三维打印在骨科临床医学上的又一次“闪光”

时间:2017-12-21 16:54  来源:中国科学 信息科学   作者:  admin   点击:    次  

每年我国的骨缺损患者高达300万例,手术前如果能得到病患实际手术部位的骨骼诊断模型,就可以有效地进行术前演练,提高手术成功率。随着三维增材制造技术在生物医学领域的应用,个性化定制人工骨骼技术日臻成熟,为制备个性化骨骼术前诊断模型提供了条件。

   近期,西北工业大学机电学院汪焰恩团队成立的生物增材制造实验室成功实现了个性化全骨仿生术前诊断模型的制备,并先后为北京大学第三医院、西安交通大学医学院第一附属医院等著名三甲医院制备了多例用于颌面外科和骨科等重大手术的病例模型。 《中国科学:信息科学》2015年第2期“3D打印技术及应用专题”中的一篇论文报道了这项研究成果。

   该团队对骨骼解剖模型进行了结构分析,研究了骨骼的内部微细结构、外形轮廓以及力学性能的仿生设计方法。通过控制三维打印工艺参数、基体材料成分和材料形状参数,使打印仿生模型具备了真实骨骼的皮质骨、密质骨和松质骨的结构特征,以及相似的梯度力学性能,从结构、力学性能和制造精度几方面实现了骨骼的仿生制造。利用该项技术优势,可以根据年龄、性别和生存地域等特征制造出个性化定制的全骨仿生模型,帮助复杂骨科手术进行术前诊断,方便了手术规划以及同病患沟通。

粉碎性颌面术前诊断模型:(a)为3D软件模拟设计结果,(b)为实际制造出的3D仿生模型

   个性化定制全骨仿生术前诊断模型能够全面、直观、立体地显示病患骨缺损的真实情况,有助于在三维空间对骨折和骨缺损手术更加准确地分类,指导手术治疗,为临床医生选择合适的治疗方式、规划手术方案和复位步骤、选择内固定器械等提供了客观真实的依据。临床实验证明,利用这种模型可有效辅助临床手术方案的制定,显著减少钢板及螺钉长度选择不当、钢板位置放置不当、螺钉方向不当等问题,有效提高粉碎性骨折手术的成功率,减轻了对医生临床经验的依赖,手术时间缩短至同类手术的30%-50%,同时也有效避免了内固定介入角度不准确、定位不当等造成的手术副损伤等问题。

   目前,三维打印个性化定制全骨仿生术前诊断模型正在成为规划复杂手术方案的可靠助手,成功地弥补了传统技术的不足,是临床应用的热点。随着该模型功能的不断完善,临床手术治疗将有望达到“精准、个性、微创”的目标。可以预见,该技术在不远的将来具有广阔的临床应用前景。