研究股骨滑車成形術中3D 打印導航模板的應用

劉愛國

【摘要】目前3D打印技術在社會各領域的應用十分廣泛，在現代醫學應用中受到越來越多的人關注，在術中對植入替代組織的應用十分有效。目前股骨滑車導致髕骨脫位的病例有很多，是關節炎疾病的常見病例，但在股骨滑車成形術應用3D打印技術的案例還比較少，主要是技術應用上還存在很大問題。本文主要通過對3D打印導航模板進行分析，并研究應用在股骨滑車成形術中的意義，目的在于提高3D打印導航模板的推廣應用。

【關鍵詞】3D打印; 股骨滑車成形術; 研究應用

前言

3D打印技術形成的時間不是很久，但是在社會應用中十分廣泛。醫療救治是生活中所有人都要面對的，醫學技術的提升關乎病人的生命安全與健康，隨著計算機技術的不斷引用，醫學上對3D打印技術一直有著很深的研究，主要在于植入物的應用上，有著不可替代的作用。同時隨著計算機設計與輔助制造技術的不斷深化，3D打印導航模板的應用十分受醫生的喜愛，但同時也給醫生提高了技術要求。掌握好3D打印技術導航模板能夠大大減少對物理模型的應用，不僅節約成本，同時還節約時間，通過數字化控制技術的應用大大提高精準度，降低對模型的制造風險。

1 3D打印技術與導航模板及其在骨科中的應用

1.1 3D打印技術導航模板

3D打印技術源自上世紀80年代，從上世紀90年代開始我國開始探索3D打印在生命科學領域，到如今對其的應用十分廣泛。3D打印技術在醫學工程上不斷發展和應用，對新型細胞組織在身體組織與器官的替代上有著十分和重要的意義，已經不斷的滲透在生活中。

醫學中3D打印技術主要通過離散、堆積成型的原理，將現代計算機技術中的輔助設計以及輔助制造、激光技術、三維CT、數控技術以及高分子材料等技術融為一體，建立一種新型的快速的速成型技術，在極速狀態下修復器官與組織的壞死部位，植入新型替代物。3D打印技術的集成性很高，多與多種醫學技術結合應用，通過其他醫療設備對病人數據的獲取，進行數控編程，再建立數控模型，形成三維實體，與傳統的機械模型有很大的區別。

1.2 3D打印技術導航模板在骨科中的應用

隨著科技的不斷進步以及新物質的發明，對于3D打印的材料從不同的單一性粉材已經開始轉換為新型混合材料，比如說凝膠和細胞等。目前在骨科相關的應用方法有很多，比較常見的有以下幾種：一是光固化成型（SLA），光固化成型是通過紫外激光進行定點固化，主要材料是樹脂聚合物;二是激光燒結（SLS），激光燒結主要是通過激光定點進行小顆粒塑性材料熔化后進行重塑，以合金材料為主，也有應用尼龍等聚合物的;三是熔融沉積成型（FDM），熔融沉積成型通過定點進行熱塑性材料擠壓堆積，以及共晶金粉末;四是分層實體制造（LOM），分層實體制造通過對薄層材料的輪廓進行計算，比如說皮毛和塑料薄膜等，通過對輪廓控制來實現;五是金屬融合技術，可以分為兩種，即電子束熔融（EBM）和選擇性激光熔融（SLM），都是通過對陶瓷粉末以及金屬粉末進行選擇性定點融化來實現。

2 股骨滑車成形術的概述

2.1 股骨滑車發育不良

髕股關節是由股骨滑車與髕骨關節以及周邊組織共同構成的，股骨滑車發育不良會直接導致髕骨脫位，從解剖學角度講就是滑車溝的前部外形與深度不吻合，存在發育差異，早期患者主要體現在拉伸髕骨時出現半脫位現象，關節疼痛，髕骨位置不穩定，髕前出現疼痛的癥狀。在成長發育的過程中，滑車軟骨部分會逐漸變薄，中間形成空隙，如果滑車發育出現不良就容易導致髕股關節穩定性減弱，時間一長會出現急性髕骨脫位。

2.2 股骨滑車發育不良類型

股骨滑車發育不良是髕骨脫位的主要骨性因素，主要分為四個類型，一類是股骨滑車溝稍淺，屬于較輕癥狀;二類是股骨滑車凸出或者扁平，情形較為嚴重;三類是滑車溝內外側的關節出現較大偏位，不能正常銜接，內側發育不良，外側凸出嚴重;四類是滑車溝兩側的關節完全不對稱，發育呈畸形狀態。其中二、三、四類都屬于嚴重類型，對其治療以手術為主。出現二、三、四類有較為明顯的身體癥狀，上下樓出現疼痛，長時間屈伸活動或者登高都會出現疼痛狀態，髕骨負荷能力下降，時間久了之后會出現髕骨向內外側傾斜、外側半脫位，如果不能及時得到治療會出現滑膜炎，關節出現腫脹癥狀，浮髕試驗呈陽性。大部分患者均因髕股關節疼痛才會臨床治療，基本處于二三四類才會被發現。股骨滑車發育不良主要以滑車成形術治療為主，而3D打印技術在成形術中的應用是非常合適的。

2.3 股骨成形術主要治療方法

股骨滑車發育不良主要的治療的方法有四種，分別是滑車溝加深術、滑車平壓術、外側滑車太高術、關節鏡下滑車成形術。在治療過程中滑車溝加深術治療方法是較為常見的，應用比較多，主要是后期復發情況居少數，筆者優先推薦滑車溝加深術。通過對股骨的遠端、前端、內上髁以及外上髁進行局部剔除，并且對軟骨下溝進行加深，然后通過軟骨碎片重新置于新溝中，加深滑車溝。

3 3D打印導航模板在股骨滑車成形術中的應用

3.1 3D打印技術的臨床應用

3D打印技術是現代數字化信息技術的結合體，隨著不同領域科技的不斷發展，醫學應用方面數字化醫學以及影像學得到了迅速的發展，骨科發展呈現新的發展方向，精確化以及個體化是新的主流方向，而3D打印技術在臨床應用中有多方面的作用，目前來講主要運于個性化植入物的復合制造和仿生模型制造，其中仿生模型制造主要應用導航模板技術。

3.2?3D打印導航模板的臨床應用

① 打破傳統的術前評估

在實際應用中，傳統的術前準備以及評估主要是根據影像學信息進行評估，從而選取手術方案。應用3D打印導航模板能夠系統的通過患者術前檢測內容建立三維立體模型，通過準確的讀取數據進行術前分析，從而給醫師提供更加精準的診斷方法，為制定詳細的手術方案提供理論依據。股骨滑車成形術基本屬于關節手術，能夠有一定的時間為醫師做好術前準備，通過CT掃描髕骨脫位情況以及滑車發育不良的具體情況和位置，針對性進行位置確定以及術前定型，提高對滑車溝異常的確定，充分做好術前準備。

② 提供術前演練準備

通過三維數據模型，醫師可以對患者進行手術演練，進行術前實操工作的進行，分析術中存在問題，做好更加充分的準備，縮短手術時間，同時提高手術的成功率，有利于個性化治療方案的建立。股骨滑車成形術是一項十分復雜的手術，手術難度大，耗時較長，提前的演練準備有助于醫師對患者患處的熟練程度，便于醫師之間的研究和手術探討，從而精準展開滑車成形術手術過程，提高手術效率。

③ 手術過程中發揮導航作用

滑車溝加深術中需要對軟骨溝進行加深，在手術方案的制定過程中完善固定器械的植入，一般軟骨組織難以做到精確，通過3D打印技術可以提高植入物大小的準確度，同時通過3D打印技術中的CAD導航模板，快速的對滑車溝以及軟骨進行復位，幫助手術過程與術前設計實現統一，提高治療的精準度。

綜上所述，3D打印技術對股骨滑車成形術的應用是令人可喜的，能夠更快更好更準的為患者治療，有很好的臨床效應。但是3D打印技術的費用昂貴，對人員要求較高，同時打印材料還有很大的研發空間，仍然處于研究狀態，因其價格昂貴以及人員要求和成本較高，3D打印導航模板一直難以得到應用，一直難以進行臨床推廣。隨著數字化醫學以及新材料的出現，3D打印技術的應用會得到更為廣泛的推廣，充分發揮3D導航模板的作用。

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項目名稱：河南省醫學科技攻關項目（編號：LHGJ20190519）。