創(chuàng)新型3D打印股骨或?qū)⒏淖児趋佬迯?fù)和外科手術(shù)規(guī)培模式

2024年11月1日，南極熊獲悉，德克薩斯大學(xué)達(dá)拉斯分校 (UTD) 的一個研究小組開發(fā)了一種 3D 打印股骨模型，有望為骨科手術(shù)準(zhǔn)備、生物力學(xué)研究和骨修復(fù)領(lǐng)域提供經(jīng)濟(jì)高效且可定制的解決方案。這款 3D 打印股骨由德克薩斯大學(xué)西南醫(yī)學(xué)中心的骨科醫(yī)生合作打造，代表了一種以患者為中心、改善手術(shù)規(guī)劃和培訓(xùn)的新方法。

△3D 打印股骨復(fù)制品可以幫助醫(yī)生準(zhǔn)備手術(shù)并開發(fā)腫瘤治療方法

這項(xiàng)研究成果以題為“Three-dimensional-printed femoraldiaphysis for biomechanical testing-Optimization and validation”的論文發(fā)表在《骨科研究雜志》上，凸顯了 3D 打印骨骼在促進(jìn)骨科護(hù)理方面的潛力。進(jìn)一步的研究將完善模型并探索其他臨床應(yīng)用，包括骨組織再生的潛在用途。

論文鏈接：https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39101345/

傳統(tǒng)骨科手術(shù)的挑戰(zhàn)和3D打印解決方案

在傳統(tǒng)實(shí)踐中，骨科醫(yī)生依靠尸體骨骼或合成骨骼模型來研究手術(shù)技術(shù)并評估植入物的有效性。然而，尸體骨骼價格昂貴且難以獲取，而市售的合成骨骼可能缺乏定制治療所需的解剖精度。此外，它們可能需要花費(fèi)一些時間來獲取，并且可能無法反映患者特定手術(shù)所需的獨(dú)特幾何形狀。

△博士生 Kishore Mysore Nagaraja（左）和機(jī)械工程助理教授 Wei Li 博士進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)室測試，以評估 3D 打印股骨模型的機(jī)械性能。（圖片來源：UTD）

在 UTD 機(jī)械工程助理教授 WeiLi 博士的帶領(lǐng)下，研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一個 3D 打印股骨原型，由可生物降解聚合物聚乳酸 (PLA) 材料制成。這種材料可以實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)高效的生產(chǎn)，每個股骨模型的打印成本約為 7 美元。打印的骨骼長度接近 8 英寸，直徑為 1 英寸，代表了人類股骨的中段，在實(shí)驗(yàn)室測試中表現(xiàn)出與天然人體骨骼非常相似的機(jī)械性能。

△研究人員使用 3D 打印機(jī)制作股骨樣本，估計(jì)每個股骨模型的生產(chǎn)成本約為 7 美元。（圖片來源：UTD）

3D 打印工藝使工程師能夠復(fù)制患者股骨的精確幾何形狀，從而讓醫(yī)生能夠根據(jù)患者的具體情況定制模型。這種能力對于骨腫瘤治療至關(guān)重要，因?yàn)閺?fù)制受影響的骨部分有助于測試靶向療法。

△研究人員使用萬能試驗(yàn)機(jī)評估 3D 打印股骨設(shè)計(jì)，以評估各種材料和結(jié)構(gòu)特性。（圖片來源：UTD）

應(yīng)用和未來方向

除了為生物力學(xué)研究和外科手術(shù)訓(xùn)練提供經(jīng)濟(jì)高效的替代方案外，3D 打印股骨還有更廣泛的意義。Li博士表示，這種聚合物模型有朝一日可以取代目前用于骨修復(fù)的鈦等材料。在另一個有希望的應(yīng)用中，研究人員計(jì)劃將 3D 打印的腫瘤納入這些模型中，從而可以直接在模擬骨結(jié)構(gòu)上進(jìn)行術(shù)前測試和治療開發(fā)。

該項(xiàng)目匯集了不同學(xué)科的專家，包括來自德克薩斯大學(xué)西南醫(yī)學(xué)中心的骨科腫瘤外科醫(yī)生Robert Weinschenk 博士和手部及上肢外科醫(yī)生 Richard Samade 博士。兩位外科醫(yī)生都為項(xiàng)目帶來了工程專業(yè)知識，增強(qiáng)了探索新型骨科解決方案的協(xié)作方式。

隨著研究的進(jìn)展，UTD 和 UTSouthwestern 團(tuán)隊(duì)對 3D 打印如何改變骨科手術(shù)并實(shí)現(xiàn)更加個性化和精準(zhǔn)的治療感到樂觀。