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3D打印技術(shù)應(yīng)用于關(guān)節(jié)置換

發(fā)布時間：2022-08-31 11:38:30瀏覽：7067點贊：

關(guān)節(jié)置換術(shù)為臨床中常用的治療關(guān)節(jié)功能障礙方式之一

，可恢復(fù)關(guān)節(jié)形態(tài)

、功能

。隨著對關(guān)節(jié)解剖及關(guān)節(jié)生物力學(xué)的深入研究

，傳統(tǒng)關(guān)節(jié)假體材料的選擇、設(shè)計

、性能及遠(yuǎn)期療效得到明顯改善

，患者術(shù)后效果較好，不良反應(yīng)發(fā)生風(fēng)險明顯下降

。目前臨床中關(guān)節(jié)置換手術(shù)計劃制訂多是基于傳統(tǒng)影像學(xué)資料

，難以全面

、準(zhǔn)確地反映病變關(guān)節(jié)信息

，尤其是截骨角度的把握

，多依賴手術(shù)者的熟練度及個人經(jīng)驗，另外

，假體型號也存在與患者實際解剖結(jié)構(gòu)不匹配的問題

，影響患者后續(xù)關(guān)節(jié)功能恢復(fù)。3D打印技術(shù)具有精確

、個性化的特點

，其利用計算機輔助設(shè)計

，在醫(yī)療領(lǐng)域尤其是人工關(guān)節(jié)假體的制造方面的應(yīng)用不斷拓展

。因此，如何能夠使3D打印技術(shù)更好地應(yīng)用于關(guān)節(jié)置換術(shù)

，在提高治療效果的同時

，減少不良反應(yīng)發(fā)生，造福人類

，成為臨床面臨的新挑戰(zhàn)

。本文對此進行探討。

3D打印技術(shù)研究現(xiàn)狀

在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中

，如何制備生物相容性高的骨性支架一直是研究熱點課題之一

，而3D打印技術(shù)通過篩選原料，制備與機體具有較高生物相容性的材料

，以作為細(xì)胞生長載體，降低排斥反應(yīng)

，從而發(fā)揮生物學(xué)作用

。在關(guān)節(jié)置換領(lǐng)域中，利用3D打印技術(shù)制造出骨組織工程支架

，有利于細(xì)胞遷移

、增殖與分化，為骨組織修復(fù)提供良好的環(huán)境

。Inzana等利用3D打印技術(shù)制作出網(wǎng)狀骨組織工程支架

，應(yīng)用于小鼠股骨缺損模型中

，發(fā)現(xiàn)能夠獲得較理想的機械性能

、生物相容性及可降解性，同時具有引導(dǎo)成骨作用

。但臨床應(yīng)用過程中，因3D打印技術(shù)受限于材料及打印設(shè)備

，其各種模型

、內(nèi)植物還未能達到完美，僅在臨床應(yīng)用中處于探索及起步階段，今后也面臨著各種力學(xué)及生物學(xué)方面的難題

，但是3D打印技術(shù)展現(xiàn)出的魅力是巨大的

，尤其是在骨科臨床應(yīng)用中

，已日漸廣泛

。

3D打印技術(shù)在關(guān)節(jié)置換術(shù)中的應(yīng)用

1、術(shù)前規(guī)劃

3D打印技術(shù)在關(guān)節(jié)置換術(shù)應(yīng)用的問題

科學(xué)技術(shù)的進步總是伴隨著相應(yīng)的弊端

，3D打印技術(shù)也是如此

，但隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，3D打印技術(shù)也會逐漸完善

，應(yīng)用于臨床骨科疾病治療中

，不僅可提高治療效果

，同時對改善患者預(yù)后具有一定促進意義

。但是這些應(yīng)用同樣存在問題，主要集中于以下幾方面

。

目前3D打印材料不斷增多

，其中醫(yī)用原料包括膠原、殼聚糖等

，聚乳糖

、聚醚醚酮等高分子原料，羥基磷灰石等具有生物活性原料

，鈦合金等金屬原料

。雖然應(yīng)用原料多樣

，但是醫(yī)學(xué)對于3D打印材料的要求較高

，可選擇的材料微乎其微，因此

，醫(yī)學(xué)打印材料的發(fā)展是影響3D打印技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域發(fā)展的主要因素

。目前臨床骨科領(lǐng)域所使用的金屬材料雖然耐磨性較好，但3D打印機無法進行冷卻處理

，而高分子材料仍然處于試驗階段

，尚未應(yīng)用于臨床。

制作周期長

3D打印技術(shù)被稱為快速成形技術(shù)

，但是在臨床應(yīng)用過程中需先獲取患者CT、MRI等影像學(xué)資料

，再經(jīng)過數(shù)據(jù)處理

，圖像重建

，最終獲得3D打印產(chǎn)品，這個周期往往需要2～3d

，因此需延長關(guān)節(jié)置換手術(shù)患者住院時間

。

成本問題

3D打印產(chǎn)品價格較高，與技術(shù)壟斷

、人工假體及植入物對打印材料及制作環(huán)境要求較高等原因密切相關(guān)

。另外依據(jù)所使用的技術(shù)及材料的不同，也會導(dǎo)致價格相差較大

，因而限制了3D打印技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用范圍

。因而，如何降低3D打印技術(shù)成本

，成為研究重點之一

。臨床應(yīng)用受法律法規(guī)的制約目前國外已有將3D打印產(chǎn)品應(yīng)用于臨床的報道

，但是例數(shù)較少

，而我國3D打印技術(shù)仍主要集中于實驗研究中，因臨床應(yīng)用風(fēng)險較高

，尚未應(yīng)用于臨床中

，同時相關(guān)的法律法規(guī)尚不完善，不易推廣使用

。

新的隱患臨床發(fā)現(xiàn)

，部分術(shù)者為了能夠發(fā)揮模型的作用，將消毒后的模型帶入手術(shù)室

，指導(dǎo)術(shù)中操作

，但是3D打印產(chǎn)品為高分子材料，無法進行高溫消毒

，可能增加術(shù)中發(fā)生感染風(fēng)險。

解決策略

加強多部門合作由于打印機工作原理的限制

，導(dǎo)致打印精度與速度之間存在嚴(yán)重沖突

，且在3D生物打印技術(shù)中，牽涉的技術(shù)較多

，需要多學(xué)科

、多部門進行合作。加強醫(yī)院與廠家的合作

，由廠家出設(shè)備

，醫(yī)院出設(shè)計圖形，得到3D打印產(chǎn)品供臨床使用

；同時加強專業(yè)人才培訓(xùn)

，培養(yǎng)懂醫(yī)療及3D打印技術(shù)的復(fù)合型人才

；加強各醫(yī)院間的交流合作

，實現(xiàn)資源共享，舉辦經(jīng)驗交流及研討會

，探討3D打印技術(shù)應(yīng)用中所存在的問題

。

完善3D打印機配套軟件及打印材料研發(fā)

建立相關(guān)法律法規(guī)

規(guī)范3D打印技術(shù)在關(guān)節(jié)置換術(shù)中的應(yīng)用，建立3D打印產(chǎn)品相適應(yīng)的注冊和監(jiān)管辦法

，才能大量投入使用

，為患者造福。2014年新頒布的《醫(yī)療器械注冊管理辦法》

，規(guī)定新醫(yī)療器械的審評制度

，對促進3D打印產(chǎn)品應(yīng)用于臨床具有重要意義；同時修訂《醫(yī)療器械監(jiān)督管理條例》

，將新的3D打印材料納入其中

，建立了具有中國特色的

、系統(tǒng)的

、人性化的醫(yī)療器械監(jiān)管系統(tǒng)。只有完善3D打印醫(yī)療產(chǎn)業(yè)相關(guān)法律法規(guī)

，才能促進其在醫(yī)學(xué)中的快速發(fā)展

。

展望

總之，3D打印技術(shù)在關(guān)節(jié)置換術(shù)中具有較大應(yīng)用前景

，可給醫(yī)療衛(wèi)生技術(shù)改革提供強勁動力

。應(yīng)用3D打印技術(shù)時，需注意實際情況

，同時與傳統(tǒng)醫(yī)療技術(shù)相結(jié)合

，進行優(yōu)勢互補，最大效能發(fā)揮3D打印技術(shù)的應(yīng)用

，惠澤全人類

。

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