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关节置换术为临床中常用的治疗关节功能障碍方式之一，可恢复关节形态、功能。随着对关节解剖及关节生物力学的深入研究，传统关节假体材料的选择、设计、性能及远期疗效得到明显改善，患者术后效果较好，不良反应发生风险明显下降。目前临床中关节置换手术计划制订多是基于传统影像学资料，难以全面、准确地反映病变关节信息，尤其是截骨角度的把握，多依赖手术者的熟练度及个人经验，另外，假体型号也存在与患者实际解剖结构不匹配的问题，影响患者后续关节功能恢复。3D打印技术具有精确、个性化的特点，其利用计算机辅助设计，在医疗领域尤其是人工关节假体的制造方面的应用不断拓展。因此，如何能够使3D打印技术更好地应用于关节置换术，在提高治疗效果的同时，减少不良反应发生，造福人类，成为临床面临的新挑战。本文对此进行探讨。 【激光网激光门户网综合报道】( 责任编辑:huahua )
3D打印技术研究现状 3D打印技术可通过制作出适配性高、组织相容性较好的内植入物，应用于硬组织缺损修复。国内外已有报道，早期已将3D打印技术应用于口腔颌面部手术中，目前临床中已逐渐将3D打印技术应用于关节置换领域，提高手术效果。3D打印技术的实现，需要多学科尖端技术合作，其中影像技术是模型构建的基础。近年来，随着影像学技术的不断发展，高分辨率CT、MRI，不仅可以快速采集、传输图像，同时可将数据转变为三维图像，为临床诊疗提供便利，同时也为3D打印技术奠定基础。 在医学领域中，如何制备生物相容性高的骨性支架一直是研究热点课题之一，而3D打印技术通过筛选原料，制备与机体具有较高生物相容性的材料，以作为细胞生长载体，降低排斥反应，从而发挥生物学作用。在关节置换领域中，利用3D打印技术制造出骨组织工程支架，有利于细胞迁移、增殖与分化，为骨组织修复提供良好的环境。Inzana等利用3D打印技术制作出网状骨组织工程支架，应用于小鼠股骨缺损模型中，发现能够获得较理想的机械性能、生物相容性及可降解性，同时具有引导成骨作用。但临床应用过程中，因3D打印技术受限于材料及打印设备，其各种模型、内植物还未能达到完美，仅在临床应用中处于探索及起步阶段，今后也面临着各种力学及生物学方面的难题，但是3D打印技术展现出的魅力是巨大的，尤其是在骨科临床应用中，已日渐广泛。 3D打印技术在关节置换术中的应用 术前规划 目前，临床医师在术前多凭借患者临床症状及影像学资料评估病情及了解关节周围组织情况。但临床发现，多数患者病史较长，伴有不同程度关节软骨变性、坏死，存在解剖畸形；另外重度髋臼发育不良患者在脱位股骨头伴有病理性假臼，在术中难以区分真臼、假臼，进而增大手术难度。3D打印技术通过整合术前X线、CT及MRI等影像学资料，采用建模软件处理及加工，构建出病变部位的三维数字模型，使用特定的打印材料，打印出与实体器官相同的模型，多角度观察待置换关节，全面评估病情，制订手术计划，避免术中损伤重要组织，有效解决精准度要求高、相对复杂的骨科手术在术中可能遇到的难题。Xu等基于患者的CT扫描制作出骨盆实物模型，应用于髋臼假体放置的手术演练，对理解骨盆结构、评估髋臼扩孔程度及确定髋臼型号具有重要意义。Won等将21例严重髋关节畸形患者影像学检查资料与快速成型技术结合，制备出骨盆模型，进行模拟手术，入组患者均完成人工全髋关节置换术，末次随访行影像学检查，发现假体周围无任何磨损或骨溶解。Wong等发现在骨盆肿瘤患者中，利用3D打印技术进行术前评估及生物力学测试，结果显示术中可有效避免不必要的截骨及神经血管的损伤。
3D打印技术在关节置换术应用的问题 科学技术的进步总是伴随着相应的弊端，3D打印技术也是如此，但随着技术的不断发展，3D打印技术也会逐渐完善，应用于临床骨科疾病治疗中，不仅可提高治疗效果，同时对改善患者预后具有一定促进意义。但是这些应用同样存在问题，主要集中于以下几方面。 材料研发 骨科内植物主要用于治疗各种骨折、骨缺损及关节功能障碍等，其中应用最为广泛的内植物多为金属材质，而金属本身具有不可吸收、长期存留、应力遮挡、生物电离反应等问题，寻找一种与人体骨组织理化性质相近的材料来制造内植物就成为当下研究重点之一。羟基磷灰石、碳酸钙等无机非金属材质为制备组织工程骨的良好材料，但是传统制备技术无法制作出机械强度、生物力学以及微观结构都能达到理想要求的组织工程骨，导致组织工程骨的临床效果得到大幅度降低。3D打印技术为组织工程骨支架的制造提供了更好的方法，利用羟基磷灰石及碳酸钙等为原料，打印出组织工程骨支架。 |
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