研究股骨滑車(chē)成形術(shù)中3D 打印導(dǎo)航模板的應(yīng)用

劉愛(ài)國(guó)

【摘要】目前3D打印技術(shù)在社會(huì)各領(lǐng)域的應(yīng)用十分廣泛，在現(xiàn)代醫(yī)學(xué)應(yīng)用中受到越來(lái)越多的人關(guān)注，在術(shù)中對(duì)植入替代組織的應(yīng)用十分有效。目前股骨滑車(chē)導(dǎo)致髕骨脫位的病例有很多，是關(guān)節(jié)炎疾病的常見(jiàn)病例，但在股骨滑車(chē)成形術(shù)應(yīng)用3D打印技術(shù)的案例還比較少，主要是技術(shù)應(yīng)用上還存在很大問(wèn)題。本文主要通過(guò)對(duì)3D打印導(dǎo)航模板進(jìn)行分析，并研究應(yīng)用在股骨滑車(chē)成形術(shù)中的意義，目的在于提高3D打印導(dǎo)航模板的推廣應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】3D打印; 股骨滑車(chē)成形術(shù); 研究應(yīng)用

前言

3D打印技術(shù)形成的時(shí)間不是很久，但是在社會(huì)應(yīng)用中十分廣泛。醫(yī)療救治是生活中所有人都要面對(duì)的，醫(yī)學(xué)技術(shù)的提升關(guān)乎病人的生命安全與健康，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷引用，醫(yī)學(xué)上對(duì)3D打印技術(shù)一直有著很深的研究，主要在于植入物的應(yīng)用上，有著不可替代的作用。同時(shí)隨著計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)與輔助制造技術(shù)的不斷深化，3D打印導(dǎo)航模板的應(yīng)用十分受醫(yī)生的喜愛(ài)，但同時(shí)也給醫(yī)生提高了技術(shù)要求。掌握好3D打印技術(shù)導(dǎo)航模板能夠大大減少對(duì)物理模型的應(yīng)用，不僅節(jié)約成本，同時(shí)還節(jié)約時(shí)間，通過(guò)數(shù)字化控制技術(shù)的應(yīng)用大大提高精準(zhǔn)度，降低對(duì)模型的制造風(fēng)險(xiǎn)。

1 3D打印技術(shù)與導(dǎo)航模板及其在骨科中的應(yīng)用

1.1 3D打印技術(shù)導(dǎo)航模板

3D打印技術(shù)源自上世紀(jì)80年代，從上世紀(jì)90年代開(kāi)始我國(guó)開(kāi)始探索3D打印在生命科學(xué)領(lǐng)域，到如今對(duì)其的應(yīng)用十分廣泛。3D打印技術(shù)在醫(yī)學(xué)工程上不斷發(fā)展和應(yīng)用，對(duì)新型細(xì)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(jīng)不斷的滲透在生活中。

醫(yī)學(xué)中3D打印技術(shù)主要通過(guò)離散、堆積成型的原理，將現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)中的輔助設(shè)計(jì)以及輔助制造、激光技術(shù)、三維CT、數(shù)控技術(shù)以及高分子材料等技術(shù)融為一體，建立一種新型的快速的速成型技術(shù)，在極速狀態(tài)下修復(fù)器官與組織的壞死部位，植入新型替代物。3D打印技術(shù)的集成性很高，多與多種醫(yī)學(xué)技術(shù)結(jié)合應(yīng)用，通過(guò)其他醫(yī)療設(shè)備對(duì)病人數(shù)據(jù)的獲取，進(jìn)行數(shù)控編程，再建立數(shù)控模型，形成三維實(shí)體，與傳統(tǒng)的機(jī)械模型有很大的區(qū)別。

1.2 3D打印技術(shù)導(dǎo)航模板在骨科中的應(yīng)用

隨著科技的不斷進(jìn)步以及新物質(zhì)的發(fā)明，對(duì)于3D打印的材料從不同的單一性粉材已經(jīng)開(kāi)始轉(zhuǎn)換為新型混合材料，比如說(shuō)凝膠和細(xì)胞等。目前在骨科相關(guān)的應(yīng)用方法有很多，比較常見(jiàn)的有以下幾種：一是光固化成型（SLA），光固化成型是通過(guò)紫外激光進(jìn)行定點(diǎn)固化，主要材料是樹(shù)脂聚合物;二是激光燒結(jié)（SLS），激光燒結(jié)主要是通過(guò)激光定點(diǎn)進(jìn)行小顆粒塑性材料熔化后進(jìn)行重塑，以合金材料為主，也有應(yīng)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(guò)定點(diǎn)進(jìn)行熱塑性材料擠壓堆積，以及共晶金粉末;四是分層實(shí)體制造（LOM），分層實(shí)體制造通過(guò)對(duì)薄層材料的輪廓進(jìn)行計(jì)算，比如說(shuō)皮毛和塑料薄膜等，通過(guò)對(duì)輪廓控制來(lái)實(shí)現(xiàn);五是金屬融合技術(shù)，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(guò)對(duì)陶瓷粉末以及金屬粉末進(jìn)行選擇性定點(diǎn)融化來(lái)實(shí)現(xiàn)。

2 股骨滑車(chē)成形術(shù)的概述

2.1 股骨滑車(chē)發(fā)育不良

髕股關(guān)節(jié)是由股骨滑車(chē)與髕骨關(guān)節(jié)以及周邊組織共同構(gòu)成的，股骨滑車(chē)發(fā)育不良會(huì)直接導(dǎo)致髕骨脫位，從解剖學(xué)角度講就是滑車(chē)溝的前部外形與深度不吻合，存在發(fā)育差異，早期患者主要體現(xiàn)在拉伸髕骨時(shí)出現(xiàn)半脫位現(xiàn)象，關(guān)節(jié)疼痛，髕骨位置不穩(wěn)定，髕前出現(xiàn)疼痛的癥狀。在成長(zhǎng)發(fā)育的過(guò)程中，滑車(chē)軟骨部分會(huì)逐漸變薄，中間形成空隙，如果滑車(chē)發(fā)育出現(xiàn)不良就容易導(dǎo)致髕股關(guān)節(jié)穩(wěn)定性減弱，時(shí)間一長(zhǎng)會(huì)出現(xiàn)急性髕骨脫位。

2.2 股骨滑車(chē)發(fā)育不良類(lèi)型

股骨滑車(chē)發(fā)育不良是髕骨脫位的主要骨性因素，主要分為四個(gè)類(lèi)型，一類(lèi)是股骨滑車(chē)溝稍淺，屬于較輕癥狀;二類(lèi)是股骨滑車(chē)凸出或者扁平，情形較為嚴(yán)重;三類(lèi)是滑車(chē)溝內(nèi)外側(cè)的關(guān)節(jié)出現(xiàn)較大偏位，不能正常銜接，內(nèi)側(cè)發(fā)育不良，外側(cè)凸出嚴(yán)重;四類(lèi)是滑車(chē)溝兩側(cè)的關(guān)節(jié)完全不對(duì)稱(chēng)，發(fā)育呈畸形狀態(tài)。其中二、三、四類(lèi)都屬于嚴(yán)重類(lèi)型，對(duì)其治療以手術(shù)為主。出現(xiàn)二、三、四類(lèi)有較為明顯的身體癥狀，上下樓出現(xiàn)疼痛，長(zhǎng)時(shí)間屈伸活動(dòng)或者登高都會(huì)出現(xiàn)疼痛狀態(tài)，髕骨負(fù)荷能力下降，時(shí)間久了之后會(huì)出現(xiàn)髕骨向內(nèi)外側(cè)傾斜、外側(cè)半脫位，如果不能及時(shí)得到治療會(huì)出現(xiàn)滑膜炎，關(guān)節(jié)出現(xiàn)腫脹癥狀，浮髕試驗(yàn)呈陽(yáng)性。大部分患者均因髕股關(guān)節(jié)疼痛才會(huì)臨床治療，基本處于二三四類(lèi)才會(huì)被發(fā)現(xiàn)。股骨滑車(chē)發(fā)育不良主要以滑車(chē)成形術(shù)治療為主，而3D打印技術(shù)在成形術(shù)中的應(yīng)用是非常合適的。

2.3 股骨成形術(shù)主要治療方法

股骨滑車(chē)發(fā)育不良主要的治療的方法有四種，分別是滑車(chē)溝加深術(shù)、滑車(chē)平壓術(shù)、外側(cè)滑車(chē)太高術(shù)、關(guān)節(jié)鏡下滑車(chē)成形術(shù)。在治療過(guò)程中滑車(chē)溝加深術(shù)治療方法是較為常見(jiàn)的，應(yīng)用比較多，主要是后期復(fù)發(fā)情況居少數(shù)，筆者優(yōu)先推薦滑車(chē)溝加深術(shù)。通過(guò)對(duì)股骨的遠(yuǎn)端、前端、內(nèi)上髁以及外上髁進(jìn)行局部剔除，并且對(duì)軟骨下溝進(jìn)行加深，然后通過(guò)軟骨碎片重新置于新溝中，加深滑車(chē)溝。

3 3D打印導(dǎo)航模板在股骨滑車(chē)成形術(shù)中的應(yīng)用

3.1 3D打印技術(shù)的臨床應(yīng)用

3D打印技術(shù)是現(xiàn)代數(shù)字化信息技術(shù)的結(jié)合體，隨著不同領(lǐng)域科技的不斷發(fā)展，醫(yī)學(xué)應(yīng)用方面數(shù)字化醫(yī)學(xué)以及影像學(xué)得到了迅速的發(fā)展，骨科發(fā)展呈現(xiàn)新的發(fā)展方向，精確化以及個(gè)體化是新的主流方向，而3D打印技術(shù)在臨床應(yīng)用中有多方面的作用，目前來(lái)講主要運(yùn)于個(gè)性化植入物的復(fù)合制造和仿生模型制造，其中仿生模型制造主要應(yīng)用導(dǎo)航模板技術(shù)。

3.2?3D打印導(dǎo)航模板的臨床應(yīng)用

① 打破傳統(tǒng)的術(shù)前評(píng)估

在實(shí)際應(yīng)用中，傳統(tǒng)的術(shù)前準(zhǔn)備以及評(píng)估主要是根據(jù)影像學(xué)信息進(jìn)行評(píng)估，從而選取手術(shù)方案。應(yīng)用3D打印導(dǎo)航模板能夠系統(tǒng)的通過(guò)患者術(shù)前檢測(cè)內(nèi)容建立三維立體模型，通過(guò)準(zhǔn)確的讀取數(shù)據(jù)進(jìn)行術(shù)前分析，從而給醫(yī)師提供更加精準(zhǔn)的診斷方法，為制定詳細(xì)的手術(shù)方案提供理論依據(jù)。股骨滑車(chē)成形術(shù)基本屬于關(guān)節(jié)手術(shù)，能夠有一定的時(shí)間為醫(yī)師做好術(shù)前準(zhǔn)備，通過(guò)CT掃描髕骨脫位情況以及滑車(chē)發(fā)育不良的具體情況和位置，針對(duì)性進(jìn)行位置確定以及術(shù)前定型，提高對(duì)滑車(chē)溝異常的確定，充分做好術(shù)前準(zhǔn)備。

② 提供術(shù)前演練準(zhǔn)備

通過(guò)三維數(shù)據(jù)模型，醫(yī)師可以對(duì)患者進(jìn)行手術(shù)演練，進(jìn)行術(shù)前實(shí)操工作的進(jìn)行，分析術(shù)中存在問(wèn)題，做好更加充分的準(zhǔn)備，縮短手術(shù)時(shí)間，同時(shí)提高手術(shù)的成功率，有利于個(gè)性化治療方案的建立。股骨滑車(chē)成形術(shù)是一項(xiàng)十分復(fù)雜的手術(shù)，手術(shù)難度大，耗時(shí)較長(zhǎng)，提前的演練準(zhǔn)備有助于醫(yī)師對(duì)患者患處的熟練程度，便于醫(yī)師之間的研究和手術(shù)探討，從而精準(zhǔn)展開(kāi)滑車(chē)成形術(shù)手術(shù)過(guò)程，提高手術(shù)效率。

③ 手術(shù)過(guò)程中發(fā)揮導(dǎo)航作用

滑車(chē)溝加深術(shù)中需要對(duì)軟骨溝進(jìn)行加深，在手術(shù)方案的制定過(guò)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(guò)3D打印技術(shù)可以提高植入物大小的準(zhǔn)確度，同時(shí)通過(guò)3D打印技術(shù)中的CAD導(dǎo)航模板，快速的對(duì)滑車(chē)溝以及軟骨進(jìn)行復(fù)位，幫助手術(shù)過(guò)程與術(shù)前設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一，提高治療的精準(zhǔn)度。

綜上所述，3D打印技術(shù)對(duì)股骨滑車(chē)成形術(shù)的應(yīng)用是令人可喜的，能夠更快更好更準(zhǔn)的為患者治療，有很好的臨床效應(yīng)。但是3D打印技術(shù)的費(fèi)用昂貴，對(duì)人員要求較高，同時(shí)打印材料還有很大的研發(fā)空間，仍然處于研究狀態(tài)，因其價(jià)格昂貴以及人員要求和成本較高，3D打印導(dǎo)航模板一直難以得到應(yīng)用，一直難以進(jìn)行臨床推廣。隨著數(shù)字化醫(yī)學(xué)以及新材料的出現(xiàn)，3D打印技術(shù)的應(yīng)用會(huì)得到更為廣泛的推廣，充分發(fā)揮3D導(dǎo)航模板的作用。

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項(xiàng)目名稱(chēng)：河南省醫(yī)學(xué)科技攻關(guān)項(xiàng)目（編號(hào)：LHGJ20190519）。