第一章:选区激光熔融技术制备的复合孔隙多孔钛合金支架的力学性能及成骨能力评价目的:评价选区激光熔融(selective laser melting,SLM)技术制备的复合孔隙多孔钛合金(Ti6Al4V)支架的力学性能及成骨能力。方法:借助计算机辅助设计(computer assisted design,CAD)软件通过布尔并集运算将同一晶胞来源的两种不同规格的单一孔隙结构组合成为一种新型的复合孔隙结构。基于这种思路利用选区激光熔融技术制备四种不同的多孔钛合金支架,分别命名为A、B、C、D,其中A、B为均一孔隙组,C、D为复合孔隙组,选用传统锻造钛合金试样作为对照组。分别从力学性能、体外细胞相容性和体内骨整合能力、抗拔出力等方面进行评价。结果:与传统锻件相比,4组多孔钛合金支架的弹性模量更接近人体正常骨组织,且复合组的弹性模量高于均一组,差异具有统计学意义(P<0.05)。细胞相容性方面,随着时间的推移,间充质干细胞数量在每组多孔支架上均有增加,但每组多孔钛合金支架上的细胞数目在第5D时出现差异。在第10D时,D组复合孔隙支架上的细胞数量最多(P<0.05)。且该组在成骨分化实验的第14D也具有更高的ALP活性(P<0.05)。参照体外细胞试验的结果并最终选择B、D两组结构制成体内植入物植入兔股骨远端。体内植入实验表明,3个月时,B、D两组间骨体积分数相比较无统计学意义(P>0.05)。抗拔出力试验提示D优于B,且差异具有统计学意义(P<0.05)。结论:本研究表明,基于SLM制备的复合孔隙多孔钛合金支架的弹性模量适宜,具有令人满意的骨整合能力,为个性化植入物的制备提供了新的选择。第二章:基于磁共振数据重建三维模型的精确性评价及其临床应用第一节目的:本研究旨在探讨磁共振图像数据是否适合3D打印模型的重建。方法:借助CAD软件设计一款模型,该模型由三个相互垂直的中空圆柱体构成,利用增材制造技术制备四种不同的规格,并向其内部灌入稀释对比剂。针对同一模型分别进行CT及不同种类MRI序列扫描,获得相应的三维模型。选取的MRI序列分别为常规T1WI序列、常规T2WI序列、3D-Vibe各项同性序列、3D-Vibe各项异性序列、3D-Dess各项同性序列、3D-Dess各项异性序列、3D-Space各项同性序列、3D-Space各项异性序列。将利用CT数据重建的模型选为对照组,并将其与利用MRI重建的模型置于同一坐标系中,经过相互配准后计算两种模型间的匹配度并进行统计学分析。结果:与常规序列相比,3D序列更适于进行三维模型的重建,其匹配度间差异存在显著性意义(P<0.01)。3D各项同性序列与各项异性序列的匹配度进行对比时,可以发现,当模型体积较小时,两者匹配度间存在显著性差异(P<0.01),随着模型体积的增大,两者间匹配度的差异逐渐缩小。一致性检验提示3D磁共振各项同性序列所获模型与CT所获模型间有较好的一致性。结论:3D磁共振各项同性序列适宜进行三维模型的重建。第二节目的:我们将第一节筛选出的磁共振序列用于实际的模型重建过程中,并总结出利用CT、MRI数据进行复合建模并最终通过3D打印制备医学模型的一般流程。方法:利用VX2细胞构建载瘤兔模型,分别于术后2周及4周对病灶进行CT及MRI扫描。将CT所获得的股骨模型与MRI所获得的股骨模型进行配准并计算匹配度。配准完成后将CT所获股骨模型与MRI所获肿瘤模型进行布尔运算得到复合模型。结果:本节中通过对动物模型的重建证明第一节所得结论的正确性。基于3D各项同性磁共振序列图像数据所或模型较真实的反应了股骨的实际形态,与CT数据相结合后可以更加逼真的重建病灶的轮廓及细节。结论:通过实际建模操作,再次证明了利用MRI数据进行骨与关节模型精确重建的可能性。第三章:增材制造个性化人工椎体植入物用于胸腰椎肿瘤切除后的稳定性重建目的:通过一系列病例介绍原发性胸腰段肿瘤切除术后使用增材制造人工椎体植入物进行前柱重建的初步结果。方法:经过充分告知并签署知情同意书后,2018年1月至2019年3月共有8名患者自愿接受增材制造个性化人工椎体植入物植入手术。术后分别于3个月、6个月、9个月时进行随访并获取患者相应的影像学资料,与术前资料进行对比后得出相应的结论。结果:经过最长10个月的临床随访,在所有患者中均未出现植入物的下沉、移动及断裂,植入单节段增材制造个性化植入物平均用时(4.5±0.9)分钟,所需X线曝光次数为(3.5±0.7)次。多节段用时(7.5±0.5)分钟,所需X线曝光次数为(4.5±0.5)次。结论:增材制造人工椎体植入物满足脊柱重建的需求,是脊柱肿瘤切除后稳定性重建的新选择。