論文：土耳其大學研究人員評估3D打印在脊柱手術中的應用

南極熊導讀：目前， 3D打印技術在骨科手術中的應用越來越成熟，案例也越來越多，主要可以用于術前模擬，制作手術導板等。世界各個國家的醫(yī)療和科研人員也都在這方面進行研究，目前已經(jīng)取得了不少的成果，一些產(chǎn)品也獲得了FDA、CFDA的認證。

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

脊柱外科醫(yī)生要處理各種復雜的脊柱病變，包括畸形、腫瘤、感染、外傷和退變等。所有這些問題都有不同的復雜性，需要利用各種復雜的技術進行詳細的研究。通過將CT掃描和3D打印技術相結合，研究小組能夠快速將解剖學圖像轉換成一系列的導板和3D模型。這種新型組件可以在脊柱外科手術中實現(xiàn)新的應用，包括術前規(guī)劃、手術模擬以及可能的植入體。

脊柱手術中的快速成型制造

研究人員表示，傳統(tǒng)手術中的技術如CT掃描和基于透視的方法可能會導致手術時間延長、輻射暴露和高成本。

研究團隊建議，利用觸覺而非二維圖像來評估患者，可以為脊柱外科醫(yī)生提供更逼真的解剖學演示，展示患者的畸形情況。使用這種方法，在復雜的脊柱手術中不需要使用術中導航，因此可以減少手術時間、失血量、透視時間以及成本。

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

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的解剖模型，而使用其他方法，甚至是復雜的銑床都不可能完成。此外，研究人員發(fā)現(xiàn)，開始制造時需要較少的工業(yè)機器，而且操作這些系統(tǒng)幾乎不需要培訓。因此，將快速成型制造與CT掃描技術結合起來，可以制作出具有外部和內(nèi)部輪廓幾何形狀的復雜模型，這些模型可以與患者的解剖結構非常相似。

通過三維成像顯示的骨科螺釘插入的角度，圖片來自《骨科外科雜志》

脊柱外科的輔助性進展

椎管螺釘插入是脊柱外科手術中的常見手術，但它充滿了對下腔靜脈、降主動脈、脊髓和肺部的潛在破壞性和危及生命的復雜損傷。2018年，韓國研究人員發(fā)現(xiàn)，3D打印可以用來避免此類并發(fā)癥的風險。在他們的研究中，事先對插管手術一無所知的住院醫(yī)師能夠在3D打印的模型上實施手術。雖然這些仿制品不能完全模仿真實人體組織的質地，但研究人員發(fā)現(xiàn)，與標準的成像方法相比，這種設計能更好地呈現(xiàn)解剖學的特征，并有可能改善醫(yī)患互動。

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

在一項試驗性研究中，使用3D打印的導板對11名患者進行了手術。該組件可以進行術前規(guī)劃，便于術中插入椎骨梗螺釘，而且該方法經(jīng)濟、方便。同樣，2019年進行的一項研究在15名嚴重先天性脊柱側彎患者中使用3D打印的導板進行了一系列研究。這些研究人員推測，螺釘插入比自由手技術更準確，并向那些無法使用CT掃描儀或O型臂導航的外科醫(yī)生推薦了這種導板。此外，還遇到了5個異�；蜃儺�。導板的利用，幫助外科醫(yī)生挑選出正確的螺絲，并為每個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說，使用3D打印的導板可以提高患者的安全性，讓外科醫(yī)生可以進行更復雜的手術，并且可以為骨缺損患者創(chuàng)建定制化的植入物。未來的應用可能會在術前規(guī)劃、手術模擬和術中指導等方面。雖然研究團隊承認，研究人員對聚合物模板產(chǎn)生的碎屑表示擔憂，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題，盡管成本較高。研究人員預計還將進行進一步的研究，以繼續(xù)開發(fā)該技術，并找到脊柱手術的不同方面來使用該技術。

計算機斷層掃描評估顯示已實現(xiàn)了準確的骨科螺釘固定，圖片來源：《骨科外科雜志》

外科手術中的增材制造應用

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食品和藥物管理局（FDA）的批準。

德克薩斯州醫(yī)療設備公司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。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，縮短脊柱術后恢復時間。

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FDA的批準，將其3D打印的植入器械推向市場。該公司的FLX平臺由全鈦設備組成，其工作原理是穩(wěn)定脊柱中的椎體，增加脊柱手術后患者的愈合過程。

醫(yī)療公司Emerging Implant Technologies GmbH (EIT)于2018年1月獲得FDA批準，生產(chǎn)出 "有史以來第一個 "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，使EIT能夠制造出具有模仿骨的松質（"海綿狀"）和皮質（硬）結構的植入體。

研究人員的研究結果在他們題為 " 3D printing and spine surgery"的論文中詳細介紹了他們的研究結果，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