述评——3D打印技术在骨科的临床应用及展望

13D技术及应用1.13D打印技术3D打印技术又称快速成型技术(rapid prototyping,RP),是一种通过逐层堆叠打印的方式来制造实物模型的技术。它在计算机的控制下,通过逆向工程技术(reverse engineeiring,RE),即利用各种数字化设备对现有实物进行扫描和测量,利用计算机数据处理,运用各类可黏合材料进行精准3D打印。     

计算机辅助导航模板辅助颈椎椎弓根置钉可行性研究

目的：利用逆向工程原理和快速成型技术,通过尸体标本试验验证导航模板可行性及准确性。方法：选取成年男性正常颈椎骨标本1具,范围从C1-7CT连续断层扫描数据集,采用Mimics 8．1三维重建颈椎数字解剖模型。分别在Geomagic studio9、Magics 9．5软件平台打开三维重建模型,定位三维参考平面,利用逆向工程（RE）原理寻找椎弓根的最佳进钉通道,提取椎板的表面解剖学形态,建立与椎体后部解剖学形态一致的反向模板,拟合模板和椎弓根孔道成定位模板,将导航模板通过激光快速成形技术制造出实物模型。将制作的实物模板和标本的椎板相吻合,利用导航模板的导航孔置入椎弓根螺钉,术后根据CT扫描评价椎弓根螺钉位置的准确性。结果：成功的设计并制作出与椎体后部解剖学结构一致的导航模板。术后CT扫描显示,模拟手术置入的14枚椎弓根钉位置均为Ⅰ类。结论：利用逆向工程原理和快速成型（RP）技术为颈椎弓根的定位、定向提供了一种新的方法,具有较好的应用前景。     

3D打印技术在骨科的应用研究

3D打印呈现井喷式的发展,该技术在骨科的应用是一个热门的研究方向。本文阐述了3D打印技术在骨科方面的应用近况,主要对该技术在术前规划、术中导航、临床教学、医患沟通、康复支具、骨科内植物、生物打印等多个方面的应用进行综述,归纳了3D打印技术运用于骨科的优势,总结了目前存在的一些技术难点,并对3D打印技术在大块骨缺损的修复、假肢等方面的应用进行了展望。     

数字几何处理技术及在颌骨缺损修复手术中的应用

提出一种精确匹配的定制型医用内植物设计与制造方法。采用医学图像处理和数字几何处理技术从CT图像序列中获得以三角面描述的骨组织面模型。对几何模型进行三角面精简、碎片清除、切割、镜像和合并等几何运算后,用LOM法制作实际大小的快速原型模型。快速原型有利于精确匹配的内植物制作,对手术实施也有导向作用。利用该技术已进行30多例颌骨修复手术,效果良好。     

数字技术在骨科中的应用

数字技术是指利用现代计算机技术，把各种信息资源的传统形式转换成计算机能够识别的二进制编码数字的技术。目前数字技术之所以重要，就是0和1不仅能够表征各种信息，而且是计算机能够直接识别和处理的唯一数码，也是网络通信传递的数码。随着计算机和网络系统的发展与普及，数字技术已渗入人们生活工作的各个领域。在医学领域中，随着数字技术的广泛应用，促成了诸如数字解剖、数字骨科、数字医学制造、数字影像、数字化诊断与治疗等新理念。     

椎弓根螺钉内固定及计算机导航技术的发展与应用

背景：胸腰椎椎弓根螺钉内固定技术的开展,有力地推动了脊柱外科的发展,而脊柱计算机导航系统可以明显改进椎弓根螺钉植入的精确性和安全性。 目的：研究近年来椎弓根螺钉固定术临床应用进展。 方法：以“椎弓根螺钉固定术,计算机导航技术,临床应用进展”为关键词,采用计算机检索1999-01/2011-12相关文章。纳入与有关椎弓根螺钉固定及计算机导航技术在内固定过程中应用的文章;排除重复研究或Meta分析类文章。以25篇文献为主重点进行了讨论椎弓根螺钉固定术的研究进展及相关评价。 结果与结论：计算机辅助外科技术是基于计算机对大量数据信息的高速处理及控制能力,通过虚拟手术环境为外科医生从技术上提供帮助,使手术更安全、更准确的一门新技术。近年来,胸腰椎椎弓根螺钉植入技术的研究取得了很大发展,尤其是术中监测手段,已从传统的X线透视或摄片监测定位发展到计算机辅助技术进行可视化监测。计算机导航技术提供了可以从存储于计算机上的三维影像资料上模拟测量钉道长度、角度及椎弓根直径的功能,便于选择最佳长度与直径的椎弓根钉,使椎弓根螺钉手术更精确、简便、快速、安全,减少了术后并发症的发生。     

基于逆向工程和快速成型技术的髋骨三维实体模型个性化重建

背景：髋骨解剖结构复杂,传统的X射线片及CT扫描等二维影像检查易受到影像重叠、软组织等的干扰,在髋骨的诊断中具有一定的局限性。通过基于逆向工程技术的数字化建模能全面、直观、精确地显示髋骨立体形态和各部位解剖结构的空间关系,在骨骼研究中有着广阔的应用前景。 目的：利用计算机辅助技术重建个性化的髋骨三维实体模型。 方法：使用手持式三维激光扫描仪对人体髋骨表面进行扫描,得到大量点云数据,综合使用工程软件Geomagic和计算机辅助软件CimatronE对点云进行处理并实现三维模型重建,使用快速成型机完成髋骨的3D打印,得到几何形状一致的髋骨实体模型。 结果与结论：通过基于逆向工程和快速成型技术的数字化建模方法,可得到具有良好几何相似性及生物力学特性的髋骨三维实体模型,可为人工仿生髋骨的数字化制造、虚拟装配、应力分析及模拟手术等提供精确的模型基础。中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节;骨植入物;脊柱;骨折;内固定;数字化骨科;组织工程     

脊柱导航辅助机器人技术的现状及远期展望

椎弓根螺钉内固定技术是脊柱外科固定技术的核心。自1985年机器人PUMA 200参与完成了历史上第一台机器人辅助手术以来,已有18款脊柱外科领域相关的辅助机器人出现。本文在概述传统椎弓根螺钉内固定技术的基础上,首先分析了导航辅助机器人辅助椎弓根螺钉置入技术的重要性。其次,比较了串联式及并联式脊柱导航辅助机器人各自的特点,即串联式脊柱导航辅助机器人结构简单、控制简单、灵活性高、运动空间大,而并联式机器人具有体积小、定位精度高、状态维持性好等优点。最后,提出了脊柱导航辅助机器人技术现阶段的问题,并展望了该技术的发展前景。     

数字胆道系统在复杂胆石症手术中的应用

目的　探讨数字胆道系统在复杂胆石症微创手术中的临床应用价值。 方法　纳入2018年4月至2019年7月间收治的复杂胆石症病人41例,随机分为实验和对照两组,实验组进行肝胆建模,导入数字胆道系统,应用于术前评估、手术仿真、制订碎石取石方案和术中指导;两组均采用微创手术。超声或CT复查结石残留和复发情况。 结果　实验组术中所见胆道及结石均与数字胆道系统中所见吻合,手术方式与术前模拟、规划均一致;手术时间（160.10±78.82）min,术中出血量（2.95±2.28）ml,肠道恢复时间（1.13±0.70）d,均少于对照组,无围手术期严重并发症;无结石残留和复发。对照组有2例结石残留,1例消化道出血和2例结石复发。 结论　数字胆道系统对于复杂胆石症微创手术有较好的指导意义和应用价值,能减少术中出血,缩短手术时间和肠道恢复时间,安全高效。     

快速成型技术在骨科的应用研究进展

快速成型技术是20世纪80年代中期发展起来的,它是在计算机控制下,根据物体的CAD模型或CT等数据,不借助其他设备,通过材料的精确堆积,制造原型的一种基于离散、堆积成型原理的新的数字化成型技术;近年来通过与螺旋CT或核磁共振等检测手段的三维图像重建功能相结合,在骨科领域显示出良好的应用前景。综述了该技术在骨科领域内的器官模型制备和手术策划、个体化假体制备、骨组织工程多孔支架制备等主要应用方向的研究进展。     

数字技术在骨科中的应用

数字技术是指利用现代计算机技术,把各种信息资源的传统形式转换成计算机能够识别的二进制编码数字的技术.目前数字技术之所以重要,就是0和1不仅能够表征各种信息,而且是计算机能够直接识别和处理的唯一数码,也是网络通信传递的数码.随着计算机和网络系统的发展与普及,数字技术已渗入人们生活工作的各个领域.在医学领域中,随着数字技术的广泛应用,促成了诸如数字解剖、数字骨科、数字医学制造、数字影像、数字化诊断与治疗等新理念.     

数字技术在骨科中的应用

数字技术是指利用现代计算机技术,把各种信息资源的传统形式转换成计算机能够识别的二进制编码数字的技术.目前数字技术之所以重要,就是0和1不仅能够表征各种信息,而且是计算机能够直接识别和处理的唯一数码,也是网络通信传递的数码.随着计算机和网络系统的发展与普及,数字技术已渗入人们生活工作的各个领域.在医学领域中,随着数字技术的广泛应用,促成了诸如数字解剖、数字骨科、数字医学制造、数字影像、数字化诊断与治疗等新理念.     

Ximelagatran in orthopaedic surgery

Ximelagatran represents the first new oral anticoagulant since the introduction of warfarin almost 60 years ago, and has been evaluated for the treatment and prevention of a range of venous and arterial thromboembolic disorders. The MElagatran THRomboprophylaxis in Orthopaedic surgery (METHRO) and EXpanded PRophylaxis Evaluation Surgery Study (EXPRESS) studies have investigated the efficacy and safety of subcutaneous (s.c.) melagatran followed by oral ximelagatran in preventing venous thromboembolism (VTE) in patients undergoing total hip replacement or total knee replacement. In METHRO II, immediate pre-operative-initiated s.c. melagatran followed by post-operative ximelagatran dose-dependently reduced VTE, with the highest dose (melagatran 3 mg/ximelagatran 24 mg twice daily) associated with a significantly reduced incidence of VTE compared with the low-molecular-weight heparin (LMWH) dalteparin (15.1 vs. 28.2%; p < 0.0001). In METHRO III, the efficacy of s.c. melagatran 3 mg/ximelagatran 24 mg twice daily initiated post-operatively (4-12 h after surgery) was comparable to that of the LMWH enoxaparin initiated 12 h before surgery (total VTE incidence, 31.0 and 27.3%, respectively). Rates of severe bleeding were also comparable between treatments (melagatran/ximelagatran = 1.4%; enoxaparin = 1.7%). Treatment with melagatran/ximelagatran was significantly more effective when initiated earlier (4-8 h) rather than later (8-12 h) after surgery (total VTE incidence, 27.5 vs. 35.4%; p = 0.0034). Based on the results of METHRO II and III, the EXPRESS study evaluated the efficacy and bleeding profile of s.c. melagatran 2 mg immediately before surgery, followed by s.c. melagatran 3 mg on the evening of the day of surgery and then ximelagatran 24 mg twice daily. This regimen was significantly more effective than enoxaparin (total VTE incidence, 20.3 vs. 26.6%; p < 0.0004). Excessive bleeding (as judged by the investigator) was more frequent with melagatran/ximelagatran, but rates of fatal bleeding, critical-site bleeding and bleeding requiring re-operation did not differ between the groups. Taken together, the METHRO and EXPRESS studies demonstrate that melagatran/ximelagatran has comparable or superior efficacy to LMWHs in the prevention of VTE in orthopaedic surgery patients, and that the timing and dose of melagatran is important in optimizing the balance of efficacy and bleeding risk.     

数字化医学技术与脊柱外科的临床应用

背景：随着现代科学技术尤其是计算机技术和医学技术的迅猛发展,现代脊柱外科进入了一个崭新的时代,呈现出数字化、个性化、显微化、精确化和人工智能化的发展趋势。 目的：探讨数字化技术在脊柱外科中的应用研究进展。 方法：文章检索词为“脊椎(spine);腰椎(lumbar);颈椎(cervical);数字化(digitization);脊柱外科(spinal surgery);数字骨科学(digital orthopedics);有限元模型(the finite element model);计算机辅助设计(computer assisted design,CAD);微创技术(minimally invasive technology);三维重建(three dimensions reconstruction, 3D);CT;磁共振成像(MRI);计算机仿真(computer emulation);内窥镜(endoscope);椎间盘(intervertebral disc);经皮内窥镜激光椎间盘切除术(percutaneous endoscopic laser-assisted discectomy, PELD)”,对有限元、计算机导航技术、微创技术以及医学影像在脊柱外科中的应用文献进行深入分析,探讨数字化脊柱外科手术的特点,临床效果以及安全性。 结果与结论：数字化医学在有限元模型、计算机导航技术、微创技术、医学影像等领域研究进展的基础上,建立独特的脊柱外科新方法,并将其广泛应用于临床骨科。有限元模型最大的优势在于可以反映集体内部的应力变化情况,有限元分析应用于医学生物力学后,取得了很大的进步与发展。计算机导航技术的工作原理是利用数字化影像信息通过媒介体输入计算机工作站,经运算处理后重建三维模型影像,通过相关软件,在此影像基础上进行术前计划并模拟进程,通过高解像度的显示屏从各个方位观察到当前的手术入路以及各种参数,完成微创手术。微创脊柱外科采用微小切口或穿刺通道,运用特殊的器械或装置在影像仪器监视下或导航技术的引导下进行手术。医学影像分析作为信息科学技术为基础的交叉学科研究,对脊柱外科的临床诊断和观察具有参考价值。数字化医学高效率、高精度、三维立体地了解疾病的分布、形态、结构,最大程度减少手术创伤,在脊柱外科应用中的前景广阔。     

反式肩关节置换术在肩关节置换翻修术中的应用

目的探讨反式肩关节置换术在肩关节置换翻修术中的近期临床应用效果。方法回顾性分析40例患者行肩关节置换翻修术的临床资料,其中20例采用反式肩关节置换术,20例采用全肩关节置换术。比较两组手术时间,术中出血量,术后引流量,术后Constant评分、牛津大学肩关节评分(OSS),术后并发症的发生率。结果两组之间手术时间、术中出血量及术后引流量差异无统计学意义(0.05),观察组Constant评分、OSS评分明显优于对照组,差异统计学意义(0.05),两组患者术后均未出现感染、神经损伤、假体松动和关节周围骨折等并发症。结论反式肩关节置换术是肩关节置换翻修的有效治疗方法。     

基因工程技术在生物制药领域的应用和发展

本文简述了近年来基因工程在生物制药技术的发展和应用。其中主要从基因操作中大分子的分离、PCR技术、基因芯片、外源基因的表达这4个方面叙述基因工程相关技术的应用和发展,以及基因工程药物的产业化现状与发展趋势。     

颅骨缺损的组织工程学修复及CAD/CAM数字化成型技术的应用

背景：头颅骨骼解剖结构复杂,曲面变化大,修复要求较高,巨大、复杂部位的颅骨缺损的修复一直是神经外科具有挑战性的课题之一。采用何种修补材料、如何将颅骨缺损修复的更加完美是当前国内外学者研究的热点。 目的：综述组织工程学和CAD/CAM数字化成型技术用于钛合金材料修复头颅损伤的研究。 方法：以tissue engineering,craniocerebral trauma,CAD/CAM和titanium armor plate为检索词,检索Medline数据库(2000/2011-06),以组织工程,头颅骨损伤,数字化三维成形,钛网为检索词,检索CNKI数据库(1990/2011-06)。将近年发表的针对性强的文章纳入研究范围,同一领域的文献则选择近期发表或权威杂志的文章。排除与传统材料或方法修复头颅骨损伤和陈旧的文献。对查阅到的最新研究及临床应用有实用价值的文献详细分析并加以总结概括。 结果与结论：初次检索到236篇文献,严格按照纳入标准,最终将27篇文献纳入研究。传统方法修复损伤的颅骨常常遇到组织相容性不佳,材料不足,无法随个体生长等问题,极大降低修复体的应用效果,而CAD/CAM数字化成型技术够复制出与患者颅颌骨缺损部位几何形态高度吻合,实现了个体化配置修补颅骨缺损,可形式具有良好生物相融性的钛网颅骨修复体。     

Bioabsorbable fixation in orthopaedic surgery and traumatology

Bioabsorbable internal fixation devices were introduced clinically in the treatment of fractures and osteotomies of the extremities at the Department of Orthopaedics and Traumatology, Helsinki University, in 1984. Since November 5, 1984, a total of 3200 patients were managed using bone or ligament fixation devices made of self-reinforced (matrix and fibres of the same polymer) bioabsorbable alpha-hydroxy polyesters. The devices used included cylindrical rods, screws, tacks, plugs, arrows, and wires. The most common indication for the use of bioabsorbable implants was the displaced malleolar fracture of the ankle. Transphyseal fixation with small-diameter, mainly polyglycolide pins was used in children. The postoperative clinical course was uneventful in more than 90% of the patients. The complications included bacterial wound infection in 4% and failure of fixation in 4%. In one-fifth of the latter cases, however, re-operation was not necessary. The occurrence of non-infectious foreign-body reactions two to three months postoperatively has been observed in 2% of the patients operated in the last few years with polyglycolide implants but none of the patients managed with polylactide implants. This inflammatory tissue response often required aspiration with a needle but did not influence the functional or radiologic result of the treatment. Owing to the biodegradability of these internal fixation devices, implant removal procedures were avoided. This results in financial benefits and psychological advantages. Bioabsorbable implants can also be used in open fractures and infection operations.