3D打印技术在骨科的应用进展

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1、万方数据·10·主堡剑笾苤查!!!i生!旦筮!!鲞筮!塑垦!i!』!翌!巴!：』!!!!型!Q!!：∑!!：!!：型!：13D打印技术在骨科的应用进展许世兵单乐天金红婷童培建3D打印属于快速成型技术，是一种基于三维数字模型，应用粉末状或液态的金属或塑料等可黏合材料，通过逐层打印方式来构建实物的技术。其在技术界也称为“增材制造”、“快速成型”、“自由成型”或“分层制造”等⋯。3D打印综合了数字建模技术、机电控制技术、信息技术、材料科学与化学等诸多方面的前沿技术，具有较高科技含量‘21。近年来，随着骨科疾病的

2、多样化及复杂化，传统的治疗方法不能完全满足治疗需要，患者的个体化治疗至关重要。基于现代影像学技术和计算机辅助设计技术对骨科疾病部位的三维重建，利用3DflFp制备的患者个体化植入物进行组织缺损的修复或仿生模型进行术前的手术模拟，可以大大提高骨科手术的精确性和安全性。笔者就3D打印的原理与分类、在骨科的临床运用及基础研究等方面进行综述，总结其在骨科领域中的应用现状。I3D打印技术的原理及分类3D打印技术是起源于20世纪80年代的一门新兴技术，1984年美国科学家CharlesHull发明了将数字资源打印成三

3、维立体模型的技术，并于1986年成立了3DSys—temms公司，开发了第一台商用立体光敏3D打印机。1998年我国清华大学颜永年教授将3D打印成型技术引入到生命科学领域，提出了生物制造工程学科概念与框架，并于2001年研制出了用于生物材料快速成型的3D打印设备。近年来，3D打印技术在生命医学与工程上发展迅速，取得了重要进展。2010年美国Organovo公司与澳大利亚Invet—ech公司合作，研究人员在尝试以活体细胞为“墨水”打印人体组织和器官的基础上，使用内皮细胞和胶原水凝胶?昆合物成功打印出人造血

4、管旧o。2013年苏格兰科学家Faulkner—Jones等。4J利用人体胚胎干细胞打印出人造肝脏组织。3D打印技术在医学领域的应用越来越广泛，正逐渐渗透至人们的生活中。DOI：10．3760／cma．j．issn．100l一8050．2015．01．004基金项目：浙江省重点科技创新团队计划资助项目(201lR50022)；浙江省重点实验室计划资助项目(2013E10024)作者单位：310053杭州，浙江中医药大学第--@床医学院，浙江省骨伤研究所(许世兵，电话：1804232382l，Email：x

5、ushibinghere@163．tom)通信作者：童培建，电活：057l一86613684，Email：tongpeijian@163(·om·3D手丁E『]技术·3DCT@技术是集成计算机辅助设计(CAD)和计算机辅助制造(CAM)、数控技术、激光技术、高分子材料、三维CT技术等领域为一体的全新快速成型技术。3Dfifo主要是一种基于离散、堆积成型原理，首先对病变缺损部位进行CT断层扫描，获取病变节段断面图像，通过计算机由CAD软件设计出预制构件的三维数字化模型；然后将模型沿垂直或水平方向分层，根据每

6、层结构的信息进行数控编程；最后重建的结果以．STL格式输出，得到的三维模型数据通过数字接口输入3D打印机。3D打印机将金属或塑料粉末等特殊材料通过不同的3D打印技术，在二维x—Y平面内黏结成截面形状，在z坐标方向逐层堆积，形成三维实体。3D打印是通过“逐层增加”材料的方法制作三维实体，与传统的“切削去除”材料方法不同。3D打印技术无须机械加工和任何模具，可以减少物理模型或样品甚至批量生产所用的时间和成本，同时可以保证产品制造的精度"l。随着新材料技术的不断发展，能够满足3D打印的材料也由金属、塑料、陶瓷等

7、单一固体粉材发展到液体、凝胶、细胞等混合材料。根据具体堆叠的形式，可分为多种工艺类型，目前常见的与骨科直接相关的成型方法包括：(1)光固化成型(SLA)，通过紫外激光照射来定点固化光敏树脂聚合物。(2)选择性激光烧结(SLS)，通过高功率激光定点融化小颗粒热塑性材料(如尼龙等聚合物、钛合金、青铜合金、陶瓷和玻璃)粉末。(3)熔融沉积成型(FDM)，定点挤压堆积熔融的热塑性材料(如蜡、丙烯腈一丁二烯一苯乙烯、聚碳酸酯)或共晶金粉末。(4)分层实体制造(LOM)，通过激光束逐层实现对薄层材料的轮廓控制，如以纸

8、张、皮毛及塑料薄膜等。(5)金属直接融合技术[选择性激光熔融(SLM)／电子束熔融(EBM)]，通过高功率激光或电子束选择性地定点融化陶瓷粉末、金属粉末材料。6“。。23D打印技术在骨科领域的临床应用随着影像学和数字化医学的快速发展，个体化、精确化是骨科发展的一个重要方向，3D打印技术作为数字化技术的集中体现，是实现各种骨科手术个体化、精确化的有效手段。在骨科临床应用领域主要包括：(1)仿生模型制造，手术导板、假肢设计；(2)