3d打印生物陶瓷 骨科案例
三维打印技术在骨科医学中的应用
三维打印技术在骨科医学中的应用一、引言随着近年来科学技术的不断发展，三维打印技术也开始广泛应用于医疗领域。
在骨科医学中，三维打印技术不仅可以用于医学研究，还可以作为创新手段为患者带来更优质的治疗方案。
本文将重点探讨三维打印技术在骨科医学中的应用。
二、三维打印技术在骨科医学中的基本原理三维打印技术是一种分层制造技术，通常称为添加制造技术。
它通过数字化的三维模型，将物体逐层打印出来，最终实现对所需部件或产品的快速定制制造。
在骨科医学中，三维打印技术主要应用于骨组织模型制作，即将患者的骨骼CT图像数据导入到三维打印机软件中，经过处理后可以得到患者的骨骼三维模型。
三、三维打印技术在骨科医学中的应用1.手术前的预操作模型三维打印技术可以为手术提供一种预操作方案，医生可以在模型上进行手术操作演示，研究最佳的手术方案，提前解决手术中可能发生的问题，减少手术过程的风险和手术所需时间，提高手术成功率。
这种预操作模型在颅骨畸形等手术中应用广泛。
2.骨缺损修复三维打印技术可以定制化的铸造人造骨，为骨缺损修复提供了更优质的方案。
医生可以根据患者的病情和骨缺损的大小、形态、位置等数据来定制化打印出完美适合患者的人造骨，这种方法极大地缩短了治疗期，降低了治疗成本，也可以提高治疗效果。
3.骨折复位使用三维打印技术可以制作人工骨模型，模拟患者骨骼的情况，骨科医生可以在这个模型上模拟复位操作，通过试错，找到最佳解决方案，降低了患者以后受到其他影响的概率。
4.拔牙后的植入物定位在牙齿拔除后患者需要植入人工牙齿，但是植入物的位置选择对于治疗的效果有很大关系，三维打印技术可以通过数字模型优化实现患者植入物的定位，可以提高手术效果。
4.临床实例案例1：一名患者患有髋关节疾病，需要进行髋关节置换手术，但是由于病情复杂，手术难度大，传统的手术方案效果不佳，手术风险大。
医生使用三维打印技术制作了患者的详细三维模型，在模型上进行多次操作演示，研究最优手术方案，手术中可以更加顺利地完成手术操作，提高了手术的成功率。
3D打印技术的应用实例
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应用领域：家居用品、电子产品、 玩具等消费品制造领域。
实例：某家居用品公司利用3D打印 技术制造出新型储物柜，具有高密 度、轻量化、环保等优点，受到市 场欢迎。
降低制造的门槛，使得小规模、个性化生产成为可能 优化生产流程，减少生产成本 快速响应市场需求，提高产品迭代速度 增强产品的创新性和独特性
04
零部件复杂制造： 3D打印技术可以制 造出传统制造方法 难以完成的复杂零 部件和结构件。
轻量化：3D打印技 术可以实现零部件 的轻量化，从而提 高汽车的性能和燃 油效率。
快速原型制作：3D 打印技术可以快速 制作出汽车零部件 的原型，加速汽车 设计和开发的速度 。
定制化生产：3D打 印技术可以实现零 部件的定制化生产 ，满足不同客户的 需求。
市场需求：随着教育和科研领域对3D打印技术的需求不断增加，未来 该领域将成为3D打印技术的主要市场之一。
汇报人：
制造高质量的体育设备如自行车、跑步鞋等 个性化定制家具、灯具等家居用品 制造高质量的乐器、运动器材等文化用品 制造高质量的珠宝、工艺品等礼品
简介：3D打印技术可以快速制造出 各种形状的消费品，设计师可以自 由发挥想象力，不断尝试新的设计 方案。
优势：能够快速制造出设计新颖、 结构复杂的消费品，提高产品性能 和品质，降低生产成本。
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零件类型：涡轮、压气机、 燃烧室等
优势：减重、提高效率、 降低成本
制造工艺：采用金属粉末、 陶瓷等材料
应用范围：航空发动机维 修、制造等
3D打印技术可 以制造出更加 轻量化、高强 度的卫星部件
和结构
通过3D打印技 术可以生产出 更加复杂、高 效的卫星部件
山大二院公开国内首例“3D打印”膝关节骨缺损术
龙源期刊网
山大二院公开国内首例“3D打印”膝关节骨缺损术
作者：
来源：《齐鲁周刊》2014年第01期
近日，山东大学第二医院骨关节外科首次公开国内首例“3D打印”膝关节骨缺损治疗术病例，由王韶进教授率领的医疗团队将3D打印技术引入到了骨关节疾病的临床治疗中，经过7个多月的恢复，目前患者已经行走自如。
传统的骨关节假体和植入物都是成批制造、固定型号的，在手术中需要对患者的骨骼进行“削削减减”来适应假体。
王韶进教授以钛合金粉为原料利用3D打印技术为患者“量身定制”了骨缺损填充金属垫块。
国内已有医院利用3D打印技术治疗脊柱疾病并取得一定成果，但是将3D打印技术用于膝关节骨缺损治疗在国内尚属首例。
3D打印在骨及软骨组织工程中的应用
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挑战
然而，3D打印在骨组织工程中的应用仍 面临一些挑战。例如，生物材料的性能和 生物相容性需要进一步提高，制造设备的 精度和效率也需要不断提高。此外，法规 和伦理问题也是阻碍其临床应用的一个重 要因素。
03
3D打印在软骨组织工程 中的应用
软骨组织工程的现状及挑战
当前骨及软骨组织工程的研究热点主要集中 在修复和替代损伤的骨或软骨组织，以恢复 其功能。然而，由于软骨组织的复杂性和特 殊性，如缺乏有效的血液供应和神经支配， 以及其特定的机械性能要求等，使得传统的 治疗方法难以满足临床需求。
3D打印在软骨组织工程中的前景及挑战
尽管3D打印技术在软骨组织工程中展现出了巨大的潜 力，但仍需要进一步的研究和改进。未来的研究方向应 包括优化生物材料的性能、探索更合适的细胞来源、以 及解决与临床应用相关的伦理和法律问题等。
此外，还需要更多的临床试验来验证3D打印技术在软 骨组织工程中的安全性和有效性。如果这些挑战能够得 到解决，那么3D打印技术将有望为骨及软骨组织工程 领域带来革命性的变化。
患者故事分享
通过分享成功案例和患者体验，让 公众更加直观地了解3D打印技术 在骨及软骨组织工程中的实际应用 效果。
05
结论与展望
3D打印在骨及软骨组织工程中的应用总结
3D打印技术为骨及软骨组织工程提 供了新的构建方法，能够实现复杂 形状的精确制造，提高组织的修复 效果和功能。
3D打印技术可以控制支架的孔径、 形状和材料组成，以实现个性化的 治疗需求，提高治疗效果。
案例
例如，使用3D打印技术制造出与患者缺损部位完全匹配的钛合金骨骼，用于治疗严重的骨损伤或畸形 。此外，还可以将生物相容性材料与生长因子结合，通过3D打印技术制造出具有特定形状和功能的骨 组织。
fdm3d打印案例
fdm3d打印案例近年来，随着3D打印技术的发展和精准化、个性化医疗需求的增长，3D打印技术在医疗行业应用在广度和深度方面都得到了显著发展。
在应用的广度方面，从最初的医疗模型快速制造，逐渐发展到3D打印直接制造助听器外壳、植入物、复杂手术器械和3D打印药品。
在深度方面，由3D打印没有生命的医疗器械向打印具有生物活性的人工组织、器官的方向发展。
3D打印的医疗模型和手术导板从骨科手术到心脏手术再到肝脏手术……越来越多的手术开始借助3D打印的医疗模型。
例如2015年上海市第一人民医院普外科中心主任彭志海教授团队采用3D打印技术为一位来自贵州的患先天性自身免疫性肝硬化门静脉高压症的病人进行活体肝移植。
术前为了能精准制定手术方案，专家想到了3D打印技术。
3D 打印将患者的肝胆胰脏器和相应的病变部位以1：1的”实物”形式呈现在医生面前，通过精确评估病变范围与临近脏器组织的三维空间关系，专家团队确定切除病患307克的肝脏。
在进行肝切除时，专家将模型带入手术室在术中进行实时比对，通过调整3D打印模型并置于最佳解剖位置，为手术关键步骤提供直观的实时导航，对关键部位快速识别和定位；通过精确定位病灶、血管，实时引导重要脉管的接合，提高了手术精准性，有效降低了手术风险。
在3D打印手术导板的精准设计是手术取得成功的重要保证。
上海逸动医学科技有限公司在骨科手术导板领域运用国际上领先的SSM_Knee?技术，从多张负重位X光片数据进行膝关节三维统计学建模（Statistical Shape Modeling，SSM）及三维力线测量分析，在电脑上模拟截骨平面、人工全膝关节置换术手术置换全过程，虚拟化设计手术中实施截骨的导向导板并使用医用材料进行3D打印。
手术中医生只需要将导板贴附于关节表面然后实施定位截骨即可，准确性高于传统方法，避免了人为因素，手术操作简单，不破坏髓腔。
3D打印康复器械3D打印为矫正鞋垫、仿生手、助听器等康复器械带来的真正价值不仅仅是实现精准的定制化，更主要体现在让精准、高效的数字化制造技术代替手工制作方式，缩短生产周期。
3D_打印导板辅助坏死灶刮除联合陶瓷棒植入术治疗中早期股骨头坏死效果观察
3D打印导板辅助坏死灶刮除联合陶瓷棒植入术治疗中早期股骨头坏死效果观察郑文明，袁伶俐，张仲传，梁英杰，唐昊旭，牛国旗蚌埠医学院第二附属医院骨科蚌埠医学院数字骨科重点实验室，安徽蚌埠233002摘要：目的 观察3D打印导板辅助坏死灶刮除联合陶瓷棒植入术治疗中早期股骨头坏死的临床效果。
方法 中早期股骨头坏死患者40例（48髋），分为3D打印组20例（24髋）和对照组20例（24髋），3D打印组采用3D打印导板辅助坏死灶刮除联合陶瓷棒植入术；对照组采用传统坏死灶刮除联合陶瓷棒植入术。
比较两组围手术期指标（手术时间、术中透视次数、切口长度和手术出血量等），术前及术后3、6、12个月髋关节Harris评分，视觉模拟评分（VAS）及末次随访时股骨头存活率。
结果 3D打印组手术时间、术中透视次数及手术出血量少于对照组，手术切口长度长于对照组（P均<0.05）；两组治疗后3、6、12个月髋关节Harris评分均有所提高，3D打印组术后3个月Harris评分优于对照组（P均<0.05）。
两组术后VAS低于术前，3D打印组术后3个月VAS低于对照组（P均<0.05）。
术后末次随访影像学检查显示，3D打印组1例股骨头发生轻度塌陷，髋关节活动尚可，未行髋关节置换术，股骨头存活率为95.83%；对照组3例股骨头发生不同程度塌陷，其中1例因髋关节明显活动受限行人工全髋关节置换术，股骨头存活率为87.50%；两组股骨头存活率差异无统计学意义（P>0.05）。
结论 3D打印导板辅助坏死灶刮除联合陶瓷棒植入术治疗中早期股骨头坏死可准确定位坏死灶，有效缩短手术时间，减少X线透视次数和手术出血量，更有利于早期恢复。
关键词：3D打印技术；股骨头坏死；导向模板；坏死灶刮除术；β-磷酸三钙；陶瓷棒植入术doi：10.3969/j.issn.1002-266X.2024.08.013中图分类号：R681.8 文献标志码：A 文章编号：1002-266X（2024）08-0054-05股骨头坏死是一种进行性进展的骨科难治性疾病，主要发生于20 ~ 50岁的中青年人群［1］。
3D打印在医疗生物方面的应用案例
数据显示，全世界每天共有18个人因为找不到合适的器官移植而导致死亡。
但这种局面有望得到改变，今后我们或许将可以通过3D打印得到合适的器官。
采访了解到，目前美国Organovo公司已经用3D打印技术培养出人体肝脏组织，用于毒理预测学和疾病建模，并计划在今年年底正式商用。
随着技术的日益成熟，3D打印将掀起医学界的产业革命。
应用市场将超百亿上海交通大学医学院附属第九人民医院的骨科诊室，一个特别的手术正在进行。
这是一个骨盆肿瘤患者，经过诊治后大半个骨盆被切除，面临残废的风险，医生正在想办法让他重新站立行走。
中国工程院院士、该院骨科主任戴尅戎教授介绍，按照以前的办法，一般是使用制好的“通用型”金属制品或经过处理的异体骨头修复骨骼巨大缺损，但匹配度差，效果并不好。
而如今，他们正在尝试用3D打印技术为患者重新“打印”一个新的骨盆。
在手术前，他们用CT扫描和磁共振技术采集完整的骨盆和肿瘤的数据，在此基础上在计算机中构建出病人骨盆的立体图像，并给出肿瘤的边界和手术切除的范围。
同时，通过3D打印设备，打印出一个完整的与病人相同的骨盆模型。
由医师先在模型上进行模拟切除，根据模型的残缺情况，设计制造出人工半骨盆假体并在模型上进行模拟安装和修正，模拟安装成功后，再使用钛合金打印出真正的骨盆假体。
手术切除肿瘤后，植入假体并与残留骨盆精确连接。
订制的骨盆表面还可加上特殊涂层或微孔结构，有利于周围组织与假体形成一体。
最后的手术很成功，病人已经能够站立行走。
据悉，从上世纪80年代后期，戴尅戎的医学团队就开始在骨科应用3D打印技术即快速原型技术，已利用3D打印技术为九院和其他医院的数百例四肢和骨盆严重病变的病人制作了不同部位和形状的个体化骨关节修复假体，并取得成功。
3D打印也称“增材制造(AdditiveManufacturing) ”，与传统的机械制造主要通过削除材料完成产品的方式不同，是一种以计算机的数据设计文件为基础，使用粉末状金属或塑料或者其他可粘合材料，通过逐层堆叠累积的方式，将材料逐层沉积或黏合以构造成三维物体的技术。
受莲藕结构启发的3D打印生物陶瓷支架改善血管化和骨生长
受莲藕结构启发的3D打印生物陶瓷支架改善血管化和骨生长临床上，大块骨缺损的修复是人类面临的挑战之一，3D打印技术可以便捷的制备形状可控的多孔支架材料，广泛应用于生物材料和骨组织工程领域。
传统3D打印支架具有多孔的结构，将材料植入缺损部位后，营养物质和细胞沿着孔向内渗入支架内部，有利于骨组织向内长入，促进骨缺损的修复。
然而，传统3D打印支架在大块骨缺损方面仍显不足。
传统3D打印支架由实心的基元堆叠而成，降低了材料的孔隙率；传统3D打印支架的孔隙呈阶梯三维延伸状，并没有形成平直的孔道状，在流体力学上有较强的流体阻力，不利于营养物质和细胞渗入支架内部，阻碍了修复过程中的成血管和成骨。
近日，中国科学院上海硅酸盐研究所研究员吴成铁与常江带领的研究团队，在3D打印复杂结构生物陶瓷用于血管化大块骨缺损修复方面取得新进展。
该研究团队受到自然界中莲藕内部平行多通道结构的启发，采用3D打印制备出仿生莲藕支架，并与上海交通大学附属第九人民医院蒋欣泉团队合作，进一步发现该类支架相对于传统3D打印支架，具有显着提高大块骨缺损的修复的能力。
相关研究成果发表在Advanced Science上，并申请专利一项。
该研究团队把传统3D打印支架每个基元的内部做成平行多通道结构，这种结构有望促进新血管和骨组织的长入，有利于骨缺损的修复，并重新设计了内部共轴镶嵌的挤压式3D打印针头，通过改进的3D打印制备方法，实现一次性打印仿生莲藕支架，改进的3D打印方法能够调控仿生莲藕支架的物理和化学性质。
采用该方法不仅可以用各种生物陶瓷（Akermanite，Al2O3，ZrO2）、金属Fe和高分子海藻酸钠等多种材料制备出仿生莲藕支架，而且能制备出不同形状、孔道数目、孔道直径的仿生莲藕支架。
此外，通过调控3D支架的基元堆砌方式和孔道数目，来调控该仿生莲藕支架的孔隙率和力学强度。
该仿生莲藕支架的最高孔隙率达到80%，力学强度可达40MPa以上，能满足骨缺损修复材料的要求。
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3d打印生物陶瓷骨科案例
3D打印生物陶瓷在骨科领域的应用是一项创新技术，可以为患者提供个性化、精准的医疗解决方案。
以下是一些3D打印生物陶瓷在骨科的实际应用案例：
1.定制骨植入物：利用3D打印技术，可以根据患者的骨骼结构
和损伤情况，设计并制造个性化的骨植入物。
这些植入物可以
在手术前精确匹配患者的骨骼，提供更好的贴合性和稳定性。
2.髋关节置换：在髋关节置换手术中，通过3D打印技术制造的
陶瓷部件可以替代传统的金属或塑料部件。
生物陶瓷具有生物
相容性好、耐磨损、抗腐蚀等优点，可以减少患者对金属过敏
或其他并发症的风险。
3.颌面外科手术：在颌面外科手术中，3D打印生物陶瓷可以用
于制作颌骨植入物、面部骨切割模板等。
这有助于提高手术的
准确性和成功率，减少手术时间。
4.脊柱手术：在脊柱手术中，3D打印生物陶瓷可用于制造椎间
盘替代物、脊柱植入物等。
个性化的设计可以更好地适应患者
的脊柱结构，提高手术效果。
5.复杂骨折修复：针对复杂的骨折情况，特别是那些需要进行精
密植入物的情况，3D打印生物陶瓷可以提供高度定制化的解决
方案。
这有助于恢复骨折部位的正常结构和功能。
需要注意的是，尽管3D打印生物陶瓷在骨科应用中显示出巨大的潜力，但在实际应用中仍需要面对一些挑战，例如材料的生物相容性、
打印精度、工程性能等方面的优化。
随着技术的进步和研究的深入，这些问题有望逐渐得到解决。