3D打印技术应用于关节置换

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。

3D打印技术研究现状

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

1、术前规划

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。

目前3D打印材料不断增多，其中医用原料包括胶原、壳聚糖等，聚乳糖、聚醚醚酮等高分子原料，羟基磷灰石等具有生物活性原料，钛合金等金属原料。虽然应用原料多样，但是医学对于3D打印材料的要求较高，可选择的材料微乎其微，因此，医学打印材料的发展是影响3D打印技术在医学领域发展的主要因素。目前临床骨科领域所使用的金属材料虽然耐磨性较好，但3D打印机无法进行冷却处理，而高分子材料仍然处于试验阶段，尚未应用于临床。

制作周期长

3D打印技术被称为快速成形技术，但是在临床应用过程中需先获取患者CT、MRI等影像学资料，再经过数据处理，图像重建，最终获得3D打印产品，这个周期往往需要2～3d，因此需延长关节置换手术患者住院时间。

成本问题

3D打印产品价格较高，与技术垄断、人工假体及植入物对打印材料及制作环境要求较高等原因密切相关。另外依据所使用的技术及材料的不同，也会导致价格相差较大，因而限制了3D打印技术在医学领域中的应用范围。因而，如何降低3D打印技术成本，成为研究重点之一。临床应用受法律法规的制约    目前国外已有将3D打印产品应用于临床的报道，但是例数较少，而我国3D打印技术仍主要集中于实验研究中，因临床应用风险较高，尚未应用于临床中，同时相关的法律法规尚不完善，不易推广使用。

新的隐患临床发现，部分术者为了能够发挥模型的作用，将消毒后的模型带入手术室，指导术中操作，但是3D打印产品为高分子材料，无法进行高温消毒，可能增加术中发生感染风险。

解决策略

加强多部门合作由于打印机工作原理的限制，导致打印精度与速度之间存在严重冲突，且在3D生物打印技术中，牵涉的技术较多，需要多学科、多部门进行合作。加强医院与厂家的合作，由厂家出设备，医院出设计图形，得到3D打印产品供临床使用；同时加强专业人才培训，培养懂医疗及3D打印技术的复合型人才；加强各医院间的交流合作，实现资源共享，举办经验交流及研讨会，探讨3D打印技术应用中所存在的问题。

完善3D打印机配套软件及打印材料研发

建立相关法律法规

规范3D打印技术在关节置换术中的应用，建立3D打印产品相适应的注册和监管办法，才能大量投入使用，为患者造福。2014年新颁布的《医疗器械注册管理办法》，规定新医疗器械的审评制度，对促进3D打印产品应用于临床具有重要意义；同时修订《医疗器械监督管理条例》，将新的3D打印材料纳入其中，建立了具有中国特色的、系统的、人性化的医疗器械监管系统。只有完善3D打印医疗产业相关法律法规，才能促进其在医学中的快速发展。

展望

总之，3D打印技术在关节置换术中具有较大应用前景，可给医疗卫生技术改革提供强劲动力。应用3D打印技术时，需注意实际情况，同时与传统医疗技术相结合，进行优势互补，最大效能发挥3D打印技术的应用，惠泽全人类。