大連醫(yī)科大學附屬第一醫(yī)院 （遼寧 大連 116011）

內容提要： 隨著我國科學技術與科學技術的全面發(fā)展，3D打印技術逐漸成熟并廣泛應用于臨床。目前該項技術主要用于建筑領域、汽車領域、醫(yī)療領域、航空領域等。醫(yī)療領域中3D打印技術主要用于實體模型的制作，已經(jīng)廣泛應用于骨科臨床治療方面，且得到許多臨床工作的認可。文章綜述3D打印技術對解剖學教育、術前溝通、臨床治療等諸多領域的應用情況，同時闡述了該項技術在不同組織工程領域的進展，分析其優(yōu)點與不足之處，展望該項技術的應用前景。

隨著3D打印技術在醫(yī)療領域的廣泛應用，針對該項技術的相關研究也逐漸增多。通過該項技術所制作出的實體關節(jié)模型在骨科疾病的臨床治療中具有重要意義，同時該項技術對于骨科關節(jié)解剖學教育與術前溝通也具有積極作用，因此需通過深入研究以推動該項技術普及，以進一步促進醫(yī)學骨科領域發(fā)展。

1.3D打印技術定義與成型類型

3D打印技術本質上屬于一種增材制作技術與快速成型技術，其將分層打印技術與3D數(shù)字技術的方式充分結合后，以分層為基礎適當添加不同類型的可黏合材料制作成3D實體模型。目前應用廣泛的3D打印技術主要分為噴墨打印、立體光刻成型、熔融沉積成型、選擇性激光燒結技術等。

1.1 立體光刻成型技術

作為目前研究較多且較為深入的一種3D打印技術類型，其主要工作原理為：在計算機輔助下通過紫外激光束掃描光固化樹脂液面形成三維產(chǎn)品。這項技術所采用的加工材料為液態(tài)光敏樹脂，通過紫外激光對材料進行固化處理，最終形成固體樹脂。立體光刻成型技術優(yōu)點在于表面質量比較好，而且具有較高尺度精度，但也存在一定局限性，包括光敏樹脂打印時異常變化（皺縮或者膨脹）與生物降解性不足[1,2]。

1.2 選擇性激光燒結技術

該項技術主要通過激光束所特有的高溫使粉末類采集熔融、冷卻及固化處理。通過計算機的輔助能夠對激光束軌跡進行控制，使其按照提前設置的能量密度與速度進行掃描，通過固化處理已形成3D模型實體[3]。該項技術優(yōu)點在于對于支撐結構無明顯需求，且材料使用率較高，不足之處則在于通過該項技術制作的產(chǎn)品表面精細度不高，在熔融過程中會產(chǎn)生異味。

1.3 熔融沉積成型技術

該項技術與立體光刻成型技術具有一定相似性，其主要原料為絲狀熱熔性材料，但在實際操作中需先將材料加熱至半流體狀態(tài)后方可繼續(xù)打印。處于熔融狀態(tài)的材料在計算機輔助下可于3D模型層面的噴頭噴出，待冷卻后可達到凝固狀態(tài)，在多次重復上述操作后即可制作3D模型。該項技術優(yōu)點在于能夠制作較為復雜的材料或者產(chǎn)品，且具備較高精確度，同時操作相對簡單，不足之處在于制作過程中會導致溫度過高，可能存在一定安全隱患。

1.4 噴墨打印技術

該項技術又可被稱為3D生物打印技術，其重點在于“生物墨汁”的選擇，通常情況下以活細胞或者生物材料為主，實際操作中主要通過3D數(shù)字技術將三維模型進行構建，使打印機能夠根據(jù)所疊加的圖層文件打印出具有完整性的3D實體模型，通過人工培育后生成具有生物活性特點的組織。該項技術優(yōu)點在于分辨率較高，可充分利用支架材料與細胞制備成組織模型，兼容性較好，但目前對于活細胞來源與生存能力的研究不夠深入，導致實際應用過程中可能存在一定問題。

2.3D打印技術于骨科關節(jié)中的實際應用

2.1 骨科關節(jié)解剖學教育

社會各界對于解剖學教育仍然存在一定爭議性，其主要爭議點為人文問題與道德問題，即圍繞人類尸體所進行的解剖學知識教育；此外，該項教育仍然面臨尸體不足的情況，當學生長期處于福爾馬林環(huán)境中可能會對其健康狀況造成影響。針對上述問題，部分學者提出3D打印技術并迅速得到廣泛認可，通過該項技術可制作出解剖學教育所需的人類尸體樣品，由于制作品本身的高分辨率，能夠在很大程度上還原各種人體器官解剖結構。相較于傳統(tǒng)教育而言，3D打印技術具有明顯優(yōu)勢，通過更加符合倫理的3D打印解剖模型進行教育，不僅能夠達到解剖學知識教育的目的，還可使醫(yī)學資源得到優(yōu)化，有助于廣大醫(yī)學生骨科關節(jié)知識方面的學習[5]。

2.2 骨科關節(jié)醫(yī)生與患者術前溝通

對于骨科術前溝通而言，3D打印所特有的定制型能夠使術前溝通更加順暢，有助于醫(yī)患關系的和諧。以關節(jié)置換為例子，通過3D打印技術能夠制作出與患者向匹配的關節(jié)支架假體，可有效避免不同型號的選擇工作。對于患者而言，通過所打印出的3D模型能夠更加直觀理解臨床治療，實現(xiàn)和醫(yī)生有效溝通，進而減少醫(yī)患糾紛的發(fā)生。

2.3 骨科關節(jié)授權臨床治療方案

對于骨科手術而言，3D打印技術具有重要意義，不僅能夠使術中植入物更加個體化與精確化，還可有效縮短手術操作時間，使術中出血量減少，進一步提高整體安全性。根據(jù)相關研究顯示，在術前可通過三維重建技術構建出相應的定位模板，在術中可精確定位假體植入方向，能夠在很大程度上確保假體植入的正確性[6]。此外，骨科醫(yī)師普遍認同關節(jié)模型預演，可通過術前演練3D打印關節(jié)模型的方式降低術中關節(jié)受損程度，不僅能夠降低感染及各種并發(fā)癥發(fā)生率，還可有效提高患者滿意度。

3.3D打印技術在骨科關節(jié)領域中的應用

通過3D打印技術能夠使組織工程支架材料得到有效復合，使其生物活性得到維持，有助于骨關節(jié)受損的臨床修復再生，可在很大的程度上降低感染及疼痛等術后不良反應。在部分骨關節(jié)損傷治療中，假體置換為最終治療方案，但在實際操作中較為復雜關節(jié)置換容易導致術后效果不佳，同時容易引發(fā)假體失用、假體松動、假體脫落等多種問題，因此對于該方面問題的研究已經(jīng)得到廣泛關注。在許志慶等[7]的研究中顯示，對于雙膝骨關節(jié)炎治療過程中通過3D關節(jié)模型的應用，再以CAD三維模型對手術過程進行設計與模擬，通過所制作的個性化導引模板與假體確保手術精確性，經(jīng)術后影像學檢查顯示效果明顯，無假體松動或脫落情況。結果顯示，3D關節(jié)假體在骨科關節(jié)手術中的應用，有助于患肢解剖復位率提高，使功能恢復時間有效縮短。另外，根據(jù)相關研究顯示，3D打印技術對于骨關節(jié)軟骨修復也具有明顯作用，3D打印技術在骨科關節(jié)疾病治療中的應用前景大有可期。

4.小結

作為一種新型技術，3D打印技術在醫(yī)學領域的實際應用中效果明顯，尤其在骨科關節(jié)臨床實踐過程中可有效解決醫(yī)學領域中諸多問題，對于解剖學教育、醫(yī)患溝通、臨床治療方案、關節(jié)置換效果等均具有顯著效果，足以說明該項技術對于醫(yī)學發(fā)展具有促進作用。雖然目前3D打印技術仍然存在一定問題，例如倫理道德方面、打印機本身的局限性、打印過程無菌性等，但該項技術仍然屬于未來組織工程技術重點研究方向[8]。隨著3D打印技術在骨科關節(jié)領域中的廣泛應用，應當對該方面進行深入研究，使該項技術能夠真正惠及民眾。