学效应并可促进成骨。马学晓等在打印出的患者的胸骨模型上找到有可能压迫到脊髓的骨折块,又打印了与患者的脊椎结构完全契合的导板,手术时将导板安置在患者的脊椎上,利用导板上预留的进钉口准确无误地选定进钉点,轻松完成了脊椎固定手术,体现出了3D打印导板在确定钉道方向方面的巨大价值。付军等利用3D打印技术个体化制备不同形状的骨肿瘤手术导板,在术中准确地贴附于骨表面,在确定肿瘤范围、截骨角度等方面发挥了强大的功能,提高了手术精确度并有效降低了放射性暴露。于乃春等对脊柱畸形的患者利用三维重建快速成型技术制备实物模型,通过个体化导航模板引导椎弓根置钉的方式实现了准确置钉,避免了繁琐的手术操作,明显缩短了手术时间,降低了手术风险。lim等利用3D打印技术和计算机辅助设计了去骨手术导板,能够帮助医生准确地切割去除骨段,并能够指导颇部截骨段移动到预定的位置。Ma等利用3D打印塑形导板成功矫正了远端尺、挠骨畸形和腕部骨折。Juergens等在下领骨部分切除再造手术中利用3D打印技术设计并制作弧形下领牵张成骨器,很大程度上便利了手术进程。Bagari等在治疗复杂的骨盆、髓臼及股骨内侧裸骨折手术中发现模板除引导功能以外,还能减少术中出血及麻醉药物的使用。Qiao等将三维印刷术与计算机辅助技术相结合,开发出一个定制的具有长骨骨折复位功能的外部固定器,能有效解决传统手术中手术时间长、操作复杂、精度低等方面的不足,并且具有应力调整功能,可优化骨愈合。

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