骨科的個(gè)體化治療是骨科的重要發(fā)展方向之一。無論是個(gè)體化假體的應(yīng)用還是常規(guī)假體的個(gè)體化植入，理論上均可改善骨關(guān)節(jié)假體與鄰近骨性結(jié)構(gòu)的匹配，從而改善患者功能狀態(tài)。
但是由于個(gè)體化治療需要在手術(shù)前規(guī)劃、設(shè)計(jì)、制造等程序。而執(zhí)行這些程序的過程相對(duì)復(fù)雜，在時(shí)限上會(huì)產(chǎn)生一定程度的滯后。因而，雖然骨科個(gè)體化治療方案與患者個(gè)體的匹配度更高， 且理論上具有更好的長(zhǎng)期療效。但是在傳統(tǒng)的個(gè)性化植入物加工方式下，醫(yī)學(xué)人員需要在常規(guī)植入物設(shè)計(jì)理念的基礎(chǔ)上，參考個(gè)體解剖進(jìn)行假體優(yōu)化設(shè)計(jì)、并通過數(shù)控機(jī)床制作，最終由醫(yī)生進(jìn)行植入。個(gè)體化治療仍然會(huì)受到費(fèi)時(shí)、費(fèi)錢、費(fèi)力等弊端的制約。
3D打印在骨科個(gè)體化治療方面的優(yōu)勢(shì)
隨著3D打印技術(shù)在醫(yī)療領(lǐng)域應(yīng)用的深入，3D打印技術(shù)有望從時(shí)限性角度加速骨科個(gè)體化治療流程。3D打印技術(shù)在醫(yī)療領(lǐng)域應(yīng)用的發(fā)展，得益于醫(yī)學(xué)圖像及后處理技術(shù)的進(jìn)步。20世紀(jì)80年代中期，醫(yī)學(xué)圖像技術(shù)得到發(fā)展，重建數(shù)字化模型的精度也隨之提高，越來越多的學(xué)術(shù)中心將3D實(shí)體模型應(yīng)用于臨床研究。早期，這些3D模型是使用傳統(tǒng)數(shù)控機(jī)床進(jìn)行減材處理。然而數(shù)控機(jī)床并不能加工出所有復(fù)雜的形狀。此時(shí)隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，3D打印技術(shù)誕生，并逐漸用于構(gòu)建結(jié)構(gòu)復(fù)雜的3D醫(yī)學(xué)模型。
3D打印技術(shù)通過精確控制橫斷面輪廓，有效實(shí)現(xiàn)外在輪廓及內(nèi)部結(jié)構(gòu)的同步重建，因此能充分滿足植入物與患者局部解剖結(jié)構(gòu)的高度匹配。配合上前、后處理可進(jìn)一步縮短等待時(shí)間。3D打印技術(shù)可以使醫(yī)生在數(shù)小時(shí)之內(nèi)就拿到3D實(shí)體模型，并通過模型做出最真實(shí)、準(zhǔn)確的評(píng)估。借助3D打印模型，醫(yī)生在術(shù)前進(jìn)行合理的規(guī)劃成為可能，個(gè)體化的手術(shù)導(dǎo)板工具成為現(xiàn)實(shí)，個(gè)體化植入物的制造也可以避免長(zhǎng)時(shí)間的等待，制造成本也隨之下降。
3D打印技術(shù)在骨科臨床上的應(yīng)用
3D打印技術(shù)可以整合骨科手術(shù)的多個(gè)環(huán)節(jié)，包括術(shù)前規(guī)劃、指導(dǎo)個(gè)體化的植入植入物，還包括個(gè)體化骨科植入物的制作。個(gè)體化骨科植入物可保證幾何形態(tài)的完美匹配，理論上可保證良好的初始穩(wěn)定性、改善骨長(zhǎng)入，延長(zhǎng)假體壽命。
有的研究人員使用3D打印技術(shù)輔助制造個(gè)性化人工半膝關(guān)節(jié)。主要制造方式是通過醫(yī)學(xué)圖像和前處理軟件生成3D打印模型，然后通過3D打印機(jī)做出光敏樹脂原型，然后以硅膠為材料進(jìn)行翻模 , 經(jīng)過一系列后處理之后，最后澆注獲得個(gè)體化鈦合金關(guān)節(jié)植入物。可以看到，借助3D打印模型和倒模技術(shù)制造個(gè)性化金屬植入物的流程仍然較為繁瑣。
隨著數(shù)字化技術(shù)的成熟和3D打印技術(shù)的發(fā)展，臨床上已經(jīng)開始使用EBM（電子束熔融）和SLM（選擇性激光融化）這樣的3D打印技術(shù)直接進(jìn)行金屬植入物的制造。其中，EBM技術(shù)雖然在精度上略遜于SLM技術(shù)，但成型效率高，高溫環(huán)境下一次成型，殘余應(yīng)力低，無需二次熱處理，鈦合金成型件生物相容性良好，適用于骨科植入物的直接制造，相關(guān)產(chǎn)品已經(jīng)通過了美國(guó)FDA及歐盟CE認(rèn)證。上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第九人民醫(yī)院通過與患者、醫(yī)院、管理部門等多方協(xié)議的方式，已在該領(lǐng)域進(jìn)行了試驗(yàn)。例如，2005年，第九人民醫(yī)院的戴尅戎院士接診了一位右側(cè)骨盆長(zhǎng)有頭顱大小肉瘤的患者?；颊咝枰邮苋斯ぐ牍桥柚脫Q以保全他的臀部和下肢。為解決傳統(tǒng)的半骨盆假體很難跟患者骨盆殘余部分吻合的問題，戴尅戎院士使用了3D打印技術(shù)進(jìn)行個(gè)體化半骨盆的設(shè)計(jì)，手術(shù)短期效果滿意。
在個(gè)體化骨科植入物領(lǐng)域，另一個(gè)記憶尤新的應(yīng)用是，2011年比利時(shí)和荷蘭的科學(xué)家們?yōu)橐幻?3歲女性移植3D打印下頜骨的手術(shù)。植入物的研發(fā)團(tuán)隊(duì)依據(jù)患者的CT掃描圖像，生成3D模型，并通過計(jì)算機(jī)在植入物模型表面設(shè)計(jì)了數(shù)千條溝槽。這樣的設(shè)計(jì)能夠促進(jìn)患者血管、肌肉及神經(jīng)與植入物盡快長(zhǎng)合。設(shè)計(jì)好的植入物3D模型最終通過比利時(shí)LayerWise公司的SLM 3D打印技術(shù)打印出來。打印過程是通過激光對(duì)鈦合金粉末進(jìn)行融化并進(jìn)行3000層的疊加，打印完成后再對(duì)植入物進(jìn)行陶瓷涂層。植入手術(shù)歷時(shí)4個(gè)小時(shí)，且患者恢復(fù)良好。
比利時(shí)的Hasselt大學(xué)預(yù)計(jì)，量身定做的各種植入物將被廣泛使用，定制化植入物的使用在不久的將來會(huì)成為常態(tài)。
文章部分內(nèi)容援引《醫(yī)用生物力學(xué)》第29卷 第3期，《骨科個(gè)體化治療與3D打印技術(shù)》，作者：王燎，戴尅戎；《生物骨科材料與臨床研究》2013年12月第10卷第6期，《3D打印在醫(yī)療器械領(lǐng)域的應(yīng)用》，作者：王彩梅、張衛(wèi)平、李志疆。