黃式環(huán)

(廣西貴港市人民醫(yī)院，貴港市 537100)

【提要】 3D打印技術(shù)有成型精度高、個性化突出等優(yōu)勢，在骨科領域中得到了廣泛的應用與發(fā)展。本文在3D打印技術(shù)的工作原理及分類的基礎上，對3D打印技術(shù)在骨科臨床以及圍術(shù)期護理、術(shù)后康復、護理教學的應用進展進行綜述，總結(jié)3D打印技術(shù)在骨科護理應用中面臨的問題，對其在骨科護理中的應用進行歸納，有助于促進護理人員及時了解及推廣3D打印技術(shù)。

三維(three dimension，3D)打印是一種高科技快速成型技術(shù)，其以三維模型為基礎，通過逐層打印的方式來構(gòu)造物體[1]。隨著骨科醫(yī)療技術(shù)的進步，微創(chuàng)、精準化、個體化醫(yī)療成為發(fā)展的方向，3D打印技術(shù)的應用為這一目標的實現(xiàn)提供了可靠的技術(shù)支持，其分辨率高，能進行個體化定制，有效解決了骨科眾多疑難問題，呈現(xiàn)出不可估量的應用前景[2]。然而，3D打印技術(shù)作為一種新技術(shù)，護理人員對其知之甚少，影響護理人員與醫(yī)生的默契配合，從而影響手術(shù)效率和手術(shù)結(jié)局。因此，為了促進護理人員及時了解及推廣3D打印技術(shù)，迎接護理工作全新的挑戰(zhàn)，本文對3D打印技術(shù)在骨科的臨床以及圍術(shù)期護理、術(shù)后康復、護理教學的應用進展進行綜述。

1 3D打印技術(shù)原理

3D打印技術(shù)是集成計算機輔助設計和制造、數(shù)控技術(shù)、激光技術(shù)、高分子材料、三維CT技術(shù)等知識為一體的全新快速成型(rapid prototyping，RP)技術(shù)。在快速成型裝置內(nèi)裝有液體或粉末等打印材料，將計算機設計的三維模型數(shù)據(jù)分層并逐層打印，然后疊加到一起，成為一個立體物體。分層制造、逐層疊加是其核心原理[3-4]。

2 3D打印技術(shù)的分類

在骨科應用中，3D打印技術(shù)根據(jù)制造材料及方法不同分為以下幾類：(1)熔融沉積成型法(FDM)；(2)光固化(SLA)；(3)激光選區(qū)燒結(jié)/熔融(SLS/SLM)；(4)分層實體制造( LOM )；(5)電子束熔化(EBM)。不同的3D打印技術(shù)各有優(yōu)勢。FDM技術(shù)是采用絲狀的塑料、蠟、金屬材料進行制作，精度及性能較差，適用于精度要求不高的模型；SLA技術(shù)使用的材料是光固化樹脂，能承受標準滅菌程序，可打印出高精度模型及各類導板，但不可用于體內(nèi)植入；SLM技術(shù)制備精度高，適用于小型、高精度內(nèi)植物的打印；而EBM技術(shù)對鈦合金具有良好生物相容性，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，適用于骨科內(nèi)植物的制備，經(jīng)美國食品藥品監(jiān)督管理局(FDA)及歐盟認證，得到多數(shù)骨科內(nèi)植物生產(chǎn)企業(yè)采用[5]。

3 3D打印在骨科臨床中的應用

3.1 利用3D打印技術(shù)輔助手術(shù)設計 利用CT、MRI等影像技術(shù)，重建骨骼的三維圖像，根據(jù)人體解剖的對稱性，反求或模擬缺失部位的骨骼三維圖像進行輔助手術(shù)設計，以確定手術(shù)方案、植入物的型號以及固定位置，對植入物進行預塑形等。上海交通大學附屬第九人民醫(yī)院[6]為患者定制半骨盆假體用于半骨盆切除、髖臼側(cè)嚴重骨缺損的重建。馬向浩等[7]在鎖骨、跟骨、脛腓骨、脊柱側(cè)彎、關(guān)節(jié)翻修、骨腫瘤等手術(shù)中運用3D打印技術(shù)進行模擬手術(shù)設計后，能夠明顯縮短手術(shù)時間、降低手術(shù)創(chuàng)傷、減少術(shù)中出血量、提高手術(shù)質(zhì)量。隨著3D打印技術(shù)的日漸成熟，以及成型設備價格的下降，越來越多的醫(yī)師借助3D打印進行復雜手術(shù)的設計與演示。

3.2 3D打印導板的設計與應用 在骨科領域基于3D打印的導板設計與應用正不斷深入，逐漸顯現(xiàn)其特殊的價值。陳宣煌等[8]利用3D打印技術(shù)制作導航模板輔助椎弓根螺釘置入，獲得了滿意的效果。Merc等[9]對20例多節(jié)段腰骶椎手術(shù)患者置入54枚椎弓根螺釘，通過術(shù)后影像學檢查對比，3D打印技術(shù)制作的導航導板組較徒手置釘組螺釘偏移率和穿破骨皮質(zhì)風險顯著降低。謝兆林等[10]應用3D打印導航模板輔助頸椎椎弓根螺釘置入可以提高置釘?shù)臏蚀_率，增加頸椎手術(shù)的安全性。3D打印導板輔助置釘技術(shù)實用性強，應用簡便，精確度高，明顯縮短手術(shù)時間，減少術(shù)中出血量和 X 線透視次數(shù)，降低術(shù)后并發(fā)癥發(fā)生率，利于術(shù)后患者的快速康復[11]。

3.3 3D打印骨科金屬植入物的研發(fā) 目前3D打印在骨科最有價值的應用方向是研制金屬植入物和個性化假體，在國內(nèi)3D打印制造的骨科內(nèi)植物已獲國家食品藥品監(jiān)督管理總局批準。目前醫(yī)療企業(yè)提供骨科的內(nèi)植物只有為數(shù)不多的幾種型號，對于解剖結(jié)構(gòu)變異、病損復雜的患者，內(nèi)植物與機體骨骼表面的貼合度差，影響使用的安全有效性和術(shù)后愈合效果。根據(jù)患者自身特點和實際需要定制個體化、符合解剖特性及生物力學特性和適于骨長入的內(nèi)植物是亟待解決的問題。Phan等[12]對1例65歲C1～C2疾病的女性患者應用3D打印技術(shù)打印個性化內(nèi)固定材料行后路融合術(shù)，取得了良好效果。北京大學第三醫(yī)院研究團隊[13]設計制作了世界首例全微孔型3D打印鈦合金人工椎體作為內(nèi)植物，對脊椎腫瘤進行穩(wěn)定性重建。目前越來越多的醫(yī)療機構(gòu)、科研單位、骨科產(chǎn)品生產(chǎn)企業(yè)投入到3D打印內(nèi)植物的研究中，實現(xiàn)材料、設備、應用產(chǎn)業(yè)鏈的全覆蓋，臨床上也不斷涌現(xiàn)出定制骨科內(nèi)植物應用成功的報道[14]。

3.4 3D打印技術(shù)的基礎研究 3D打印技術(shù)基礎研究的熱點之一是3D打印構(gòu)建的金屬微孔表面改性問題。第四軍醫(yī)大學西京醫(yī)院與上海交通大學的研究團隊[15-16]在3D打印的多孔鈦合金表面涂層，經(jīng)過改性后在糖尿病誘導損傷狀態(tài)下提升骨整合效應。另外，可降解生物材料的3D打印也是基礎研究的熱點。張維杰等[17]將3D打印的軟骨復合支架應用于兔軟骨缺損模型中，發(fā)現(xiàn)軟骨的骨微結(jié)構(gòu)參數(shù)與軟骨修復關(guān)系密切，但距離臨床轉(zhuǎn)化還有相當?shù)木嚯x。無論如何，3D打印技術(shù)將是中國骨科內(nèi)植物器械制造趕上國際步伐的一個良好機遇。

4 3D打印技術(shù)在骨科護理的應用

4.1 3D打印技術(shù)在骨科圍術(shù)期護理的應用

4.1.1 術(shù)前心理護理 骨科手術(shù)屬于高難度、高風險的手術(shù)，不同患者對手術(shù)必要性和風險性的理解能力存在差異，無法準確理解會使患者及家屬承受巨大的精神壓力，既對手術(shù)寄予很大的希望，又心存疑慮和恐慌。術(shù)前如何與患者家屬進行有效溝通，做好心理護理、緩解患者及家屬的焦慮不安情緒，是減少醫(yī)患糾紛的關(guān)鍵[18]。使用3D打印技術(shù)打印出患者目標部位，以1 ∶1的實物模型和數(shù)字三維圖像，向患者介紹3D打印技術(shù)的優(yōu)勢、應用3D打印技術(shù)治愈患者的案例和經(jīng)驗，幫助患者樹立積極的心態(tài)，給患者及家屬講解術(shù)前注意事項、手術(shù)過程，減輕患者的恐懼，提高患者自我參與意識，使其更好地配合護理工作，提高患者滿意度[19]。Kong等[20]報道用3D模型展示，幫助患者及家屬了解手術(shù)基本原理、流程，消除緊張、焦慮等不良情緒。馬利群等[21]報道3D打印輔助教育干預的方法，可有效控制急性創(chuàng)傷患者的焦慮情緒、緩解疼痛、提高睡眠質(zhì)量。

4.1.2 術(shù)前指導 應用打印出來的實物模型，根據(jù)患者病情作出相應的指導，可以減輕患者痛苦以及促進手術(shù)早期進行。王樹芬等[22]報道根據(jù)3D打印模型幫助護理人員全方位觀察骨盆骨折移位情況，根據(jù)移位情況做好翻身前的患肢牽引制動、骨盆環(huán)穩(wěn)定等輔助工作，有效降低術(shù)前護理翻身所造成的傷害。李卉等[23]報道了3D打印模型用于復雜Pilon骨折患者的術(shù)前護理，實施個性化健康教育，讓患者及家屬直觀地了解骨折的部位、特點及需要配合的注意事項，取得其理解與配合；在進行跟骨牽引前，通過3D模型講明牽引的原理及必要性，指導康復運動，縮短術(shù)前準備時間。

4.1.3 術(shù)前模擬演練 組織護理人員學習骨科3D打印技術(shù)相關(guān)知識，參與術(shù)前討論，配合醫(yī)生使用患者的3D打印實物模型進行術(shù)前模擬演練。護理人員通過積極參與，清晰了解患者的病情、手術(shù)方式、配合要點，提前熟悉步驟以及知曉定制器械的使用方法，可以節(jié)約手術(shù)時間、減少術(shù)中出血，有助于手術(shù)的順利完成[24]。

4.1.4 術(shù)后指導 利用3D打印模型對患者及家屬進行針對性的康復教育，演示如何保持正確體位及進行體位轉(zhuǎn)換，以防止不正確的體位導致骨折移位、內(nèi)固定不穩(wěn)或斷裂，讓患者及家屬理解并重視。覃柏良等[25]用3D髖關(guān)節(jié)模型指導術(shù)后患者體位變換，可保持關(guān)節(jié)的基本軸線不發(fā)生改變，展示不同強度、角度以及運動量對患者康復的影響，快速有效地促進髖關(guān)節(jié)功能康復，縮短住院時間。

4.2 3D打印在骨科術(shù)后護理康復的應用 骨科疾病患者很多時候需要康復輔助支具來幫助恢復正常的功能，目前臨床一般采用石膏進行外固定，由于石膏比較硬，與皮膚貼合度差，患者感到不舒適，影響患肢功能訓練的依從性，導致患肢肌力減弱，關(guān)節(jié)活動度低。結(jié)合患者資料，用3D打印技術(shù)個性化設計和制造的康復支具外形仿真人體解剖形態(tài)，與人體結(jié)構(gòu)更貼合，在不影響生物力學強度情況下，支具制作呈多孔或呈網(wǎng)狀，保持透氣性。3D打印支具穿戴方便，可以洗澡，材料較剛硬的3D打印支具對患肢起到支撐、保護作用，材料較柔韌的可以輔助進行關(guān)節(jié)功能訓練。3D打印支具在不久的將來可能成為骨骼外固定的主流[26]。Mavroidis等[27]用3D打印技術(shù)個性化設計和制造踝支具，對受試者佩戴后進行步態(tài)分析，結(jié)果符合步態(tài)生物力學曲線，受試者感到更貼合和舒適。曾輝等[28]報道3D打印外固定支具應用于手足骨折患者，支具輕便、堅固、舒適、透氣性好，符合患者個性化需求，有效減少住院時間、術(shù)后恢復時間，減輕患者痛苦。

4.3 3D打印在骨科護理教學中的應用 骨科相關(guān)疾病的解剖結(jié)構(gòu)、部位相對抽象，傳統(tǒng)的護理教學方法學生不易理解。根據(jù)醫(yī)院真實的骨骼疾病案例影像學資料，設計并完成3D打印，將患者的骨骼病變情況從二維圖像轉(zhuǎn)變?yōu)槿S實體，體內(nèi)傷情可視化且生動形象地展現(xiàn)出來，使得教學更加貼近現(xiàn)實。而3D打印耗材來自玉米粉、聚乳酸等物美價廉而且耐保存的材料，具備教材所展示的典型病理骨骼的各種特征，避免了普通制作模型的不真實感及成本高等問題，為學生提供更合理的教學模具。更重要的是，各種真實的骨骼疾病數(shù)字三維圖像及3D實體模型豐富了骨科護理教學的病例數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)護理教學中典型病例資料的獲取與分析，加深了學生對疾病的認識。同時，3D打印技術(shù)應用到臨床護理教學中，能幫助護理實習生理解骨科的?？浦R與?？萍寄堋Ｖ燧驾嫉萚29]將3D打印技術(shù)聯(lián)合常規(guī)教學應用于人體護理解剖教學中效果理想，提高了教學質(zhì)量和教學滿意度。目前3D打印技術(shù)已應用于骨科創(chuàng)傷、脊柱、關(guān)節(jié)、足踝等領域的護理教學。

5 3D打印在骨科護理應用中面臨的問題

在臨床應用中發(fā)現(xiàn)，雖然3D打印技術(shù)在骨科護理中取得一定的效果，但是仍然存在一些不足：(1) 3D打印制作一個模型需要一定的時間，而且需要專門人員操作，因此對于急診手術(shù)患者術(shù)前無法使用3D打印模型；(2)目前打印骨骼模型基本能滿足骨科臨床的需求，但是對于一些特殊病變或損傷，需要打印出骨骼病變部位及周圍組織、血管、神經(jīng)時，就會需要更長的時間，而高精度的材料成本較高；(3)如果開始在臨床各領域大范圍的應用，如何收費也是需要我們考慮的問題[30]。

6 前景與展望

3D打印因具有高精度、個體化突出等優(yōu)勢，滿足了骨科眾多患者差異化的需求，其臨床實踐的效果也越來越明顯。隨著3D打印設備價格的合理化，打印材料的日漸豐富，制作軟件的無縫對接，國家有關(guān)法規(guī)、標準的逐步完善，其應用前景不可估量。因此，筆者認為3D打印可以由臨床醫(yī)護人員向數(shù)字醫(yī)學3D中心提交打印申請，在患者進行影像學檢查后，數(shù)字醫(yī)學3D中心自動獲取影像學數(shù)據(jù)進行設計，在最短的時間內(nèi)打印出3D模型交付臨床使用，這樣節(jié)省了中間環(huán)節(jié)，縮短了不少等待的時間；另外，3D打印模型的收費項目列入影像學科的后期設計制作，可以對3D打印在臨床各領域大范圍的應用起到很好的推動作用。