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【中图分类号】R319【文献标识码】A【文章编号】1632-5281（2015）1
摘要： 3D 技术如今已涉及到多个领域，科研人员通过各种高科技手段以客观世界中的三维实体为原型，经过虚拟的高精度重建、自由编辑、高清展示步骤，即经过3D 扫描、3D设计、3D显示过程，最终经过3D打印复制出同样形态结构的客观实体。3D 打印技术很明显处在制造技术的前沿，已被逐渐应用于医疗、军工、航天等多个领域。本文通过查阅相关文献资料，探讨3D打印技术在骨科临床的应用现状。
关键词：3D打印技术；骨科临床；应用现状
3D打印是一种快速成型技术，这种技术运用粉末状塑料、金属等可粘合材料，将数字模型文件逐层打印成客观世界的实物 [1]。3D打印这一神奇的过程一般是数字技术材料打印机完成的。3D打印机实际上是最新快速成型装置，它利用纸层叠、光固化等技术来完成打印过程。3D打印机与电脑连接后，在电脑软件的控制下，将液体或粉末形态的材料逐层叠加在一起，以数字模型文件为原型构造实物。这种将数字模型文件快速转化成客观实体的技术被称为3D打印技术。本文汇集了国内外的相关资料，试图将3D打印技术在骨科的临床应用现状介绍给大家。
3D打印技术在骨科临床的应用随着3D技术在医学领域应用的不断改进与成熟，这项技术同样被逐渐应用于骨科临床，解决了许多骨科疑难问题，使骨科相关临床技术的提高显著。个体化、精确化是骨科的一个重要方向，3D技术术作为数字化技术的集中体现，是实现各种骨科手术个体化、精确化的有效手段。3D打印技术目前在骨科临床的应用主要表现在以下几个方面：
1.制造骨科模型 骨科经常遇到复杂的病例，如寰枢椎脱位病人，CT显示椎动脉高跨，这种情况下，需要了解能否采取椎弓根螺钉固定及进钉的方向与深度如何掌握。3D打印技术可以制造人体的实体模型，医生通过分析模型，可以更精确地确定手术方案，或依靠进行手术模拟。这就有效降低了手术风险，提高手术的成功率。3D打印技术能使计算机屏幕上的数字化模型在数小时内成为医生可以拿在手上作任意角度观察的实体模型，这有助于临床医师对复杂的三维解剖结构做出最真实、准确的评估。借助准确的个体模型，合理的术前规划成为可能，个体化的导板工具成为现实。
2.3D打印个性化骨内植物的应用 传统的骨缺损的治疗措施是植入通用型骨内置物或骨移植。但是这两种方法很多缺陷：通用型骨内植物不能精确匹配患者自体骨外形，无形中会增加手术过程中的调整和加工难度，延长手术时间，即使勉强完成手术，也会存在外形不美观、与自体骨连接不稳定、功能性较差等一系列问题；骨移植则不能较好塑形，不能完全矫正畸形，往往容易带来一些并发症。以上两种传统修复骨缺损的方法都不能完全达到患者满意的治疗效果。通过为患者定制个性化的骨内植物可以解决这些问题 [2-3]。3D打印技术被应用于个性化牵引成骨、个性化人工膝关节修复、个性化颅颌面骨修复等个性化内植物的制造[4]，从而解决了各种原因导致的骨缺损问题。另外，3D打印技术还被应用于研发人工活性肌腱韧带。3D 打印技术在制造个性化的复杂的骨内植物方面具有极大优势，存在很大发展空间。
3. 3D打印骨科医疗器械的应用 目前骨科临床手术所应用的内固定接骨板大部分是医疗器械厂运用传统骨科器械制造方法所制造的通用型接骨板，不同患者的骨骼形态有差异，不同患者的骨折类型也有很大不同，传统制造技术所制造的接骨板不能适应这些个体差异。在手术中一般会出现塑性形差、匹配度差等问题，从而增加了手术塑形的难度，并且增加了手术时间。术后由于植入接骨板不能较好匹配患者自体骨结构，因此生物力学功能差，会带来骨折端对合不良，骨折延迟愈合或不愈合，甚至可引起骨折的畸形愈合，由于自体骨与植入接骨板契合度低，可能会由于应力集中而导致接骨板的疲劳断裂，这都是传统接骨板的不足[5]。3D打印技术个性化快速成型制造骨科器械的方式相比传统工业批量化生产通用医疗器械的模式，更为适应骨科医疗器械精确化、复杂化、个性化的高要求。目前，3D 打印技术在批量化的骨科植入物打印和手术器械打印的应用渐趋成熟，已出现3D打印的骨科个性化的定制器械 [6]。3D 打印目前越来越多地被应用于制备个性化假肢、种植牙、助听器、个性化颅颌面假体、生物模型。
3D打印技术作为一种新型技术，具有许多优势，特别是在骨科临床中的应用初步显现出这种技术相对传统技术的革命性，但是3D打印技术在骨科临床的应用目前面临诸多问题与挑战，如：研发及生产成本过高、"打印原材料"研发难度大、制造精度不理想、配套软件集成度不高、打印器官功能性低、法律限制、伦理道德讨论等，由于技术的不完全成熟及相关法律及相关规定的缺失，使得3D打印机术在骨科临床中的应用仍然是小范围开展，相信在不久的将来，随着影像学、数字化医学和新材料技术的快速发展，在3D技术研发的更加成熟完善、相关法律法规健全指导的条件下，3D打印技术在骨科临床中的应用空间会更加广阔。
参考文献：
[1] Rengier F，Mehndiratta A，Von Tengg-Kobligk H，et al.3D printing based on imaging data： review of medical applications[J].Int J Comput Assist Radiol Surg，2010，5（4）：335-341.
[2] 刘葳， 李涤尘， 周丽斌， 等. 定制化柔性下颌骨钛替代物的有限元优化分析及动物试验[J].机械工程学报， 2010， 46（5）： 133-138.
[3] 王金涛， 刘美娟， 苗雷英， 等. 下颌骨缺损修复新进展[J].吉林大学学报： 医学版， 2005， 31（6）： 973-976.
[4]秦勉，刘亚雄，贺健康，等. 数字化设计与 3-D 打印技术在个性化医疗中的应用[J]. 中国修复重建外科杂志，2014，28（3）：286-291.
[5] Woo S Y.Lee rigid internal tixation plate：Histeological perspectivers and new concepts[J].J Orthop Res，1984，110（15）： 413-419.
[6] 董文兴，刘斌，3 D打印技术在骨科医疗器械的应用现状分析[J]. 生 物 骨 科 材 料 与 临 床 研 究， 2014， 28（3）286-291.11（4）：39-41.
摘要： 3D 技术如今已涉及到多个领域，科研人员通过各种高科技手段以客观世界中的三维实体为原型，经过虚拟的高精度重建、自由编辑、高清展示步骤，即经过3D 扫描、3D设计、3D显示过程，最终经过3D打印复制出同样形态结构的客观实体。3D 打印技术很明显处在制造技术的前沿，已被逐渐应用于医疗、军工、航天等多个领域。本文通过查阅相关文献资料，探讨3D打印技术在骨科临床的应用现状。
关键词：3D打印技术；骨科临床；应用现状
3D打印是一种快速成型技术，这种技术运用粉末状塑料、金属等可粘合材料，将数字模型文件逐层打印成客观世界的实物 [1]。3D打印这一神奇的过程一般是数字技术材料打印机完成的。3D打印机实际上是最新快速成型装置，它利用纸层叠、光固化等技术来完成打印过程。3D打印机与电脑连接后，在电脑软件的控制下，将液体或粉末形态的材料逐层叠加在一起，以数字模型文件为原型构造实物。这种将数字模型文件快速转化成客观实体的技术被称为3D打印技术。本文汇集了国内外的相关资料，试图将3D打印技术在骨科的临床应用现状介绍给大家。
3D打印技术在骨科临床的应用随着3D技术在医学领域应用的不断改进与成熟，这项技术同样被逐渐应用于骨科临床，解决了许多骨科疑难问题，使骨科相关临床技术的提高显著。个体化、精确化是骨科的一个重要方向，3D技术术作为数字化技术的集中体现，是实现各种骨科手术个体化、精确化的有效手段。3D打印技术目前在骨科临床的应用主要表现在以下几个方面：
1.制造骨科模型 骨科经常遇到复杂的病例，如寰枢椎脱位病人，CT显示椎动脉高跨，这种情况下，需要了解能否采取椎弓根螺钉固定及进钉的方向与深度如何掌握。3D打印技术可以制造人体的实体模型，医生通过分析模型，可以更精确地确定手术方案，或依靠进行手术模拟。这就有效降低了手术风险，提高手术的成功率。3D打印技术能使计算机屏幕上的数字化模型在数小时内成为医生可以拿在手上作任意角度观察的实体模型，这有助于临床医师对复杂的三维解剖结构做出最真实、准确的评估。借助准确的个体模型，合理的术前规划成为可能，个体化的导板工具成为现实。
2.3D打印个性化骨内植物的应用 传统的骨缺损的治疗措施是植入通用型骨内置物或骨移植。但是这两种方法很多缺陷：通用型骨内植物不能精确匹配患者自体骨外形，无形中会增加手术过程中的调整和加工难度，延长手术时间，即使勉强完成手术，也会存在外形不美观、与自体骨连接不稳定、功能性较差等一系列问题；骨移植则不能较好塑形，不能完全矫正畸形，往往容易带来一些并发症。以上两种传统修复骨缺损的方法都不能完全达到患者满意的治疗效果。通过为患者定制个性化的骨内植物可以解决这些问题 [2-3]。3D打印技术被应用于个性化牵引成骨、个性化人工膝关节修复、个性化颅颌面骨修复等个性化内植物的制造[4]，从而解决了各种原因导致的骨缺损问题。另外，3D打印技术还被应用于研发人工活性肌腱韧带。3D 打印技术在制造个性化的复杂的骨内植物方面具有极大优势，存在很大发展空间。
3. 3D打印骨科医疗器械的应用 目前骨科临床手术所应用的内固定接骨板大部分是医疗器械厂运用传统骨科器械制造方法所制造的通用型接骨板，不同患者的骨骼形态有差异，不同患者的骨折类型也有很大不同，传统制造技术所制造的接骨板不能适应这些个体差异。在手术中一般会出现塑性形差、匹配度差等问题，从而增加了手术塑形的难度，并且增加了手术时间。术后由于植入接骨板不能较好匹配患者自体骨结构，因此生物力学功能差，会带来骨折端对合不良，骨折延迟愈合或不愈合，甚至可引起骨折的畸形愈合，由于自体骨与植入接骨板契合度低，可能会由于应力集中而导致接骨板的疲劳断裂，这都是传统接骨板的不足[5]。3D打印技术个性化快速成型制造骨科器械的方式相比传统工业批量化生产通用医疗器械的模式，更为适应骨科医疗器械精确化、复杂化、个性化的高要求。目前，3D 打印技术在批量化的骨科植入物打印和手术器械打印的应用渐趋成熟，已出现3D打印的骨科个性化的定制器械 [6]。3D 打印目前越来越多地被应用于制备个性化假肢、种植牙、助听器、个性化颅颌面假体、生物模型。
3D打印技术作为一种新型技术，具有许多优势，特别是在骨科临床中的应用初步显现出这种技术相对传统技术的革命性，但是3D打印技术在骨科临床的应用目前面临诸多问题与挑战，如：研发及生产成本过高、"打印原材料"研发难度大、制造精度不理想、配套软件集成度不高、打印器官功能性低、法律限制、伦理道德讨论等，由于技术的不完全成熟及相关法律及相关规定的缺失，使得3D打印机术在骨科临床中的应用仍然是小范围开展，相信在不久的将来，随着影像学、数字化医学和新材料技术的快速发展，在3D技术研发的更加成熟完善、相关法律法规健全指导的条件下，3D打印技术在骨科临床中的应用空间会更加广阔。
参考文献：
[1] Rengier F，Mehndiratta A，Von Tengg-Kobligk H，et al.3D printing based on imaging data： review of medical applications[J].Int J Comput Assist Radiol Surg，2010，5（4）：335-341.
[2] 刘葳， 李涤尘， 周丽斌， 等. 定制化柔性下颌骨钛替代物的有限元优化分析及动物试验[J].机械工程学报， 2010， 46（5）： 133-138.
[3] 王金涛， 刘美娟， 苗雷英， 等. 下颌骨缺损修复新进展[J].吉林大学学报： 医学版， 2005， 31（6）： 973-976.
[4]秦勉，刘亚雄，贺健康，等. 数字化设计与 3-D 打印技术在个性化医疗中的应用[J]. 中国修复重建外科杂志，2014，28（3）：286-291.
[5] Woo S Y.Lee rigid internal tixation plate：Histeological perspectivers and new concepts[J].J Orthop Res，1984，110（15）： 413-419.
[6] 董文兴，刘斌，3 D打印技术在骨科医疗器械的应用现状分析[J]. 生 物 骨 科 材 料 与 临 床 研 究， 2014， 28（3）286-291.11（4）：39-41.