供稿|余冬梅，伍蘇華，趙軍剛，鮑樹森，黃海，李小康，郭征 /

骨腫瘤骨修復(fù)重建(BTBR，Bone tumor and bone reconstruction)創(chuàng)新團(tuán)隊在空軍軍醫(yī)大學(xué)第二附屬醫(yī)院(唐都醫(yī)院)骨科主任郭征教授的帶領(lǐng)下，聯(lián)合維度(西安)生物醫(yī)療科技有限公司和寧夏博迪生物科技有限公司等企業(yè)，聚焦骨科植入物臨床轉(zhuǎn)化研究，實現(xiàn)了3D打印從基礎(chǔ)研究到產(chǎn)品研發(fā)最后應(yīng)用于骨腫瘤精細(xì)化外科臨床醫(yī)療體系，并取得了系列創(chuàng)新成果。3D打印導(dǎo)板、導(dǎo)航、手術(shù)機(jī)器人等數(shù)字化技術(shù)有助于在手術(shù)中進(jìn)行精準(zhǔn)切除骨腫瘤，而量身定制的3D打印假體能夠完美契合骨缺損部位，在結(jié)構(gòu)與功能上實現(xiàn)了骨修復(fù)重建，恢復(fù)了肢體外觀完整與活動能力。

傳統(tǒng)CAD/CAM(CAD，Computer aided design，計算機(jī)輔助設(shè)計；CAM，Computer aided manufacturing，計算機(jī)輔助制造)鑄造與機(jī)械加工的定制化假體難以實現(xiàn)長期生物穩(wěn)定，且伴隨有并發(fā)癥(如假體界面骨吸收、假體松動與斷裂、傷口及深部感染)。這由于制備技術(shù)工藝存在缺陷：制備精度難以保證、界面成骨不理想、設(shè)計優(yōu)化難體現(xiàn)、復(fù)雜結(jié)構(gòu)難處理、內(nèi)部多孔難實現(xiàn)和個性定制周期長。

3D打印技術(shù)是一種數(shù)字化的快速成型技術(shù)，用粉末狀金屬或絲狀塑料(如聚乳酸或聚醚醚酮)等作為原材料，通過逐層打印的方式進(jìn)行制造[1]。相比于傳統(tǒng)定制化假體，3D打印定制化假體能夠滿足重建需求：解剖學(xué)形狀與復(fù)雜骨缺損形態(tài)匹配一致；根據(jù)需求個性化設(shè)計提高固定的有效性；界面多孔傳導(dǎo)骨長入提高長期生物穩(wěn)定；表面多孔化使軟組織貼附緊密減少死腔；假體高強(qiáng)度低模量減少應(yīng)力遮擋骨吸收，臨床需求與實現(xiàn)精準(zhǔn)重建完美結(jié)合。3D打印定制化假體重建技術(shù)是一個復(fù)雜的系統(tǒng)工程，體現(xiàn)醫(yī)工企的聯(lián)合智慧。根據(jù)臨床醫(yī)生對疾病類型的診斷結(jié)果，工程師進(jìn)行假體設(shè)計和制備，再應(yīng)用于臨床，該過程加強(qiáng)了醫(yī)工企交互，包括生產(chǎn)工藝、生物力學(xué)和影像功能方面的評價。傳統(tǒng)定制化假體的支撐結(jié)構(gòu)缺乏設(shè)計依據(jù)，容易失穩(wěn)，而3D打印可實現(xiàn)拓?fù)鋬?yōu)化創(chuàng)新設(shè)計，且拓?fù)鋬?yōu)化與有限元分析能完美結(jié)合，提供了輕壓、高穩(wěn)定性、高營養(yǎng)傳遞性結(jié)構(gòu)，臨床應(yīng)用也反饋了所設(shè)計材料“全生命周期”的強(qiáng)度校核。對3D打印定制化假體的結(jié)構(gòu)設(shè)計進(jìn)行評價，結(jié)合有限元力學(xué)分析，優(yōu)化設(shè)計以滿足骨體全局安全系數(shù)。這里用材料力學(xué)中構(gòu)件的安全系數(shù)(安全系數(shù)=極限應(yīng)力/許用應(yīng)力)來類比，以衡量3D打印定制化假體的結(jié)構(gòu)設(shè)計的安全性。多孔與實體相結(jié)合的梯度過渡結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計是為了增強(qiáng)假體輪廓，也更符合人體需求。3D打印技術(shù)又稱增材制造技術(shù)，在骨科、口腔科、頜面外科、整形外科、康復(fù)科、顱腦外科等醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛。以骨科為例，根據(jù)患者CT掃描數(shù)據(jù)進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化，通過3D打印等比例骨實體模型，輔助醫(yī)生進(jìn)行術(shù)前骨折模擬復(fù)位、選擇內(nèi)固定物、確定螺釘長度及置入角度，且能夠依據(jù)需求進(jìn)行個性化假體定制。3D打印技術(shù)的輔助骨修復(fù)可以減少術(shù)中對患者骨骼的處理，盡可能的保留患者原本的骨骼，同時簡化了手術(shù)過程，縮短了手術(shù)時間，降低了手術(shù)風(fēng)險。臨床醫(yī)用鈦合金因其生物相容性良好、比強(qiáng)度高和彈性模量低，常用作戰(zhàn)爭創(chuàng)傷、車禍及病變等造成硬組織(人體軀干中所有骨骼和牙齒)損傷后的替代、修復(fù)或矯形治療材料，為人肢體活動供了主要的承重功能。

骨骼是人或動物體內(nèi)或體表堅硬的組織，分內(nèi)骨骼和外骨骼。通常所說的骨骼是指內(nèi)骨骼[1]，如人和高等動物的骨骼在體內(nèi)，由許多塊骨頭組成，稱為內(nèi)骨骼；軟體動物體外的硬殼以及某些脊椎動物(如魚、龜?shù)?體表的鱗、甲等稱為外骨骼。骨骼是組成脊椎動物內(nèi)骨骼的堅硬器官，功能是運動、支持和保護(hù)身體，若沒有骨骼，人無法站立和行走。人體各部位的骨骼通過關(guān)節(jié)、肌肉、韌帶等組織連成一個整體，對身體起著支撐作用。人體的骨骼如同一個框架，保護(hù)著人體內(nèi)的重要臟器，使其盡可能避免外力的“干擾”和損傷。骨骼與肌肉、肌腱、韌帶等組織協(xié)同，共同完成人的運動功能，骨骼提供運動必需的支撐，肌肉、肌腱提供運動的動力，韌帶的作用是保持骨骼的穩(wěn)定性，使運動得以連續(xù)的進(jìn)行。據(jù)統(tǒng)計人體共有206塊骨骼，分為顱骨、軀干骨和四肢骨(即上肢骨和下肢骨)三大部分，其中顱骨29塊，軀干骨51塊，四肢骨126塊。因兒童的骶骨有5塊，長大成人后合為1塊；尾骨有4～5塊，長大后也合成了1塊；2塊髂骨、2塊坐骨和2塊恥骨到成人合并成為2塊髖骨，因此兒童和嬰兒的骨頭要比成人多11～12塊，成人有217～218塊骨頭，而初生嬰兒的骨頭多達(dá)305塊[1]。BTBR創(chuàng)新團(tuán)隊3D打印的定制化骨科金屬假體種類繁多，為了更明晰闡述3D打印假體在人體內(nèi)的具體應(yīng)用部位，特提供人體骨骼圖(圖1)輔助說明。按照人體形態(tài)特征，本文將依次介紹BTBR創(chuàng)新團(tuán)隊3D打印的上肢骨、軀干骨和下肢骨。

圖1 人體骨骼前視圖(a)和后視圖(b)

上肢骨

上肢是人體的重要組成部分，包括肩、臂、肘、腕和手，是人體最為活躍的運動部位，參與各種日常肢體活動，使用頻率非常高，如拿和放等動作。上肢骨分為上肢帶骨和自由上肢骨兩部分。上肢帶骨包括鎖骨和肩胛骨，自由上肢骨包括上臂骨、前臂骨和手骨三部分。上臂骨即肱骨，前臂骨包括尺骨和橈骨，手骨包括腕骨、掌骨和指骨三部分。人體上肢骨示意圖如圖2所示。

圖2 人體上肢骨示意圖

人體骨骼按照骨形狀可分為長骨(如肱骨和股骨，長寬比非常大)、短骨(如腕骨，長寬比非常小，近似立方形)、扁平骨(如肩胛骨，呈板狀)、不規(guī)則骨(如脊柱骨)和圓骨(又稱籽骨，如髕骨，尺寸很小，位于關(guān)節(jié)內(nèi)層)。長骨呈長管狀，也稱為管狀骨。長骨主要存在于四肢中，上肢骨如肱骨，以及下肢骨如股骨均屬于長骨。

鎖骨

鎖骨又稱“美人骨”，為S狀彎曲的細(xì)長骨，位于胸廓的前上方，橫于頸部和胸部的交界處，全長于皮下均可觸摸。鎖骨是爬行動物、鳥類和哺乳類動物肩胛帶三骨(包括鎖骨、喙?fàn)罟呛图珉喂?之一，維持肩關(guān)節(jié)在正常位置，增加上肢的活動范圍和勞動能力[2]。因骨腫瘤切除了一側(cè)鎖骨后，3D打印鈦合金假體精準(zhǔn)填充了骨缺失部位，保證了鎖骨結(jié)構(gòu)的完整性和對稱性，同時也為鄰近骨骼提供了支撐和承載作用，恢復(fù)了肢體活動功能(圖3)。

圖3 3D打印鈦合金鎖骨假體(a)正面和(b)背面及其(c)與骨骼模型的適配圖(骨骼模型為聚乳酸材質(zhì))

肩胛骨

肩胛骨又稱胛骨、琵琶骨。肩胛骨位于胸廓的后面，背部的外上方，在體表可觸及，是倒置的三角形扁骨，介于第2～7肋之間。肩胛骨、鎖骨和肱骨構(gòu)成肩關(guān)節(jié)。肩胛骨的運動可分為上提、下抑、外旋、內(nèi)旋、外展和內(nèi)收等6種運動[2]。3D打印肩胛骨成功替代了病變骨，幫助患者恢復(fù)了肩胛骨的運動自由度，使患者的生活質(zhì)量得到顯著改善(圖4)。

圖4 3D打印鈦合金肩胛骨假體正面(a)、側(cè)面(b)和反面(c)與骨骼模型適配(d)(骨骼模型為聚乳酸材質(zhì))

肱骨

肱骨位于上臂，又稱上臂骨。上端有半球形的肱骨頭與肩胛骨的關(guān)節(jié)盂組成肩關(guān)節(jié)；下端與尺、橈骨的上端構(gòu)成肘關(guān)節(jié)。肱骨是典型的長骨，可分為一體二端[2]。因骨腫瘤切除部分或全部肱骨后，3D打印的肱骨頭、部分肱骨修復(fù)段，甚至整個肱骨成功替補(bǔ)了缺失骨頭，幫助患者恢復(fù)了肢體結(jié)構(gòu)與活動功能(圖5)。

圖5 (a)3D打印鈦合金肱骨頭與骨骼模型和(b)適配圖、(c)骨骼缺損模型和肱骨修復(fù)段正面和(d)反面及(e)全長肱骨正面和(f)反面(肱骨模型為聚乳酸材質(zhì))

橈骨

橈骨為前臂雙骨之一，位于前臂外側(cè)，大拇指的一側(cè)，是人和脊椎動物(四足)的前臂長骨之一。某些動物(如蛙、蟾蜍)的橈骨與尺骨愈合成橈尺骨。橈骨分為一體和兩端。橈骨上端稍膨大，形成扁圓形的橈骨頭，橈骨頭上面有凹陷的橈骨頭凹，與肱骨小頭構(gòu)成肘關(guān)節(jié)。橈骨頭周緣有環(huán)狀關(guān)節(jié)面，與尺骨的橈切跡相關(guān)節(jié)。橈骨頭下方光滑縮細(xì)為橈骨頸，頸的內(nèi)下方有一較大的粗糙隆起稱橈骨粗隆，是肱二頭肌的抵止處。橈骨體呈三棱柱形，其內(nèi)側(cè)緣銳利，稱為骨間嵴，與尺骨的骨間嵴相對；外側(cè)面中點的粗糙面為旋前圓肌粗隆。橈骨下端特別膨大，前凹后凸，近似立方形，其遠(yuǎn)側(cè)面光滑凹陷，為腕關(guān)節(jié)面，與近側(cè)腕骨相關(guān)節(jié)；內(nèi)側(cè)面有尺骨切跡，與尺骨頭相關(guān)節(jié)；外側(cè)面向下突出，稱橈骨莖突，它比尺骨莖突約低1～1.5 cm[2]。3D打印鈦合金橈骨頭完全契合地安裝到橈骨上端，與尺骨上端及肱骨下端共同組成了肘關(guān)節(jié)，使患者上肢恢復(fù)了活動能力(圖6)。

圖6 (a)3D打印橈骨頭(鈦合金材質(zhì))和(b)導(dǎo)板、橈骨模型(聚乳酸材質(zhì))兩者適配

掌骨

掌骨共5塊，為小型長骨，由橈側(cè)向尺側(cè)依次為第1～5掌骨。掌骨分為一體兩端，近側(cè)端稱為底，與遠(yuǎn)側(cè)列腕骨相關(guān)節(jié)，其中第1掌骨底關(guān)節(jié)面呈鞍狀，與大多角骨相關(guān)節(jié)；掌骨體呈棱柱形，稍向背側(cè)彎曲；掌骨遠(yuǎn)側(cè)端為掌骨小頭，呈球形，與指骨相關(guān)節(jié)[2]。因意外損傷掌骨碎裂后，采用3D打印鈦合金假體完全匹配了缺損部位，恢復(fù)了手部結(jié)構(gòu)與正常功能，為患者重拾信心，改善了其生活質(zhì)量(圖7)。

圖7 3D打印鈦合金掌骨假體(a)正面和(b)反面

軀干骨

人體軀干骨由椎骨、肋骨和胸骨組成，見圖8。椎骨構(gòu)成人體的中軸，包括7塊頸椎、12塊胸椎、5塊腰椎、1塊骶骨(由5塊骶骨融合而成)和1塊尾骨(由3或4塊尾椎融合而成)。肋骨和肋軟骨連接成肋，共12對。胸骨是扁骨，形似短劍，自上而下由胸骨柄、胸骨體和劍突三部分組成。胸骨柄上緣中部微凹，稱頸靜脈切跡，其兩側(cè)有鎖骨切跡；胸骨柄下緣與胸骨體連接處微向前突，稱胸骨角。胸骨體扁而長，而劍突形狀多變，位居左右肋弓之間[2]。

圖8 頸腰椎骨骼圖

椎體(尤其脊椎)手術(shù)非常考驗醫(yī)生的醫(yī)術(shù)，若施術(shù)不當(dāng)就會引起神經(jīng)元損壞和血管感染等問題。3D打印技術(shù)能很好地重建病患或缺損部位的模型，有助于提升手術(shù)的精準(zhǔn)度和效率。為防止椎體轉(zhuǎn)移瘤患者術(shù)中出血多，需術(shù)前對腫瘤節(jié)段做動脈栓塞以降低出血量；術(shù)中切除腫瘤時需保護(hù)椎體前的大血管和椎體后的脊髓。椎體形態(tài)不規(guī)則，接觸面角度變化大，而3D打印技術(shù)的個體化定制能夠滿足人工椎體的形態(tài)復(fù)雜性，有效保證了椎體穩(wěn)定性。術(shù)后恢復(fù)效果良好，保證了正常的肢體活動能力。3D打印椎體的微孔結(jié)構(gòu)有利于鄰近骨細(xì)胞長入其中，實現(xiàn)骨與金屬界面的生物融合，同時也保證了椎體的整體力學(xué)性能。

頸椎

頸椎指頸椎骨，位于頭以下、胸椎以上的部位。頸椎由7塊頸椎骨組成，除第1、2頸椎外，其他頸椎之間都夾有一個椎間盤，加上第7頸椎和第1胸椎之間的椎間盤，頸椎共有6個椎間盤。除第1、2頸椎結(jié)構(gòu)特殊外，其余頸椎與胸、腰段椎骨大致相似，均由椎體、椎弓、突起(包括橫突、上下關(guān)節(jié)突和棘突三部分)等基本結(jié)構(gòu)組成。椎體在前、椎弓在后，兩者環(huán)繞共同形成椎孔，所有椎孔相連就構(gòu)成了椎管，脊髓容納其中。頸椎是脊柱椎骨中體積最小，但靈活性最大、活動頻率最高、負(fù)重較大的節(jié)段[2]。3D打印鈦合金頸椎假體將脫落頸椎穩(wěn)固連接在一起，保證了頸椎的完整性和一體性(圖9)。

圖9 (a)3D打印頸椎假體(鈦合金材質(zhì))及其(b)植入頸椎模型(聚乳酸材質(zhì))中的適配

胸椎

人的胸椎在胸腔后，分12塊，形成脊椎中間部分，具有承受重力、緩解沖力、支持脊神經(jīng)及血管等作用[2]。3D打印的胸椎骨腫瘤部位模型顯示，巨大骨腫瘤將胸椎緊緊包裹，若不及時切除腫瘤，患者將面臨更大區(qū)域癱瘓風(fēng)險。個體化定制的3D打印胸椎假體完美契合了缺損部位，重建了胸椎的結(jié)構(gòu)完整性和穩(wěn)定性，保證了其承載能力(圖10)。

圖10 (a) 3D打印骨腫瘤部位的胸椎模型(聚乳酸材質(zhì)，紅色為骨腫瘤、藍(lán)色為血管、白色為胸椎模型)、3D打印鈦合金胸椎假體(b)正面和(c)反面及其(d)在胸椎模型中的適配

腰椎

腰椎椎體粗壯，橫斷面呈腎形，椎孔呈三角形；上、下關(guān)節(jié)突粗大，關(guān)節(jié)面呈矢狀位；上關(guān)節(jié)突的后緣有一卵圓形的隆起，稱乳突；棘突寬而短，呈板狀，水平伸向后方[2]。腰椎椎體側(cè)前方有強(qiáng)大的腰部肌群等軟組織附著，骨腫瘤切除術(shù)面臨剝離困難；腰椎椎體前方有主動脈等重要血管臟器，術(shù)中需仔細(xì)保護(hù)；腰椎活動度大，重建穩(wěn)定性要求高，傳統(tǒng)鈦網(wǎng)置入跨度長，長期易出現(xiàn)松動、塌陷等并發(fā)癥，且與缺損部位匹配度低。3D打印的定制化優(yōu)勢，能夠滿足個體化腰椎假體的各種需求，骨腫瘤切除術(shù)后3D打印假體能夠高適配地填充骨缺損部位，實現(xiàn)有效骨修復(fù)重建。3D打印的改進(jìn)款L4腰椎，在保證其承重能力的情況下，在初始款基礎(chǔ)上通過優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計，有效減小了體積，在減少負(fù)重的同時還能方便術(shù)中安裝操作。

骨盆

圖11 3D打印腰椎假體(鈦合金材質(zhì))：(a) L4腰椎初始款；(b)L4腰椎改進(jìn)款；(c) L5腰椎正面；(d)L5腰椎背面；(e～f)假體植入部位腰椎模型(聚乳酸材質(zhì))中的適配

骨盆由左右兩側(cè)的髖骨、后方的骶骨和尾骨以及其間的骨連結(jié)圍成(圖12)。髖骨是由髂骨、坐骨及恥骨聯(lián)合組成的不規(guī)則骨骼，如圖1所示。骨盆的關(guān)節(jié)包括恥骨聯(lián)合、骶骨關(guān)節(jié)和骶尾關(guān)節(jié)。 骶骨岬、髂骨弓狀線、恥骨梳、恥骨結(jié)節(jié)、恥骨嵴和恥骨聯(lián)合上緣共同連成一環(huán)狀的界線，又稱骨盆上口。它將骨盆分為前上方的大骨盆和后下方的小骨盆。大骨盆又稱假骨盆，小骨盆又稱真骨盆。骨盆的前壁為恥骨、恥骨支和恥骨聯(lián)合，后壁為凹陷的骶骨、尾骨的前面，兩側(cè)壁為髂骨、坐骨、骶結(jié)節(jié)韌帶和骶棘韌帶。后兩條韌帶與坐骨大、小切跡圍成坐骨大、小孔。骨盆的前外側(cè)有閉孔，其周緣附著一層結(jié)締組織膜，僅前上方留有一管狀裂隙，稱閉膜管。骨盆有明顯的性別差異。女性骨盆寬而短，上口近似圓形，下口較寬大；而男性骨盆窄而長，傷口為心形，下口窄小[2]。

圖12 骨盆骨骼圖

3D打印技術(shù)可在術(shù)前等比例打印骨缺損部位與鄰近組織復(fù)雜的解剖關(guān)系，有助于醫(yī)生術(shù)前進(jìn)行手術(shù)模擬，快速確定髖臼旋轉(zhuǎn)中心的定位和關(guān)鍵操作等手術(shù)方案，實現(xiàn)精準(zhǔn)診斷治療，減少術(shù)中組織和神經(jīng)血管損傷。因骨腫瘤切除了半側(cè)髂骨后，量身定制的3D打印髂骨和半盆骨非常契合地填充了缺損部位，重建了骨盆結(jié)構(gòu)完整性和穩(wěn)定性，恢復(fù)了骨盆支撐功能(圖13和圖14)。

圖13 3D打印鈦合金髂骨假體：(a)正面和(b)側(cè)面及固定鈦釘；在骨盆模型中的適配(c)正面和(d)背面；(e)初始款及(f)改進(jìn)款(聚乳酸材質(zhì))

圖14 個體化3D打印鈦合金半骨盆重建假體(前后視圖)

近年來髖關(guān)節(jié)置換術(shù)尤為常見，面對髖關(guān)節(jié)巨大的市場需求，3D打印的個性化定制鈦合金髖關(guān)節(jié)假體(圖15)發(fā)揮了極大潛力，縮短了手術(shù)時間，減少了患者痛苦和術(shù)后風(fēng)險，且術(shù)后康復(fù)效果良好。

圖15 3D打印髖臼假體(不同角度視圖)及其固定鈦釘

下肢骨

下肢是人體中非常重要的部分，是人類實現(xiàn)直立行走功能的重要保障，在人類進(jìn)化史中起著不容忽視的作用。下肢是指人體腹部以下部分，包括臀部、股部、膝部、脛部和足部。股部分前、內(nèi)和后區(qū)，膝部分為前、后區(qū)，小腿部分前、外和后區(qū)；足部分踝、足背、足底和趾。下肢骨分為下肢帶骨和自由下肢骨兩部分。下肢帶骨即髖骨，自由下肢骨包括大腿骨、小腿骨、髕骨和足骨。大腿骨即股骨，小腿骨包括脛骨和腓骨，足骨包括跗骨、跖骨和趾骨，髕骨位于膝關(guān)節(jié)前方參與組成膝關(guān)節(jié)的籽骨。

股骨

股骨是人體中最大的長管狀骨，可分為一體兩端。股骨上端朝向內(nèi)上方，其末端膨大呈球形，稱股骨頭，與髖臼一起構(gòu)成髖關(guān)節(jié)。股骨頭的中央稍下方，有一小凹，稱股骨頭凹，為股骨頭韌帶的附著處；股骨頭的外下方較細(xì)部分稱股骨頸。股骨頸與體的夾角稱頸干角，男性平均132°，女性平均127°。股骨的頸體交界處外側(cè)，有一向上的隆起，稱大轉(zhuǎn)子；其內(nèi)下方較小的隆起稱小轉(zhuǎn)子。大轉(zhuǎn)子的內(nèi)側(cè)面有一凹陷稱為轉(zhuǎn)子窩(或稱梨狀窩)。大、小轉(zhuǎn)子間，前有轉(zhuǎn)子間線，后有轉(zhuǎn)子間嵴相連；兩者之間稱股骨粗隆間，是骨折多發(fā)處。股骨結(jié)構(gòu)如圖16。股骨是人體最長、最結(jié)實的長骨，其長度約占人體身高的1/4。因骨腫瘤侵襲，在切除了大段股骨后，3D打印鈦合金股骨假體完美連接并固定了非病變區(qū)股骨，恢復(fù)了股骨的完整結(jié)構(gòu)，并提供了足夠的承載能力，以保證人正常的肢體活動，如圖17所示。

圖16 股骨結(jié)構(gòu)示意圖

圖17 3D打印鈦合金股骨及其重建部位示意圖

股骨頭支撐棒

股骨頭因病變其承載能力顯著下降，嚴(yán)重影響了患者生活。在股骨頭結(jié)構(gòu)外形保持完整的情況下，為恢復(fù)其應(yīng)有的承載能力，BTBR創(chuàng)新團(tuán)隊通過3D打印技術(shù)定制了適宜形狀特征和力學(xué)性能的股骨頭支撐棒，加強(qiáng)了患者股骨頭的承載力，恢復(fù)了股骨頭的正常功能(圖18)。

圖18 3D打印鈦合金股骨頭支撐棒：(a)端部的光滑設(shè)計；(b)螺紋設(shè)計；(c)三維重建模擬示意圖；(d)術(shù)后CT圖

脛骨

從解剖學(xué)角度來看，脛骨位于小腿的內(nèi)側(cè)，作為小腿骨(脛骨與腓骨共同構(gòu)成小腿骨)中的主要承重骨支持人體體重。脛骨結(jié)構(gòu)可分為一體和兩端。脛骨上端膨大，形成內(nèi)側(cè)髁和外側(cè)髁，與股骨下端的內(nèi)、外側(cè)髁以及髕骨共同構(gòu)成膝關(guān)節(jié)。脛骨兩髁之間的骨面隆凸叫做髁間隆起，隆起前后各有一凹陷的粗糙面，分別叫做髁間前窩和髁間后窩。脛骨的上端前面有一粗糙的隆起，叫做脛骨粗隆。脛骨外側(cè)髁的后下面有一關(guān)節(jié)面，接腓骨小頭，叫做腓關(guān)節(jié)面。脛骨的體前緣特別銳利叫做嵴，從皮膚表面可以觸摸到；外側(cè)緣為小腿骨間膜所附著，稱骨間嵴；內(nèi)側(cè)面表面無肌肉覆蓋，在皮下可觸及。脛骨下端膨大，下面有與距骨相接的關(guān)節(jié)面，內(nèi)側(cè)有伸向下的骨突，稱內(nèi)踝；外側(cè)有與腓骨相接的三角形凹隱，稱腓骨切跡。量身定制的3D打印脛骨有效適配且修復(fù)重建了腫瘤切除后的骨缺損部位，為患者保肢發(fā)揮了舉足輕重的作用，同時也能支持小腿上所承受的人體重量，幫助患者恢復(fù)了下肢肢體運動的生活功能(圖19)。3D打印的個體化優(yōu)勢在臨床輔助治療中發(fā)揮得淋漓盡致，它能夠幫助醫(yī)生進(jìn)行精細(xì)的術(shù)前規(guī)劃和便捷的術(shù)中操作，提高了手術(shù)效率，實現(xiàn)精準(zhǔn)治療有利于減小創(chuàng)傷。

圖19 個體化3D打印鈦合金材質(zhì)脛骨假體：(a)三維重建示意圖；(b)在脛骨模型(聚乳酸材質(zhì))上的適配；(c)脛骨鞘假體三維重建適配示意圖；(d)組配式脛骨假體

跟骨

跟骨為七塊跗骨中最大的一塊，位于足后下部，構(gòu)成踵(腳后跟)。作為足部的主要骨頭之一，跟骨在人的正常功能活動中發(fā)揮著舉足輕重的作用。為直觀展示跟骨的具體部位，足部骨骼圖如圖20所示。跟骨形態(tài)不規(guī)則，有六面和四個關(guān)節(jié)面，其上方有三個關(guān)節(jié)面，即前距、中距、后距關(guān)節(jié)面。三者分別與距骨的前跟、中跟、后跟關(guān)節(jié)面相關(guān)節(jié)組成距下關(guān)節(jié)。3D打印跟骨精準(zhǔn)替換了患骨腫瘤的跟骨，實現(xiàn)了與周圍骨組織完美的匹配度，重建了足部結(jié)構(gòu)和功能(圖21)。

圖20 足部骨骼圖

圖21 (a)3D打印跟骨(鈦合金材質(zhì))和(b)植入的足部模型(聚乳酸材質(zhì))

結(jié)束語

3D打印技術(shù)一方面可打印患者病患部位的模型，助力醫(yī)生直觀了解病灶區(qū)及周圍組織的結(jié)構(gòu)，進(jìn)行術(shù)前方案規(guī)劃，模擬手術(shù)操作；另一方面可打印因戰(zhàn)爭創(chuàng)傷、意外損傷或骨腫瘤所致的骨缺損植入體。高匹配度的3D打印假體與周圍組織能夠緊密貼合，降低了術(shù)后感染風(fēng)險，提高了愈合效率。3D打印在臨床中的具體應(yīng)用發(fā)揮了其個體化定制的顯著優(yōu)勢，創(chuàng)造了很多國際及國內(nèi)先例的手術(shù)記錄，開拓了精準(zhǔn)數(shù)字化和智能化醫(yī)療的新時代。