基于3D打印技术骨科康复学的发展前景
​黄佳平
生成PDF 清样下载 引用

复制成功

导出题录

参考文献( GB/T 7714-2015 ) 复制

​黄佳平,. 基于3D打印技术骨科康复学的发展前景[J]. 现代康复医学,2021.12. DOI:10.12721/ccn.2021.157103.
摘要:
3D打印技术属于快速成型技术,它是通过短时间内累加材料,制成立体的3D实体模型,故又称作增材制造技术。3D打印机出现于1986年,而我国于2012年8月15日才研发成功,经过短短的数年时间,3D打印技术已经有了飞跃式的发展。3D打印最先被应用于工业,随着技术的成熟,3D打印在医疗方面的应用也逐渐受到重视并且已经取得了令人惊喜的成果。骨骼在人体中主要起支撑的作用,相对来说,我们更加重视它的结构特性。3D打印能够制作出精细、稳固的结构,具有很好的力学特性,支撑性强,更有研究表明有望制成具有生物活性的人造骨骼。本文主要介绍了3D打印技术在骨科领域的应用近况、面临的一些问题以及对未来的展望。
关键词: 3D打印技术骨科
DOI:10.12721/ccn.2021.157103
基金资助:

1、3D打印技术在骨科康复医学领域应用的现状

数字化精准医疗在骨科康复医学领域受到关注,3D打印技术的成熟为其发展提供了更大的空间。在临床治疗上,骨科康复治疗手术可凭借3D打印的医疗模型进行术前规划、术中导航等。临床医学辅助人员可利用患者术前CT或MRI数据完成三维建模,生成可被识别的打印数据,利用医学3D打印机生成可辅助临床治疗的医学3D模型。生成的医学3D模型可以协助医生开展手术训练、术前规划和术中指导,帮助医生或者患者更好地理解病患位置的医学治疗机制,设计符合手术需要的导板,帮助医生顺利实施手术,提高手术精准度,改善手术效果,提高患者满意度。

3D打印技术在骨科康复医疗领域应用的第一阶段是图像三维建模,但目前在医疗行业提供具有专业针对医疗应用3D重构软件开发及3D打印的技术创新平台尚属比较空白的领域。建模软件个性化诊疗3D打印数字设计技术能够依据患者的一组医学CT或MRI图像重建出患处的三维数学模型,建模数据能与商业3D打印机无缝对接,是国际领先的专门针对医学领域应用的图像三维重构建模软件,市场上仅有比利时公司Materialise的Mimics软件拥有类似功能,但其主要为科研人员所设计,操作复杂、医生适用性差,无法满足实际临床的现实需求。

2、3D打印技术在骨科康复医学领域应用及发展前景

3D打印的迅速发展,让我们对以往的一些难治、不可治疾病产生了希望。近年来,3D打印在医学方面的利用也受到了重视,在骨科的应用更是异军突起。虽然3D打印当下依然有许多不足,但是我们相信不断涌现的新成果必将弥补这些问题。

就目前的技术而言,大块的骨缺损是较难修复的,然而3D打印技术如果能够实现打印具有生物活性的骨,这必将促进植骨术的迅速发展。虽然还没有实现于临床应用,但是我们可以看到近几年来,关于这方面的动物研究已经取得了很大进展,有望实现临床应用。

材料限制了3D打印的应用,然而随着科技进步,这并不会成为一个高不可攀的难题。将3D打印的聚乳酸-羟基磷灰石(PLA-HA)作为支架载体,与细胞联合培养,观察细胞在PLA-HA上的生长状况,发现细胞生长良好。

机械强度问题也在慢慢地被克服。使用DMLS3D打印技术打印钢板,将其与传统重建钢板对比,观察它们在各个方面的体外力学特性。结果显示DMLS钢板硬度及静态弯曲、扭转刚度较传统重建钢板更大,而在动态疲劳测试中,DMLS钢板亦能满足临床固定需求。可见,3D打印钢板的机械强度正在被提高。

另外,因意外而导致肢体残疾的人逐年增高,肢体散失对他们的打击不止表现在生理方面,在心理方面也会对他们造成难以弥补的创伤。目前所使用的大多是仅仅起装饰作用的无功能假肢,还远远无法满足残疾人的生活需求,现在已有学者研究利用3D打印技术打印假肢并且配备有集成传感器、电子控制装置,兼顾了外观和功能的实现,随着技术的发展,在不久的将来,有望实现功能的完全替代,其某些性能甚至能够超过人类的真实肢体。

要实现3D打印技术的快速发展,必须有政府支持、多方合作、自主创新,学校、医院、企业三方如果能够相互合作,实现研发、临床实验、生产的密切结合,这必将推动我国3D打印技术在医疗上的腾飞。

据统计,目前人工膝关节植入物10-15年的生存率只有85%-90%,患者术后不满意比例高达19%。其原因主要有2点:第一,医生的诊断过程主要凭借肉眼和经验,缺乏实体三维辅助手段;第二,传统的手术实施过程中手术创伤面积大,医生凭借经验进行操作,缺乏辅助治疗的手术规划和个性化医疗器械设计软件。以上基于医生主观经验及观察完成的病情诊断和手术实施过程,直接影响了器械定位的可靠性和手术的精确性,甚至导致手术的失败。

结束语

总而言之,随着社会发展水平和人们日常生活活动多样化的不断提高,对经历骨科手术且术后造成功能障碍的患者来说,恢复其功能活动水平,使其能参与到丰富多彩的日常生活中和提供个性化的精准医疗服务这些需求日益增加。传统矫形器和假肢等适配度低、穿戴不适、外形不美观等问题造成产品弃用率高,无法达到预期的康复效果,打印技术的不断发展和研究应用为解决这个问题提供可行方案。相较于传统康复器具,打印技术可以个性化地为不同患者设计符合其身体解剖结构的产品,提高舒适性;可以个性化地为患者设计符合其外观需求的产品,提高使用率。打印技术在面向骨科康复矫形器、假肢和辅助器具的应用范围是广阔的,包括人体四肢、躯干和头部的矫形辅助都可以进行研究。打印技术在康复领域的研究进程方面,需要对程序的可用性、材料可变性可用性以及打印技术用于康复相关工作的成本进行更多研究。将来还可以将智能可穿戴传感器设备、工业互联网等应用于打印,提高产品质量,适应社会发展需要,不断促进和推动打印技术在骨科康复领域的应用和发展。

参考文献:

[1]甘金华,门华瑞,张钟满,胡超娅,雷昊.3D打印技术在医学相关领域的应用现状及展望[J].现代临床医学,2020,47(05):385-387+390.

[2]马晨光,纪颖,薛迪.3D打印技术骨科临床应用效应系统性综述[J].中国医院管理,2017,37(05):35-38.

[3]张敬东,侯明晓.新的“克隆技术”:3D打印技术骨科时代的到来[J].创伤与急危重病医学,2016,4(05):257-259.

[4]裴国献.3D打印技术:骨科最新冲击波[J].中华创伤骨科杂志,2015,17(01):8-9.

》在线投稿系统

*文章题目:
*作者姓名:
*电子邮箱:
*通讯地址:
*联系方式:

  备      注:

*上传稿件:

支持上传.doc,.docx,.pdf,.txt,.wps文件

投稿须知:

1、审稿结果将于1~7个工作日以邮件告知,请注意查收(包含录用通知书、审稿意见、知网CNKI查重报告)。

2、提交投稿后,若7个工作日之内未接到录用通知,则说明该文章未被录用,请另投他刊。

3、凡投寄本刊稿件,如在内容上有侵权行为或不妥之处,均应文责自负。本刊有权对来稿进行文字编辑、加工和修改,如不同意,请附说明,以便妥善处理。

4、多作者文稿署名时须征得其他作者同意,排好先后次序,通知用稿后不再改动。

5、凡投往本刊稿件一经录用发表,其版权归本刊所有。

6、本刊已全文录入中国知网、万方、维普等数据库,如作者不同意被收录,请提前申明,未申明者,本刊一律视为同意被收录。

7、请勿一稿多投。