楊仕紅

【中圖分類號】R473.6 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】B 【文章編號】2095-6851（2018）06--01

關(guān)于3D打印技術(shù)的應(yīng)用最早見于二十世紀(jì)八十年代中期，但該技術(shù)走向成熟及廣泛應(yīng)用卻是在近五年，特別是在國外，3D打印技術(shù)已經(jīng)滲透、應(yīng)用至各個領(lǐng)域，除最早應(yīng)用3D打印技術(shù)的航空航天、國防軍工領(lǐng)域，現(xiàn)代建筑、醫(yī)療領(lǐng)域也開始受到3D打印技術(shù)的影響，應(yīng)用案例也開始集中、大量出現(xiàn)，特別是在現(xiàn)代醫(yī)療領(lǐng)域，關(guān)于3D打印技術(shù)應(yīng)用的研究如雨后春筍般涌現(xiàn)出來，小至細(xì)胞等人體組織重建、大至人體骨胳置換等都可見于醫(yī)療相關(guān)3D打印技術(shù)應(yīng)用研究。為了更好促進(jìn)3D打印技術(shù)在現(xiàn)代醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用，特別是在骨關(guān)節(jié)外科領(lǐng)域的應(yīng)用，筆者結(jié)合工作實際對上述問題進(jìn)行了專門探討；在總結(jié)闡釋3D打印技術(shù)原理、分類等內(nèi)容基礎(chǔ)上，對3D打印技術(shù)的關(guān)節(jié)外科臨床應(yīng)用相關(guān)研究進(jìn)行了綜述分析，并展望其未來應(yīng)用和發(fā)展方向。

一、3D打印技術(shù)原理與分類

3D打印技術(shù)具體應(yīng)用以1986年Charles Hull設(shè)計開發(fā)的第一臺商業(yè)3D打印機為標(biāo)志，而3D打印技術(shù)發(fā)展至今已滲透至人們生活的各個領(lǐng)域，其在現(xiàn)代醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用則是以2012年蘇格蘭知籍科學(xué)家Faulkner Jones利用細(xì)胞打印出人體“肝臟”組織為標(biāo)志，3D打印技術(shù)在現(xiàn)在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用也開始引起社會各界的關(guān)注。所謂3D打印技術(shù)，其實質(zhì)上是一種以離散、堆積成型為原理或者說主要外在表現(xiàn)的新型數(shù)字化成型、造型技術(shù)；具體涉及計算機輔助設(shè)計技術(shù)、數(shù)字控制技術(shù)和新材料技術(shù)等當(dāng)代高新技術(shù)，是多種高新技術(shù)的融合與應(yīng)用。

3D打印技術(shù)的工作過程和原理主要涉及以下四步，第一步，建構(gòu)三維數(shù)字模型，即使用計算機輔助設(shè)計軟件設(shè)計、預(yù)制三維數(shù)字化模型及構(gòu)件；第二步，在水平和垂直方向上對模型進(jìn)行分層，并根據(jù)每一層的結(jié)構(gòu)信息進(jìn)行編程用于控制數(shù)字設(shè)備運行；第三步，將設(shè)計的三維數(shù)字化模型轉(zhuǎn)化為成型STL文件連帶編制程序輸入到3D打印機中；第四步，3D打印機依據(jù)三維數(shù)字模型結(jié)構(gòu)信息及相應(yīng)程序進(jìn)行打印，借助于激光束或者熱熔噴嘴將“特殊材料粉末”在二維XY平面內(nèi)黏結(jié)成截面形狀，并在Z坐標(biāo)方向上層層疊加形成三維實體。3D打印技術(shù)具有無需任何加工機械、模具，以及精度高、重復(fù)性好等優(yōu)點，有效降低了結(jié)構(gòu)復(fù)雜產(chǎn)品的制造難度及生產(chǎn)周期，并可以實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。

隨著3D打印技術(shù)和新材料技術(shù)的升級發(fā)展，可以用于3D打印的材料種類也越來越多，從最初的塑料、金屬、陶瓷等固體粉材，發(fā)展到今天的液體、凝膠、甚至細(xì)胞等混合材料；3D打印所使用的材料不同，打印成型方式也不同，具體可以將3D打印技術(shù)分為以下六種：第一種種是以陶瓷、金屬粉末為原材料的3D打印制造技術(shù)，第二種是以紙、塑料薄膜等為原材料的分層實體成型技術(shù)，第三種是以光敏樹脂為原材料的光固化成型技術(shù)，第四種是以蠟、丙烯腈丁二烯苯乙烯、聚碳酸酯、尼龍等為原材料的熔融擠出成型技術(shù)，第五種是以不同材料粉末為原材料的激光燒結(jié)成型技術(shù)，第六種是與傳統(tǒng)樹脂自硬砂工藝相結(jié)合的無模鑄型制造技術(shù)。總體上來說，3D打印技術(shù)是一種前沿、新型制造技術(shù)，其對航空航天、國防軍工，以及現(xiàn)代建筑、醫(yī)療、教育領(lǐng)域的影響將會越來越大。

二、3D打印技術(shù)在關(guān)節(jié)外科領(lǐng)域中的臨床應(yīng)用

隨著3D打印技術(shù)的成熟，特別是以液體、凝膠、甚至細(xì)胞等為原材料的3D打印技術(shù)在現(xiàn)代醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用，將極大提高現(xiàn)代醫(yī)療的數(shù)字化水平。在關(guān)節(jié)外科領(lǐng)域，髖關(guān)節(jié)嚴(yán)重畸形最典型的需要進(jìn)行手術(shù)治療的疾病；關(guān)于其手術(shù)方案制定就具有非常大的挑戰(zhàn)性，比如如何保證假體型號選擇、安放位置的準(zhǔn)確性，以及畸形矯正等都是手術(shù)過程中的難題，這主要源于傳統(tǒng)CT、MRI采集所提供的二維影像等手術(shù)實施所需信息的不全的，而基于3D打印的實體模型能夠為醫(yī)生提供更加全面的手術(shù)信息，以及精度更高、更適合患者的植入體，大大提高手術(shù)成功率。Won S等的最新研究對3D打印技術(shù)在21名髖關(guān)節(jié)嚴(yán)重畸形患者的手術(shù)方案制定及手術(shù)實施中進(jìn)行了應(yīng)用，經(jīng)過術(shù)后影像學(xué)檢查結(jié)果表所有患者的假體組件都被準(zhǔn)確植入，而且手術(shù)時間明顯縮短；3D打印技術(shù)在關(guān)節(jié)外科領(lǐng)域的應(yīng)用，極大提高手術(shù)成功率。

3D打印技術(shù)在關(guān)節(jié)外科領(lǐng)域的應(yīng)用，除了前述能夠有效指導(dǎo)術(shù)者精準(zhǔn)制定手術(shù)方案和手術(shù)實施外，3D打印技術(shù)最大優(yōu)勢還在于植入假體制備的個性化，保證所制備植入假體是完全符合患者需要的，真正實現(xiàn)患者植入假體的“私人定制”；正是由于制備植入假體的高適合性，也才保證了手術(shù)較高的成功率，以及較短的手術(shù)時間，這主要得益于3D打印技術(shù)的加工精確、制作迅速和無需特殊模具優(yōu)勢。由于制備植入假體的高適合性，以及假體材料的特殊性、安全性，3D打印技術(shù)在關(guān)節(jié)外科領(lǐng)域的應(yīng)用也進(jìn)一步降低了術(shù)后并發(fā)癥的發(fā)生率；Rengier F等專門研究了3D打印技術(shù)制作假體的患者術(shù)后并發(fā)癥問題，通過對15例常規(guī)假體和15例3D打印假體患者的對比研究發(fā)現(xiàn)，3D打印假體患者術(shù)后并發(fā)癥發(fā)生率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于常規(guī)假體患者，除了術(shù)后疼痛方面要較常規(guī)假體患者有所減輕外，術(shù)后緊急處置情況，特別是緊急用藥情況出現(xiàn)的次數(shù)較常規(guī)假體患者大幅減少，最后就是術(shù)后恢復(fù)活動時間3D打印假體患者較常規(guī)假體患者要短。

總體上而言，3D打印技術(shù)在關(guān)節(jié)外科領(lǐng)域的應(yīng)用，特別是在臨床上的應(yīng)用，能夠為患者提供更高精確度、更高適合性的手術(shù)方案和植入體，從而真正實現(xiàn)關(guān)節(jié)外科患者手術(shù)方案與植入體的“私人定制”，對于保證關(guān)節(jié)外科手術(shù)的精準(zhǔn)、安全，提高關(guān)節(jié)外科復(fù)雜手術(shù)成功率，以及降低并發(fā)癥發(fā)生率等具有重要作用與意義。

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