3D打印技术在骨科临床的应用
3D打印技术在骨科的应用和展望
3D打印技术在骨科的应用和展望摘要：近年来，随着3D打印概念不断发展，3D打印技术在全球的应用越来越广泛，其中生物医疗领域是3D打印技术的重要应用之一。
文章介绍了3D打印技术在医疗骨科领域的应用和未来展望。
关键词：骨科；应用；3D打印；定制化3D打印是直接根据三维数据，通过自动化控制，将材料逐层加工、叠加成形，从而获得构件的加工技术，具有制造周期短，响应速度快等特点。
3D打印技术能够根据医学影像数据，将虚拟图像转换成三维实物，实现个性化设计和解剖学匹配，为临床医学构建准确的病理模型和适合患者的定制化植入物。
随着3D打印技术的进步和可打印材料的发展，该技术在生物医疗领域的应用越来越广泛，骨科领域是3D打印技术最早实现产业化的医疗应⽤领域之⽤。
一、创伤外科的应用1.四肢骨折治疗通过术前的准确评价和骨折分型的确定，可以确定骨折治疗方案。
对于复杂的关节面骨折，其解剖结构复杂、血管畸形多、复位难度高，而常规的CT成像只能在平面上对骨折进行观察，手术方案依赖医生的立体想象和经验判断等，术前要有充分的准备。
由于病情的复杂和多变，即使医生技术高超，也存在着手术难度高、手术时间长等问题。
利用3D打印技术，可以将骨折模型预先打印出来，用于术前分析准备和术中过程模拟，从而降低手术难度、缩短手术需要的时间。
2.定制个性化内固定物对于一些先天性骨骼发育畸形或复杂骨折的治疗，由于其临床解剖学类型与正常解剖学不相符，医生需按临床经验和手术操作要求对内固定物进行调整、塑形，但单凭临床经验术中处理的固定物与实际情况并不一定相符，反复被塑形的固定物也会引发安全风险。
在手术前，根据病人的实际情况，设计并3D打印制造出适合患者的个体化内固定物，可有效减少手术过程风险。
二、脊柱外科的应用大部分脊柱外科都是通过钉棒系统来恢复脊柱的稳定性。
例如脊髓压缩性骨折和椎体滑脱会影响脊柱的稳定性，利用钉棒系统的撑开复位作用可以很好的恢复脊柱的生物力学稳定性。
3D打印技术在骨科临床教学中的应用
3D打印技术在骨科临床教学中的应用摘要：3D打印（3D Printing）又称快速成型（Rapid Prototyping，RP）技术，是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等粘合材料通过逐层堆叠累积的方式制造三维实体的先进技术。
近年来，随着3D打印技术的成熟，价格的下降，其应用范围逐渐从工业领域扩展到医疗、教育等领域。
医学3D打印首先通过CT或MRI获取原始数据，经过软件处理后建立三维数字模型，根据临床需要，借助计算机辅助制造（Computer Aided Design，CAD）软件进行修改和应用设计，最终将数据输入到3D打印机完成打印。
随着医学图像技术的发展，3D打印技术率先在颅颌面和整形外科开展了临床应用并取得成功，一定程度上也促进了骨科医师将3D打印技术应用于临床工作中。
关键词：骨科；临床教学；3D打印技术引言3D打印技术起源于19世纪末的美国，并在20世纪80年代得以发展和推广。
3D打印是基于材料累加概念和叠层制造方法，在计算机的控制下，根据物体的CAD模型或CT等数据，通过材料的精确堆积制造原形的一种基于离散、堆积成型原理的数字化成型新技术，可自动而迅速地将设计思想转化为物理试验模型或直接制造零件，这样就可以制造出外形与结构等同于原形的、具有复杂空间结构的模型。
CT三维重建和快速成型技术的结合可制造出1：1等大的、高度仿真患者伤情的模型已成为现实，目前已经在临床上得到了初步的应用。
一、3D 打印模型特点和设备（一）、特点能帮助学生直观地理解颌骨病变及缺损的解剖部位，更明确地反映其三维空间关系；型和镜像模型所提供的三维结构可多视角观察、实体感强，可反复进行模型外科操作；更为直观地引入以咬合修复为目标的颌骨功能性重建理念；缩短学习过程、提高学习效率、激发了学生的积极性、能动性以及解决问题的能力，可使学生参与实际手术的设计，加强学生的学习兴趣，提高学生的创新能力。
（二）、设备3D 打印过程的关键设备是3D 打印机，它是集机械、控制及计算机技术等为一体的复杂机电一体化系统，主要包括高精度机械系统、数控系统、喷射系统和成型环境等，此外还涉及新型打印材料的开发、不同设备不同材料打印工艺的研究、产品创新设计等众多方面。
3D打印在骨折固定中的应用
3D打印在骨折固定中的应用
3D打印骨折固定的设计理念
3D打印骨折固定的设计理念
▪ 定制化设计
1.根据患者的具体骨折情况和解剖结构进行定制化设计，提高固定的准确性和适配性。 2.利用3D打印技术的高精度和复杂性，能够制造出传统方法难以实现的个性化固定装置。
▪ 生物相容性
1.选择生物相容性良好的打印材料和工艺，减少排异反应和感染风险。 2.通过3D打印制造具有生物活性的骨折固定装置，促进骨折愈合和组织再生。
▪ 培训与教育
1.加强医学教育，培养更多的骨科医生和工程师掌握3D打印技 术，提高技术应用水平。 2.开展公众科普宣传，提高患者对3D打印技术的认知度和接受 度，为技术的推广应用创造良好的社会环境。
未来展望与挑战
成本与效益
1.进一步降低3D打印技术的成本，提高其在骨折固定治疗中的 性价比，为更多患者提供可及的治疗方案。 2.开展卫生经济学研究，评估3D打印技术在骨折固定领域的经 济效益和社会效益，为未来推广提供依据。
3D打印在骨折固定中的应用
临床案例分析与评估
临床案例分析与评估
▪ 案例一：胫骨骨折固定
1.患者情况：中年女性，胫骨骨折，骨折类型为螺旋型骨折。 2.打印材料：选用生物可降解的聚乳酸材料，具有良好的生物 相容性和降解性。 3.固定方式：采用3D打印定制的个性化钢板进行固定，符合骨 折部位的解剖形态。
3D打印材料与生物相容性
▪ 提高3D打印材料的生物相容性
1.通过改变材料的表面结构或化学成分，可以提高3D打印材料 的生物相容性。 2.采用生物活性材料或添加生物因子，可以促进人体组织与3D 打印材料的融合和生长。 3.在3D打印过程中，优化工艺参数和后期处理方法，也可以提 高3D打印材料的生物相容性和固定效果。
3D打印技术在医学方面的应用研究
3D打印技术在医学方面的应用研究随着科技的不断进步和发展，越来越多的技术应用到了医学领域。
3D打印技术，也被广泛地应用于医学领域。
本文将从骨科、牙科、脑神经外科、眼科、心血管等方面来讨论3D打印技术在医学方面的应用研究。
骨科在骨科领域中，3D打印技术的应用主要包括临床手术模拟、定制化手术导板及人工关节等。
比如对于螺钉、凿子等切削工具和内固定伺服器械，可以通过3D打印技术打印实际尺寸、材质的物理模型，供医生在手术前进行操作模拟，降低手术过程中的风险。
此外，通过3D打印技术，医生可以根据每个患者的特殊情况，制作手术导板和人工关节，以协助手术和提高手术质量。
牙科在牙科领域中，3D打印技术主要应用于制作牙齿的模具、牙套等。
通过3D打印技术，可以制作高精度的修复模具，提高修复效率和精度，同时保证患者的修复效果。
此外，在牙齿移动矫正的治疗过程中，3D打印技术也可以制作高精度、定制化的牙套，为患者提供更好的治疗方案和效果。
脑神经外科在脑神经外科领域中，3D打印技术的应用主要集中在手术计划及操作过程中。
通过3D打印技术，医生可以在手术前制作出精确的人体脑部模型，以便进行手术模拟和规划。
此外，在手术操作过程中，3D打印技术也可以用于制作精确的手术模板，以减少手术过程中的误差，提高其精准度。
眼科在眼科领域中，3D打印技术主要应用于制作植入式眼镜片、人工眼眶等。
通过3D打印技术，医生可以根据患者的眼部情况，制作高度个性化的眼镜片，提高其矫正效果。
此外，对于一些眼部缺损患者，3D打印技术可以制作出定制的人工眼眶，并且可以将其与其他眼部组织进行粘合，最终能够还原完整的眼部结构。
心血管在心血管领域中，3D打印技术主要应用于手术规划及模拟。
通过3D打印技术，医生可以制作出精确的心脏、血管模型，以帮助其进行手术模拟、规划和操作。
此外，在一些心脏瓣膜等手术中，也可以通过3D打印技术来制作出高精度、定制化的心脏瓣膜，提高手术的成功率和效果。
骨折修复的新技术D打印在骨科手术中的应用前景
骨折修复的新技术D打印在骨科手术中的应用前景骨折修复的新技术3D打印在骨科手术中的应用前景近年来，随着科技的不断进步和医学领域的发展，骨科手术修复的方法也不断创新。
其中，3D打印技术正逐渐成为骨科手术中的热门应用。
本文将探讨骨折修复的新技术3D打印在骨科手术中的应用前景，并分析其优点和局限性。
一、3D打印技术的介绍3D打印技术是指通过一系列的制造工艺，在计算机辅助设计的基础上，将可溶性材料层叠成三维结构，并将其逐渐固化，最终得到具有复杂形态的物体。
在骨科手术中，使用3D打印技术可以根据患者的具体情况，制作出个性化的骨折修复材料。
二、3D打印技术在骨科手术中的优势1. 个性化设计：传统的骨折修复材料通常是标准化生产，无法完全适应患者的个体差异。
而采用3D打印技术，可以根据每位患者的具体情况，进行个性化设计和制造，提供更加贴合患者骨骼形态的修复材料。
2. 更好的修复效果：通过3D打印技术，可以根据患者的骨折位置和严重程度，制作出更加精确、完整的修复模型，从而实现更好的修复效果。
与传统的修复材料相比，3D打印材料在形态和功能上更加接近真实骨骼，促进骨折的愈合和生长。
3. 缩短手术时间：在传统的手术中，外科医生需要将标准化的修复材料进行尺寸调整和改装，以适应患者的骨骼结构。
而采用3D打印技术，可以直接根据患者的数据制作出合适的修复材料，减少手术中的步骤和时间。
4. 减少感染风险：由于3D打印材料是根据患者的个体数据进行制造，可以实现精确贴合，减少材料与患者骨骼间的间隙。
这样可以降低感染的风险，提高手术的安全性。
三、3D打印技术在骨科手术中的局限性尽管3D打印技术在骨科手术中具有许多优势，但也存在一些局限性。
1. 制造成本高：由于3D打印技术需要使用特殊的设备和材料，制造过程相对较为复杂，导致制造成本相对较高。
这在一定程度上限制了3D打印技术在临床中的推广应用。
2. 时间成本较高：尽管3D打印过程在定制化方面具有优势，但由于需要较长的时间来制作和加工材料，这增加了手术的等待时间和治疗周期。
3D打印技术在骨科的应用现状及发展趋势探讨
3D打印技术在骨科的应用现状及发展趋势探讨李 晨，刘 深，杜志军（郑州市骨科医院，河南 郑州 450000）摘要：3D打印技术发展促使了在医疗领域尤其是骨科领域应用上进展。
本文对3D打印技术在国内骨科领域的应用现状进行了介绍和分析，探讨了应用过程中面临的主要问题和挑战，结合医学影像信息化工作流程和影像三维重建技术的发展，提出了对未来流程优化方面的发展趋势和见解。
关键词：3D打印；三维重建；医学影像存档传输系统；骨科3D打印技术是一种基于增材制造的快速成型技术，它以数字模型文件为基础，运用特定的可黏合材料，通过逐层打印的方式来构造物体。
由于其可以快速、高效的满足高难度、复杂、个性化的设计和制造需要，因此3D打印技术在各个行业领域中的应用逐渐受到重视并得到不断发展。
目前，3D打印在医疗行业已经在新药研发、临床诊断与治疗方面开始进行初步的尝试。
在骨科学领域，随着信息化、数字化技术与骨科学的联系日益紧密，传统骨科学诊疗行为模式发生了深刻变革，逐步从经验化、大体化、轮廓化向标准化、精准化、个性化及数字化的方向发展。
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、精准化的有效手段。
1 3D打印技术在国内骨科的应用现状在传统的骨科诊疗工作模式下，医师在手术前会根据患者的CT、磁共振等医学影像检查资料来了解手术部位的结构。
面对CT、磁共振影像这些的二维平面数据，要求医师有足够丰富的经验和想象才能把二维平面的数据立体化，以便于医师在手术过程中更加容易找到病灶的部位。
而借助于影像三维重建和3D打印技术，依据患者的医学检查影像（CT、磁共振检查等）进行医学影像的三维数字建模，并通过3D 打印技术来实现如下应用。
（1）个体化模型。
可以通过3D打印建模的器官模型做手术预案或模拟手术预演习，可以在一定程度上帮助医生提高复杂手术的成功率、降低手术风险、缩短手术时间。
目前，3D打印技术在应用中，能根据CT三维重建技术，构建1:1大小的3D模型，医生、患者及家属均能通过模型直观的进行视觉、触觉的体验，为疾病诊断、手术操作前演练、术前手术方案设计、术中辅助操作及术后恢复等提供应用场景。
国内3D打印在医疗临床十大应用案例共19页
一、3D打印用于足踝手术手术风险降低
3D打印出的骨头和患者真实的骨头在外形上可以实现1：1的效果，相当于是将 患处的骨头“搬运”了出来。武汉大学人民医院骨三科主任李亚明教授介绍，涉及 到足踝关节等复杂部位时，传统影像报告的局限性往往让专家们“眼见不一定为 实”。如何矫形、切口如何设计、要涉及哪些关节，这些都不十分明确。医生只能 依靠以往的经验一点点地截骨，导致患者的创伤和风险也随之增加。
董教授表示，3D打印技术成功应用于肝胆外科手术，实际上是精准医疗的体现。
精准医疗的核心是将现代科学技术与传统医疗相融合，借鉴循证医学方法，个体化 选择最低消耗、最小损害、最佳疗效作业。以前只能通过电脑实现的3D效果，现在 通过3D打印后1∶1的比例将模型带入手术室与术中进行比对，实时引导重要管道的
3D打印技术在准确定位病灶与重要脉管结构的关系上发挥了重要作用，不但可 以快速制造出与术中大小位置完全一致的透明化3D模型，也使外科医生跳出“凭空 想象”的窘境，在术前即可从多维度真实预见术中情形，明确重要管道的走行，制 定手术路径和程序并预演手术。在3D打印技术的辅助下，外科医生可借助肝脏及解 剖机构的3D图形，精确定位病灶并确定手术路径，实现完整切除病灶和避免重要解 剖结构损伤的多目标优化。
六、3D打印应用于牙科
从青岛口腔医院获悉，现今牙齿错颌畸形的发病率非常高，七成青少年牙齿存 在畸形。该院正畸科专家高杨说，牙齿畸形不及时矫正容易诱发牙周病。
3D打印技术在医学上的应用现状与展望
3D打印技术在医学上的应用现状与展望一、引言3D打印技术是指利用计算机辅助设计软件将各种物理模型转化为数字模型，再通过3D打印设备将数字模型切片并逐层累加，以实现对物体的实体型、模型或者零件等三维实现机械构建的技术。
在医学上，3D打印技术的应用逐渐得到了广泛认可。
本文将从各个角度详细探讨3D打印技术在医学上的应用现状和未来发展前景。
二、3D打印技术在医学诊断上的应用现状1. 快速原型技术医学中的快速原型技术主要应用在医学领域的产品研发、实验室研究、临床诊断等方面。
例如，医学科研人员可以利用3D打印技术制作复杂的器官模型以进行更为精确的研究；医生们可以利用3D打印技术制作出病人的3D模型，以预测手术风险、并优化手术方法。
2. 计算机辅助设计与制造3D打印技术的入门门槛日渐降低，不仅减少了制造成本，也为各种新型治疗设备的开发提供了方便。
举例来说，得益于3D打印技术的应用，人工智能技术也应用于口腔领域。
现在，计算机可以通过扫描从病人口腔中获得的数据，然后利用3D打印技术帮助定制口腔矫正器。
3. 人工器官制造3D打印技术在医学技术上最大的价值在于它能够制造人工器官。
如今，3D打印技术已被广泛应用到人工骨骼、全球首个成功移植的3D打印肝脏、全部自主研发的3D打印心脏等领域。
随着这些研究的不断深入，医学界的专家已经开始对3D打印人工肝脏等研究进行评估。
4. 化疗剂量分析化疗对于肿瘤患者具有重要的治疗作用。
对于肿瘤病人，医生在注射化疗药物之前会先进行模拟计算，确定化疗的剂量和位置。
3D打印技术使得医生们可以准确计算化疗的剂量，这也有助于减轻化疗对病人的负担。
三、3D打印技术在医疗手术上的应用现状1. 手术前的模拟3D打印技术为手术前的模拟提供了非常便利的条件，如心脏手术、脑部手术、糖尿病足的手术等等。
例如，在骨科方面，医生可以使用3D打印技术制作出病人特殊的骨头模型，以实现模拟手术。
在肝脏移植方面，医生们可以使用3D打印技术帮助重构模拟器，以检查合理的移植。
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术中假体使用情况
实用文档
使用导航模板置 钉精准度提高
实用文档
术后假体匹配良好
双侧椎动 脉完整
实用文档
术后5个月，肿瘤无复发，骨融合良好
实用文档
CASE 11
u Female，70岁，右膝OA，内翻畸形，内侧平 台骨缺损,3D打印膝关节截骨导板和金属垫块
实用文档
截骨导板 的使用
术中情况
金属垫块 的使用
实用文档
术后影像
下肢力线满意
实用文档
术后功能
实用文档
CASE 12
u male 65岁 右髋骨性关节炎
实用文档
术中应用
实用文档
术后影像
实用文档
术后一年影像
术后一年CT提 示：髋臼骨长 入良好
实用文档
3D打印技术的优势
• 将医患之间的交流简单化 • 手术预演、缩短学习曲线 • 减少手术创伤、缩短手术时间 • 使手术更加精细化、减少手术并发症 • 疾病的治疗个性化、数字化 • 有利于患者恢复
bone[M].Lyon：IARC Press，2002 ：226-376
少见 0.4-5/100000
Kilciksiz S，Karakoyun-Celik O，Agaoglu F Y，et al.A review for solitary plasmacytoma of bone and extramedullary pla实sm用a文cy档toma [J]. Scientific
实用文档
术前设计导板
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实用文档
T1WI
T2WI
增强
轴位
病变组织明显强化、椎管内占位
Fletcher C D，Unni K K，Mertens F.World Health Organization classification of tumour：Pathology and genetics of tumours of soft tissue and
术中情况
实用文档
术后情况
实用文档
CASE 7
u Female 60岁 双侧DDH（Crowe Ⅰ型）
R
L
实用文档
DDH髋臼的解剖重建：髋臼真实中心位置 外展角及前倾角
实用文档
实用文档
术前设计确 定真臼和打 磨方向
实用文档
实用文档
双侧髋臼 模拟放置
实用文档
实用文档
R
L
实用文档
CASE 8
打印技术在骨科临床的应用
长沙市第三医院骨科
雷青
实用文档
3D打印概念和原理
概念
又称为增材制造（additivemanufacturing AM），是一种以数字模型文件为基础，粉末状塑 料或金属等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构 造物体的技术，无需传统加工机床和模具。
打印技术: 一场悄然兴起的工业革命
实用文档
3D模型的应用
实用文档
CASE 1
Female，16y高处坠落伤：骨盆骨折（C1.2），右 股骨干粉碎性骨折（C1），右胫骨Pilon骨折 （C3）、右腓骨骨折 （B2），腰1压缩性骨折
实用文档
实用文档
术后 影像 资料
实用文档
术后半年随访影像学资料
实用文档
CASE 2
Male 43岁高处坠落伤 右胫骨平台骨折 SchatzkerⅥ型
实用文档
2013年我科在湖南省内首次将3D打印技术应用于临床并获得理想临床效果 ——目前已从单纯的模型打印，扩展到手术导板、金属打印应用方面。
2014年我院成立湖南省长沙市3D打印临床应用研究所，为3D打印技术在骨 科的临床应用提供了研究平台。
目前应用3D打印技术已辅助完成相关手术700余例
感染关节中的应用
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传统方法
实用文档
基于3D打印技术的SPACE
提取原假体数据制成模具
模具制成的 SPACE
实用文档
比较
实用文档
3D个性化内置物
实用文档
CASE 10
u Male 53岁 C7椎体及附实用文档
支持浆细胞瘤
C7椎体及附件破坏、 椎体明显塌陷伴前 脱位
实用文档
在模型的基础上设计个性化的内固定
实用文档
术后影像学资料 关节面平整
实用文档
CASE 3
Male 45岁 Pilon骨折
实用文档
传统接骨板
实用文档
u术后情况
实用文档
辅助工具的应用
实用文档
CASE 4
Male 46岁 颈椎后纵韧带骨化症
实用文档
l术前设计 l导板进一步优化 l术中情况
u 55岁male ，术后外旋畸形+短缩畸形 ----旋转截骨导板
实用文档
u 三维成像技术+逆向工程软件 u 计算患侧胫骨远端外旋畸形角度+模拟截骨矫
形----3D打印旋转截骨导板
实用文档
u 术中矫形情况及术后X线片：外旋角度基本纠正
实用文档
u 术后1月随访 外形及功能满意
实用文档
CASE 9
实用文档
术后影像
实用文档
实用文档
CASE 5
TKA新型截骨导板的使用 术前X片
实用文档
术中情况
传统导板
改良导板
实用文档
术后验证:模拟截骨和实际截骨一致
实用文档
术后情况：截骨导板可提高截骨精度，获得 更好的下肢力线
实用文档
CASE 6
male 30岁车祸伤 双侧耻骨上下肢、骶骨骨折 （改良Tile AO Muller 分型 C1.3型）
World Journal，2012，10(895765)：1-6.
存活时间 7.5-12年
计算机模拟C7椎体全切
模拟复位后， 设计个性化人 工椎体及人工 椎板并设计椎 弓根钉钉道
实用文档
脊柱不稳 神经受损 放疗无效
需手术
逆向工程软件
Ø将椎板及椎体设计成孔隙结构 Ø椎体的螺钉为锁定结构
实用文档
术中应用导板置钉
实用文档
3D打印技术的发展
20世纪 九十年代
模型制作
手术辅 助工具
内植物
生物活 性材料
实用文档
3D打印技术的应用
航空航天、医疗健康、汽车、 模具 制造、高等教育等行业
p组织器官培育为未来研究重 要方向
实用文档
3D打印技术在医学的应用
A. 模型制作 B. 假肢制作 C. 导板工具 D. 内植物（修补、填充或功能重建) E. 人体组织、器官