研究股骨滑车成形术中3D 打印导航模板的应用

刘爱国

【摘要】目前3D打印技术在社会各领域的应用十分广泛，在现代医学应用中受到越来越多的人关注，在术中对植入替代组织的应用十分有效。目前股骨滑车导致髌骨脱位的病例有很多，是关节炎疾病的常见病例，但在股骨滑车成形术应用3D打印技术的案例还比较少，主要是技术应用上还存在很大问题。本文主要通过对3D打印导航模板进行分析，并研究应用在股骨滑车成形术中的意义，目的在于提高3D打印导航模板的推广应用。

【关键词】3D打印; 股骨滑车成形术; 研究应用

前言

3D打印技术形成的时间不是很久，但是在社会应用中十分广泛。医疗救治是生活中所有人都要面对的，医学技术的提升关乎病人的生命安全与健康，随着计算机技术的不断引用，医学上对3D打印技术一直有着很深的研究，主要在于植入物的应用上，有着不可替代的作用。同时随着计算机设计与辅助制造技术的不断深化，3D打印导航模板的应用十分受医生的喜爱，但同时也给医生提高了技术要求。掌握好3D打印技术导航模板能够大大减少对物理模型的应用，不仅节约成本，同时还节约时间，通过数字化控制技术的应用大大提高精准度，降低对模型的制造风险。

1 3D打印技术与导航模板及其在骨科中的应用

1.1 3D打印技术导航模板

3D打印技术源自上世纪80年代，从上世纪90年代开始我国开始探索3D打印在生命科学领域，到如今对其的应用十分广泛。3D打印技术在医学工程上不断发展和应用，对新型细胞组织在身体组织与器官的替代上有着十分和重要的意义，已经不断的渗透在生活中。

医学中3D打印技术主要通过离散、堆积成型的原理，将现代计算机技术中的辅助设计以及辅助制造、激光技术、三维CT、数控技术以及高分子材料等技术融为一体，建立一种新型的快速的速成型技术，在极速状态下修复器官与组织的坏死部位，植入新型替代物。3D打印技术的集成性很高，多与多种医学技术结合应用，通过其他医疗设备对病人数据的获取，进行数控编程，再建立数控模型，形成三维实体，与传统的机械模型有很大的区别。

1.2 3D打印技术导航模板在骨科中的应用

随着科技的不断进步以及新物质的发明，对于3D打印的材料从不同的单一性粉材已经开始转换为新型混合材料，比如说凝胶和细胞等。目前在骨科相关的应用方法有很多，比较常见的有以下几种：一是光固化成型（SLA），光固化成型是通过紫外激光进行定点固化，主要材料是树脂聚合物;二是激光烧结（SLS），激光烧结主要是通过激光定点进行小颗粒塑性材料熔化后进行重塑，以合金材料为主，也有应用尼龙等聚合物的;三是熔融沉积成型（FDM），熔融沉积成型通过定点进行热塑性材料挤压堆积，以及共晶金粉末;四是分层实体制造（LOM），分层实体制造通过对薄层材料的轮廓进行计算，比如说皮毛和塑料薄膜等，通过对轮廓控制来实现;五是金属融合技术，可以分为两种，即电子束熔融（EBM）和选择性激光熔融（SLM），都是通过对陶瓷粉末以及金属粉末进行选择性定点融化来实现。

2 股骨滑车成形术的概述

2.1 股骨滑车发育不良

髌股关节是由股骨滑车与髌骨关节以及周边组织共同构成的，股骨滑车发育不良会直接导致髌骨脱位，从解剖学角度讲就是滑车沟的前部外形与深度不吻合，存在发育差异，早期患者主要体现在拉伸髌骨时出现半脱位现象，关节疼痛，髌骨位置不稳定，髌前出现疼痛的症状。在成长发育的过程中，滑车软骨部分会逐渐变薄，中间形成空隙，如果滑车发育出现不良就容易导致髌股关节稳定性减弱，时间一长会出现急性髌骨脱位。

2.2 股骨滑车发育不良类型

股骨滑车发育不良是髌骨脱位的主要骨性因素，主要分为四个类型，一类是股骨滑车沟稍浅，属于较轻症状;二类是股骨滑車凸出或者扁平，情形较为严重;三类是滑车沟内外侧的关节出现较大偏位，不能正常衔接，内侧发育不良，外侧凸出严重;四类是滑车沟两侧的关节完全不对称，发育呈畸形状态。其中二、三、四类都属于严重类型，对其治疗以手术为主。出现二、三、四类有较为明显的身体症状，上下楼出现疼痛，长时间屈伸活动或者登高都会出现疼痛状态，髌骨负荷能力下降，时间久了之后会出现髌骨向内外侧倾斜、外侧半脱位，如果不能及时得到治疗会出现滑膜炎，关节出现肿胀症状，浮髌试验呈阳性。大部分患者均因髌股关节疼痛才会临床治疗，基本处于二三四类才会被发现。股骨滑车发育不良主要以滑车成形术治疗为主，而3D打印技术在成形术中的应用是非常合适的。

2.3 股骨成形术主要治疗方法

股骨滑车发育不良主要的治疗的方法有四种，分别是滑车沟加深术、滑车平压术、外侧滑车太高术、关节镜下滑车成形术。在治疗过程中滑车沟加深术治疗方法是较为常见的，应用比较多，主要是后期复发情况居少数，笔者优先推荐滑车沟加深术。通过对股骨的远端、前端、内上髁以及外上髁进行局部剔除，并且对软骨下沟进行加深，然后通过软骨碎片重新置于新沟中，加深滑车沟。

3 3D打印导航模板在股骨滑车成形术中的应用

3.1 3D打印技术的临床应用

3D打印技术是现代数字化信息技术的结合体，随着不同领域科技的不断发展，医学应用方面数字化医学以及影像学得到了迅速的发展，骨科发展呈现新的发展方向，精确化以及个体化是新的主流方向，而3D打印技术在临床应用中有多方面的作用，目前来讲主要运于个性化植入物的复合制造和仿生模型制造，其中仿生模型制造主要应用导航模板技术。

3.2 3D打印导航模板的临床应用

① 打破传统的术前评估

在实际应用中，传统的术前准备以及评估主要是根据影像学信息进行评估，从而选取手术方案。应用3D打印导航模板能够系统的通过患者术前检测内容建立三维立体模型，通过准确的读取数据进行术前分析，从而给医师提供更加精准的诊断方法，为制定详细的手术方案提供理论依据。股骨滑车成形术基本属于关节手术，能够有一定的时间为医师做好术前准备，通过CT扫描髌骨脱位情况以及滑车发育不良的具体情况和位置，针对性进行位置确定以及术前定型，提高对滑车沟异常的确定，充分做好术前准备。

② 提供术前演练准备

通过三维数据模型，医师可以对患者进行手术演练，进行术前实操工作的进行，分析术中存在问题，做好更加充分的准备，缩短手术时间，同时提高手术的成功率，有利于个性化治疗方案的建立。股骨滑车成形术是一项十分复杂的手术，手术难度大，耗时较长，提前的演练准备有助于医师对患者患处的熟练程度，便于医师之间的研究和手术探讨，从而精准展开滑车成形术手术过程，提高手术效率。

③ 手术过程中发挥导航作用

滑车沟加深术中需要对软骨沟进行加深，在手术方案的制定过程中完善固定器械的植入，一般软骨组织难以做到精确，通过3D打印技术可以提高植入物大小的准确度，同时通过3D打印技术中的CAD导航模板，快速的对滑车沟以及软骨进行复位，帮助手术过程与术前设计实现统一，提高治疗的精准度。

综上所述，3D打印技术对股骨滑车成形术的应用是令人可喜的，能够更快更好更准的为患者治疗，有很好的临床效应。但是3D打印技术的费用昂贵，对人员要求较高，同时打印材料还有很大的研发空间，仍然处于研究状态，因其价格昂贵以及人员要求和成本较高，3D打印导航模板一直难以得到应用，一直难以进行临床推广。随着数字化医学以及新材料的出现，3D打印技术的应用会得到更为广泛的推广，充分发挥3D导航模板的作用。

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项目名称：河南省医学科技攻关项目（编号：LHGJ20190519）。