3D打印技術輔助骨科手術關鍵技術研究

姬金虎 森干

【摘 要】本文通過計算機三維設計與3D打印技術相結合的方式，探索出3D打印技術輔助骨科手術的途徑，研究3D打印技術在骨科手術中的應用及意義。本文使用逆向工程與3D打印對患者手術區域骨骼進行重建并制作模型，進而制定手術計劃及術前模擬手術操作，增加手術的精確性、安全性。

【關鍵詞】3D打印;手術模擬;骨科手術

【Abstract】In our work， we combination Three dimensional computer design and 3D printing technology， to explore one new way for 3D printing technology assisted orthopedic surgery， And we can summarize 3D printing technology ?applications and Significance in orthopedic surgery. In this paper， through reverse engineering and 3D printed patients bones，we reconstruction and modeling the surgical area， simulation 、develop plans before surgery ，and increased surgical accuracy， security.

【Key words】3D print; Operation simulation; Department of orthopedics operation

0 引言

近年來，3D 打印技術飛速發展，在制造業、航空業乃至醫學等諸多領域都有廣泛的應用空間，同時逆向工程在醫學上也應用在骨組織重建、假肢設計和牙科等方面[1]，從 20 世紀 70 年代就有研究人員著手于臟器三維數字化技術的研究[2]，使用3D 打印技術制造的牙齒已進入市場應用， 3D 打印機在血管、心臟等器官的再造和移植等醫學領域的應用值得期待，而骨骼組織重建因結構較為復雜，對材料要求高，目前尚在研究中。因此，本研究把虛擬現實技術和工程領域的逆向工程思想相結合，將3D打印技術引入到外科手術中來，制定手術計劃及術前模擬手術操作來輔助手術的開展，進而增加手術的精確性、安全性。

1 系統研究內容

結合逆向工程思想，建立患者手術區域組織的三維“體數據集”，編輯、重建體數據集，通過3D打印技術制作出實物模型。使用該模型幫助臨床輔助診斷、復雜手術方案的確定、制作個性化假體等方面使診斷和手術修復更加直觀化、實物化、具體化。

1.1 術前策劃

根據患者的CT數據來逆向建模，通過3D打印技術建立準確的手術部位數字化實體模型，并進行術前模擬策劃，供外科醫生在術前確定手術方案、模擬手術過程、熟練手術操作、預計手術結果，進而有針對性地向患者詳細講解病變的復雜性及手術操作的危險性，取得患者及家屬的理解與配合。

1.2 手術輔助器械的應用

3D打印技術使病變部位的解剖形態具體化，建立需手術部分的模型，并制作與之相匹配的導板等輔助器械，可有效的保證手術的質量。

1.3 定制假體中的應用

患者的骨骼結構因人而異，所以根據特定患者的CT或MRI數據而來設計并制作種植體，實現假體制造和植入的“個性化”，減少假體制作的出錯幾率。

2 系統研究方案

對CT DICOM數據進行歸一化處理，校驗DICOM數據。合格的體數據利用逆向工程方法，建立骨骼的體像素，對骨骼的體像素進行編輯得出患者手術區域的1：1模型，或者生產植入物假體，系統的原型構架如圖1。

（1）CT資料通過逆向工程在計算機中重建骨骼，并通過骨骼與軟組織的體素灰度不同，將骨骼分割出來，對其中骨折缺損的骨骼進行修補，三維編輯操作后導出結果。

（2）使用STL文件打印骨骼模型，將重建的骨骼數據與早前的資料相對比，分析骨骼模型物理參數上是否和患者骨骼相近。

（3）利用3D打印的骨骼模型，供外科醫生在術前確定手術方案、模擬手術過程、熟練手術操作、預計手術結果。

圖1 系統原型構架

3 結束語

3D打印技術可供外科醫生在術前確定手術方案、模擬手術過程、熟練手術操作、預計手術結果，使手術的精確性、安全性得到提升，也為輔助骨科手術提供了新途徑，能更好的開展以開展教學活動，培養醫生，具有巨大的應用前景。

【參考文獻】

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[責任編輯：湯靜]