論文：土耳其大學(xué)研究人員評(píng)估3D打印在脊柱手術(shù)中的應(yīng)用

南極熊導(dǎo)讀：目前， 3D打印技術(shù)在骨科手術(shù)中的應(yīng)用越來(lái)越成熟，案例也越來(lái)越多，主要可以用于術(shù)前模擬，制作手術(shù)導(dǎo)板等。世界各個(gè)國(guó)家的醫(yī)療和科研人員也都在這方面進(jìn)行研究，目前已經(jīng)取得了不少的成果，一些產(chǎn)品也獲得了FDA、CFDA的認(rèn)證。

2020年6月4日，南極熊從外媒獲悉，土耳其大學(xué)的研究人員在近期發(fā)表的一篇論文中，評(píng)估了利用3D打印技術(shù)提高脊柱手術(shù)成功率的可行性。

脊柱外科醫(yī)生要處理各種復(fù)雜的脊柱病變，包括畸形、腫瘤、感染、外傷和退變等。所有這些問(wèn)題都有不同的復(fù)雜性，需要利用各種復(fù)雜的技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)的研究。通過(guò)將CT掃描和3D打印技術(shù)相結(jié)合，研究小組能夠快速將解剖學(xué)圖像轉(zhuǎn)換成一系列的導(dǎo)板和3D模型。這種新型組件可以在脊柱外科手術(shù)中實(shí)現(xiàn)新的應(yīng)用，包括術(shù)前規(guī)劃、手術(shù)模擬以及可能的植入體。

脊柱手術(shù)中的快速成型制造

研究人員表示，傳統(tǒng)手術(shù)中的技術(shù)如CT掃描和基于透視的方法可能會(huì)導(dǎo)致手術(shù)時(shí)間延長(zhǎng)、輻射暴露和高成本。

研究團(tuán)隊(duì)建議，利用觸覺(jué)而非二維圖像來(lái)評(píng)估患者，可以為脊柱外科醫(yī)生提供更逼真的解剖學(xué)演示，展示患者的畸形情況。使用這種方法，在復(fù)雜的脊柱手術(shù)中不需要使用術(shù)中導(dǎo)航，因此可以減少手術(shù)時(shí)間、失血量、透視時(shí)間以及成本。

治療脊柱畸形的手術(shù)往往需要生產(chǎn)即用型的植入物，這就帶來(lái)了植入物不準(zhǔn)確的嵌合后的移位風(fēng)險(xiǎn)。而3D打印這些部件，使其具有均勻的負(fù)荷分布和優(yōu)越的骨結(jié)合度，可以為患者量身定制種植體，降低了并發(fā)癥的風(fēng)險(xiǎn)。使用這種工藝制作的 "DP模型"，可以更準(zhǔn)確地呈現(xiàn)患者的解剖結(jié)構(gòu)，并顯示出較少常見(jiàn)的解剖結(jié)構(gòu)。

3D打印的核心是逐層打印的概念，這使得研究人員能夠制作出詳細(xì)的解剖模型，而使用其他方法，甚至是復(fù)雜的銑床都不可能完成。此外，研究人員發(fā)現(xiàn)，開(kāi)始制造時(shí)需要較少的工業(yè)機(jī)器，而且操作這些系統(tǒng)幾乎不需要培訓(xùn)。因此，將快速成型制造與CT掃描技術(shù)結(jié)合起來(lái)，可以制作出具有外部和內(nèi)部輪廓幾何形狀的復(fù)雜模型，這些模型可以與患者的解剖結(jié)構(gòu)非常相似。

通過(guò)三維成像顯示的骨科螺釘插入的角度，圖片來(lái)自《骨科外科雜志》

脊柱外科的輔助性進(jìn)展

椎管螺釘插入是脊柱外科手術(shù)中的常見(jiàn)手術(shù)，但它充滿了對(duì)下腔靜脈、降主動(dòng)脈、脊髓和肺部的潛在破壞性和危及生命的復(fù)雜損傷。2018年，韓國(guó)研究人員發(fā)現(xiàn)，3D打印可以用來(lái)避免此類并發(fā)癥的風(fēng)險(xiǎn)。在他們的研究中，事先對(duì)插管手術(shù)一無(wú)所知的住院醫(yī)師能夠在3D打印的模型上實(shí)施手術(shù)。雖然這些仿制品不能完全模仿真實(shí)人體組織的質(zhì)地，但研究人員發(fā)現(xiàn)，與標(biāo)準(zhǔn)的成像方法相比，這種設(shè)計(jì)能更好地呈現(xiàn)解剖學(xué)的特征，并有可能改善醫(yī)患互動(dòng)。

醫(yī)使用3D打印技術(shù)還可以幫助外科生通過(guò)3D打印的導(dǎo)板確定椎管切入點(diǎn)，以及通過(guò)3D打印的導(dǎo)板準(zhǔn)確的插入軌跡，從而減少螺釘插入手術(shù)中的并發(fā)癥。根據(jù)術(shù)前CT掃描或患者的MRI成像，導(dǎo)板布局包括與椎體后骨結(jié)構(gòu)相匹配的節(jié)段，以及用于螺釘器械置入的鉆孔軌跡輪廓。在手術(shù)方案中，將滅菌后的部件放置在目標(biāo)椎體表面，以矯正椎體螺釘方向。

在一項(xiàng)試驗(yàn)性研究中，使用3D打印的導(dǎo)板對(duì)11名患者進(jìn)行了手術(shù)。該組件可以進(jìn)行術(shù)前規(guī)劃，便于術(shù)中插入椎骨梗螺釘，而且該方法經(jīng)濟(jì)、方便。同樣，2019年進(jìn)行的一項(xiàng)研究在15名嚴(yán)重先天性脊柱側(cè)彎患者中使用3D打印的導(dǎo)板進(jìn)行了一系列研究。這些研究人員推測(cè)，螺釘插入比自由手技術(shù)更準(zhǔn)確，并向那些無(wú)法使用CT掃描儀或O型臂導(dǎo)航的外科醫(yī)生推薦了這種導(dǎo)板。此外，還遇到了5個(gè)異�；蜃儺�。導(dǎo)板的利用，幫助外科醫(yī)生挑選出正確的螺絲，并為每個(gè)腳梗選擇最理想的螺絲軌跡，有效地處理了變異。

土耳其的研究人員總結(jié)說(shuō)，使用3D打印的導(dǎo)板可以提高患者的安全性，讓外科醫(yī)生可以進(jìn)行更復(fù)雜的手術(shù)，并且可以為骨缺損患者創(chuàng)建定制化的植入物。未來(lái)的應(yīng)用可能會(huì)在術(shù)前規(guī)劃、手術(shù)模擬和術(shù)中指導(dǎo)等方面。雖然研究團(tuán)隊(duì)承認(rèn)，研究人員對(duì)聚合物模板產(chǎn)生的碎屑表示擔(dān)憂，但研究人員發(fā)現(xiàn)，特定于患者的鈦模板可以解決這一問(wèn)題，盡管成本較高。研究人員預(yù)計(jì)還將進(jìn)行進(jìn)一步的研究，以繼續(xù)開(kāi)發(fā)該技術(shù)，并找到脊柱手術(shù)的不同方面來(lái)使用該技術(shù)。

計(jì)算機(jī)斷層掃描評(píng)估顯示已實(shí)現(xiàn)了準(zhǔn)確的骨科螺釘固定，圖片來(lái)源：《骨科外科雜志》

外科手術(shù)中的增材制造應(yīng)用

其他各種3D打印公司也創(chuàng)新出了自己的脊柱植入物生產(chǎn)方案，其中很多都獲得了美國(guó)食品和藥物管理局（FDA）的批準(zhǔn)。

德克薩斯州醫(yī)療設(shè)備公司Osseus Fusion Systems的Aries系列3D打印脊柱植入物于2018年8月獲得FDA批準(zhǔn)。使用鈦材料生產(chǎn)的Aries腰椎間融合裝置，旨在幫助外科醫(yī)生緩解背部疼痛，縮短脊柱術(shù)后恢復(fù)時(shí)間。

總部位于賓夕法尼亞州的脊柱器械研發(fā)公司Centinel Spine于2018年6月獲得美國(guó)FDA的批準(zhǔn)，將其3D打印的植入器械推向市場(chǎng)。該公司的FLX平臺(tái)由全鈦設(shè)備組成，其工作原理是穩(wěn)定脊柱中的椎體，增加脊柱手術(shù)后患者的愈合過(guò)程。

醫(yī)療公司Emerging Implant Technologies GmbH (EIT)于2018年1月獲得FDA批準(zhǔn)，生產(chǎn)出 "有史以來(lái)第一個(gè) "3D打印的脊柱植入物，用于治療多種損傷。使用選擇性激光熔化（SLM）3D打印技術(shù)，使EIT能夠制造出具有模仿骨的松質(zhì)（"海綿狀"）和皮質(zhì)（硬）結(jié)構(gòu)的植入體。

研究人員的研究結(jié)果在他們題為 " 3D printing and spine surgery"的論文中詳細(xì)介紹了他們的研究結(jié)果，該論文發(fā)表在2020年5月29日的《 Journal of Orthopaedic Surgery》上。該研究由Alpaslan Senkoylu、Ismail Daldal和Mehmet Cetinkaya共同撰寫。


編譯自：3dprintingindustry