3D打印技術(shù)應(yīng)用于關(guān)節(jié)置換

關(guān)節(jié)置換術(shù)為臨床中常用的治療關(guān)節(jié)功能障礙方式之一，可恢復(fù)關(guān)節(jié)形態(tài)、功能。隨著對關(guān)節(jié)解剖及關(guān)節(jié)生物力學(xué)的深入研究，傳統(tǒng)關(guān)節(jié)假體材料的選擇、設(shè)計(jì)、性能及遠(yuǎn)期療效得到明顯改善，患者術(shù)后效果較好，不良反應(yīng)發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)明顯下降。目前臨床中關(guān)節(jié)置換手術(shù)計(jì)劃制訂多是基于傳統(tǒng)影像學(xué)資料，難以全面、準(zhǔn)確地反映病變關(guān)節(jié)信息，尤其是截骨角度的把握，多依賴手術(shù)者的熟練度及個(gè)人經(jīng)驗(yàn)，另外，假體型號也存在與患者實(shí)際解剖結(jié)構(gòu)不匹配的問題，影響患者后續(xù)關(guān)節(jié)功能恢復(fù)。3D打印技術(shù)具有精確、個(gè)性化的特點(diǎn)，其利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，在醫(yī)療領(lǐng)域尤其是人工關(guān)節(jié)假體的制造方面的應(yīng)用不斷拓展。因此，如何能夠使3D打印技術(shù)更好地應(yīng)用于關(guān)節(jié)置換術(shù)，在提高治療效果的同時(shí)，減少不良反應(yīng)發(fā)生，造福人類，成為臨床面臨的新挑戰(zhàn)。本文對此進(jìn)行探討。

3D打印技術(shù)研究現(xiàn)狀

在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中，如何制備生物相容性高的骨性支架一直是研究熱點(diǎn)課題之一，而3D打印技術(shù)通過篩選原料，制備與機(jī)體具有較高生物相容性的材料，以作為細(xì)胞生長載體，降低排斥反應(yīng)，從而發(fā)揮生物學(xué)作用。在關(guān)節(jié)置換領(lǐng)域中，利用3D打印技術(shù)制造出骨組織工程支架，有利于細(xì)胞遷移、增殖與分化，為骨組織修復(fù)提供良好的環(huán)境。Inzana等利用3D打印技術(shù)制作出網(wǎng)狀骨組織工程支架，應(yīng)用于小鼠股骨缺損模型中，發(fā)現(xiàn)能夠獲得較理想的機(jī)械性能、生物相容性及可降解性，同時(shí)具有引導(dǎo)成骨作用。但臨床應(yīng)用過程中，因3D打印技術(shù)受限于材料及打印設(shè)備，其各種模型、內(nèi)植物還未能達(dá)到完美，僅在臨床應(yīng)用中處于探索及起步階段，今后也面臨著各種力學(xué)及生物學(xué)方面的難題，但是3D打印技術(shù)展現(xiàn)出的魅力是巨大的，尤其是在骨科臨床應(yīng)用中，已日漸廣泛。

3D打印技術(shù)在關(guān)節(jié)置換術(shù)中的應(yīng)用

1、術(shù)前規(guī)劃

3D打印技術(shù)在關(guān)節(jié)置換術(shù)應(yīng)用的問題

科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步總是伴隨著相應(yīng)的弊端，3D打印技術(shù)也是如此，但隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，3D打印技術(shù)也會(huì)逐漸完善，應(yīng)用于臨床骨科疾病治療中，不僅可提高治療效果，同時(shí)對改善患者預(yù)后具有一定促進(jìn)意義。但是這些應(yīng)用同樣存在問題，主要集中于以下幾方面。

目前3D打印材料不斷增多，其中醫(yī)用原料包括膠原、殼聚糖等，聚乳糖、聚醚醚酮等高分子原料，羥基磷灰石等具有生物活性原料，鈦合金等金屬原料。雖然應(yīng)用原料多樣，但是醫(yī)學(xué)對于3D打印材料的要求較高，可選擇的材料微乎其微，因此，醫(yī)學(xué)打印材料的發(fā)展是影響3D打印技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域發(fā)展的主要因素。目前臨床骨科領(lǐng)域所使用的金屬材料雖然耐磨性較好，但3D打印機(jī)無法進(jìn)行冷卻處理，而高分子材料仍然處于試驗(yàn)階段，尚未應(yīng)用于臨床。

制作周期長

3D打印技術(shù)被稱為快速成形技術(shù)，但是在臨床應(yīng)用過程中需先獲取患者CT、MRI等影像學(xué)資料，再經(jīng)過數(shù)據(jù)處理，圖像重建，最終獲得3D打印產(chǎn)品，這個(gè)周期往往需要2～3d，因此需延長關(guān)節(jié)置換手術(shù)患者住院時(shí)間。

成本問題

3D打印產(chǎn)品價(jià)格較高，與技術(shù)壟斷、人工假體及植入物對打印材料及制作環(huán)境要求較高等原因密切相關(guān)。另外依據(jù)所使用的技術(shù)及材料的不同，也會(huì)導(dǎo)致價(jià)格相差較大，因而限制了3D打印技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用范圍。因而，如何降低3D打印技術(shù)成本，成為研究重點(diǎn)之一。臨床應(yīng)用受法律法規(guī)的制約    目前國外已有將3D打印產(chǎn)品應(yīng)用于臨床的報(bào)道，但是例數(shù)較少，而我國3D打印技術(shù)仍主要集中于實(shí)驗(yàn)研究中，因臨床應(yīng)用風(fēng)險(xiǎn)較高，尚未應(yīng)用于臨床中，同時(shí)相關(guān)的法律法規(guī)尚不完善，不易推廣使用。

新的隱患臨床發(fā)現(xiàn)，部分術(shù)者為了能夠發(fā)揮模型的作用，將消毒后的模型帶入手術(shù)室，指導(dǎo)術(shù)中操作，但是3D打印產(chǎn)品為高分子材料，無法進(jìn)行高溫消毒，可能增加術(shù)中發(fā)生感染風(fēng)險(xiǎn)。

解決策略

加強(qiáng)多部門合作由于打印機(jī)工作原理的限制，導(dǎo)致打印精度與速度之間存在嚴(yán)重沖突，且在3D生物打印技術(shù)中，牽涉的技術(shù)較多，需要多學(xué)科、多部門進(jìn)行合作。加強(qiáng)醫(yī)院與廠家的合作，由廠家出設(shè)備，醫(yī)院出設(shè)計(jì)圖形，得到3D打印產(chǎn)品供臨床使用；同時(shí)加強(qiáng)專業(yè)人才培訓(xùn)，培養(yǎng)懂醫(yī)療及3D打印技術(shù)的復(fù)合型人才；加強(qiáng)各醫(yī)院間的交流合作，實(shí)現(xiàn)資源共享，舉辦經(jīng)驗(yàn)交流及研討會(huì)，探討3D打印技術(shù)應(yīng)用中所存在的問題。

完善3D打印機(jī)配套軟件及打印材料研發(fā)

建立相關(guān)法律法規(guī)

規(guī)范3D打印技術(shù)在關(guān)節(jié)置換術(shù)中的應(yīng)用，建立3D打印產(chǎn)品相適應(yīng)的注冊和監(jiān)管辦法，才能大量投入使用，為患者造福。2014年新頒布的《醫(yī)療器械注冊管理辦法》，規(guī)定新醫(yī)療器械的審評制度，對促進(jìn)3D打印產(chǎn)品應(yīng)用于臨床具有重要意義；同時(shí)修訂《醫(yī)療器械監(jiān)督管理?xiàng)l例》，將新的3D打印材料納入其中，建立了具有中國特色的、系統(tǒng)的、人性化的醫(yī)療器械監(jiān)管系統(tǒng)。只有完善3D打印醫(yī)療產(chǎn)業(yè)相關(guān)法律法規(guī)，才能促進(jìn)其在醫(yī)學(xué)中的快速發(fā)展。

展望

總之，3D打印技術(shù)在關(guān)節(jié)置換術(shù)中具有較大應(yīng)用前景，可給醫(yī)療衛(wèi)生技術(shù)改革提供強(qiáng)勁動(dòng)力。應(yīng)用3D打印技術(shù)時(shí)，需注意實(shí)際情況，同時(shí)與傳統(tǒng)醫(yī)療技術(shù)相結(jié)合，進(jìn)行優(yōu)勢互補(bǔ)，最大效能發(fā)揮3D打印技術(shù)的應(yīng)用，惠澤全人類。