隨著科技的進步，3D打印技術(shù)已經(jīng)成為現(xiàn)代制造業(yè)和醫(yī)療領(lǐng)域的重要工具之一，正逐步滲透進醫(yī)療領(lǐng)域的各個分支，尤其是在骨關(guān)節(jié)外科領(lǐng)域，3D打印技術(shù)顯示出了巨大的潛力和廣闊的應(yīng)用前景。同濟大學(xué)附屬同濟醫(yī)院運動醫(yī)學(xué)科、骨關(guān)節(jié)外科中心主治醫(yī)師張錦程帶來關(guān)于3D打印技術(shù)對患者治療和醫(yī)療服務(wù)的影響及具體應(yīng)用的介紹。

3D打印技術(shù)概述

3D打印技術(shù)，也稱為增材制造技術(shù)，是一種根據(jù)數(shù)字模型文件的快速原型制造技術(shù)，它能夠?qū)⑷S計算機模型直接轉(zhuǎn)化為實體模型，用可塑性材料或金屬粉末等特定材料，通過逐層打印的方式來構(gòu)造三維物體，這種技術(shù)可以制造復(fù)雜結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品，而無需使用傳統(tǒng)的切削、雕刻等去除材料的方法。使3D打印技術(shù)與傳統(tǒng)的減材制造工藝相比，具有設(shè)計靈活、速度快、成本低和能夠制造復(fù)雜形狀產(chǎn)品等顯著優(yōu)點。

3D打印技術(shù)

在骨關(guān)節(jié)外科中的應(yīng)用

預(yù)手術(shù)規(guī)劃：在骨關(guān)節(jié)手術(shù)中，精確的預(yù)手術(shù)規(guī)劃至關(guān)重要。通過3D打印技術(shù)，醫(yī)生可以根據(jù)患者的CT掃描數(shù)據(jù)，制作出準(zhǔn)確的骨骼模型。這些模型不僅可以幫助外科醫(yī)生更好地理解病變部位的解剖結(jié)構(gòu)，還可以用于模擬手術(shù)過程，從而增加手術(shù)的成功率，并縮短手術(shù)時間。這樣的模型不僅能幫助醫(yī)生更好地計劃手術(shù)策略，還可以用于醫(yī)生和患者之間的交流，幫助患者更直觀地理解自身的疾病情況和手術(shù)過程。

手術(shù)導(dǎo)板的定制：在復(fù)雜骨折或骨缺損的修復(fù)手術(shù)中，確保植入物與骨骼的精確對接至關(guān)重要。3D打印技術(shù)可以用來設(shè)計和制作手術(shù)導(dǎo)板，這些導(dǎo)板能夠指導(dǎo)外科醫(yī)生進行精確的切割和鉆孔，從而提升手術(shù)的精準(zhǔn)度，縮短手術(shù)時間，并降低并發(fā)癥的風(fēng)險。

定制人工假體及植入物：傳統(tǒng)的關(guān)節(jié)置換術(shù)使用標(biāo)準(zhǔn)化的假體，這些假體往往無法完美貼合每個患者的骨骼結(jié)構(gòu)，且某些情況下患者的骨缺損或疾病復(fù)雜多變，傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化植入物往往無法滿足治療需求。利用3D打印技術(shù)，醫(yī)生可以根據(jù)患者具體的解剖特征定制個性化植入物。這種個性化的植入物能更好地與患者自身的骨骼相配合，提供更好的生物力學(xué)匹配和更高的安全性，提高手術(shù)的成效和患者的舒適度。

生物打印和組織工程：對于復(fù)雜骨折或骨缺損，傳統(tǒng)治療方法可能無法提供最佳結(jié)果。3D打印技術(shù)能夠根據(jù)患者的具體情況打印出相應(yīng)的骨骼或支架結(jié)構(gòu)，使得骨折修復(fù)或骨缺損填補更為精準(zhǔn)和有效。更進一步的應(yīng)用是通過3D生物打印技術(shù)，可以打印含有活細胞的生物材料，用于修復(fù)或再生受損的骨組織。這種技術(shù)目前還在初級階段，但未來有望實現(xiàn)完全的組織工程，從根本上解決組織損傷和器官缺失的問題。

教育與培訓(xùn)：3D打印的骨模型不僅可以用于手術(shù)規(guī)劃與模擬，還可以作為醫(yī)學(xué)教育和外科醫(yī)生培訓(xùn)的工具。這些模型可以幫助學(xué)生和實習(xí)醫(yī)生理解復(fù)雜的骨骼解剖，進而在模型上進行操作練習(xí)，從而積累經(jīng)驗，提供了比傳統(tǒng)教學(xué)更加真實、互動的學(xué)習(xí)體驗，有助于未來醫(yī)生的培養(yǎng)和手術(shù)技能的提高。

3D打印技術(shù)的優(yōu)勢

提高手術(shù)精確性：由于3D打印技術(shù)能夠基于患者個體的具體數(shù)據(jù)來創(chuàng)建模型和植入物，這大大提高了手術(shù)規(guī)劃的精確性，降低了手術(shù)風(fēng)險。

縮短手術(shù)時間：預(yù)先制作的模型和植入物可以減少手術(shù)中的試錯時間，醫(yī)生可以事先熟悉患者的解剖結(jié)構(gòu)，減少術(shù)中的不確定性，從而縮短總體的手術(shù)時間。

增加患者舒適度：定制化的植入物能夠更好地融合到患者體內(nèi)，減少異物感，提高患者術(shù)后恢復(fù)的舒適度。

減少手術(shù)創(chuàng)傷：使用3D打印技術(shù)，外科醫(yī)生可以更加精確地定位手術(shù)區(qū)域，從而盡量減少對周圍組織的損傷，減輕手術(shù)創(chuàng)傷。

3D打印技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)

盡管3D打印技術(shù)在骨關(guān)節(jié)外科手術(shù)中顯示出巨大前景，但仍然面臨一些挑戰(zhàn)和限制：

材料問題：目前可用于3D打印的生物相容材料有限，并且這些材料的生物力學(xué)性能尚不能完全滿足臨床需求。

成本問題：3D打印設(shè)備和材料的成本較高，這可能會影響其在臨床中的普及程度。

法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)：目前對于3D打印醫(yī)療產(chǎn)品的法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)尚不完善，這給臨床應(yīng)用和市場推廣帶來了一定難度。

技術(shù)門檻：醫(yī)生和工程師需要熟悉3D打印技術(shù)和相關(guān)軟件，這需要專門的培訓(xùn)和學(xué)習(xí)，增加了技術(shù)應(yīng)用的難度。

3D打印技術(shù)為骨關(guān)節(jié)外科手術(shù)提供了新的方向和工具，從個性化植入物的制造到手術(shù)導(dǎo)板的定制，從骨骼模型的打印到生物打印和組織工程，其應(yīng)用范圍正在不斷擴大。通過精確、個性化的醫(yī)療解決方案，3D打印技術(shù)不僅可以改善手術(shù)結(jié)果，而且還能提升患者的生活質(zhì)量。隨著技術(shù)的進步、成本的降低以及相關(guān)法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)的完善，預(yù)計未來這項技術(shù)會在醫(yī)療領(lǐng)域，尤其是在骨關(guān)節(jié)外科手術(shù)中發(fā)揮越來越重要的作用，預(yù)示著醫(yī)療領(lǐng)域未來發(fā)展的新趨勢。

資料：同濟大學(xué)附屬同濟醫(yī)院