杨仕红

【中图分类号】R473.6 【文献标识码】B 【文章编号】2095-6851（2018）06--01

关于3D打印技术的应用最早见于二十世纪八十年代中期，但该技术走向成熟及广泛应用却是在近五年，特别是在国外，3D打印技术已经渗透、应用至各个领域，除最早应用3D打印技术的航空航天、国防军工领域，现代建筑、医疗领域也开始受到3D打印技术的影响，应用案例也开始集中、大量出现，特别是在现代医疗领域，关于3D打印技术应用的研究如雨后春笋般涌现出来，小至细胞等人体组织重建、大至人体骨胳置换等都可见于医疗相关3D打印技术应用研究。为了更好促进3D打印技术在现代医疗领域的应用，特别是在骨关节外科领域的应用，笔者结合工作实际对上述问题进行了专门探讨；在总结阐释3D打印技术原理、分类等内容基础上，对3D打印技术的关节外科临床应用相关研究进行了综述分析，并展望其未来应用和发展方向。

一、3D打印技术原理与分类

3D打印技术具体应用以1986年Charles Hull设计开发的第一台商业3D打印机为标志，而3D打印技术发展至今已渗透至人们生活的各个领域，其在现代医疗领域的应用则是以2012年苏格兰知籍科学家Faulkner Jones利用细胞打印出人体“肝脏”组织为标志，3D打印技术在现在医疗领域的应用也开始引起社会各界的关注。所谓3D打印技术，其实质上是一种以离散、堆积成型为原理或者说主要外在表现的新型数字化成型、造型技术；具体涉及计算机辅助设计技术、数字控制技术和新材料技术等当代高新技术，是多种高新技术的融合与应用。

3D打印技术的工作过程和原理主要涉及以下四步，第一步，建構三维数字模型，即使用计算机辅助设计软件设计、预制三维数字化模型及构件；第二步，在水平和垂直方向上对模型进行分层，并根据每一层的结构信息进行编程用于控制数字设备运行；第三步，将设计的三维数字化模型转化为成型STL文件连带编制程序输入到3D打印机中；第四步，3D打印机依据三维数字模型结构信息及相应程序进行打印，借助于激光束或者热熔喷嘴将“特殊材料粉末”在二维XY平面内黏结成截面形状，并在Z坐标方向上层层叠加形成三维实体。3D打印技术具有无需任何加工机械、模具，以及精度高、重复性好等优点，有效降低了结构复杂产品的制造难度及生产周期，并可以实现产业化生产。

随着3D打印技术和新材料技术的升级发展，可以用于3D打印的材料种类也越来越多，从最初的塑料、金属、陶瓷等固体粉材，发展到今天的液体、凝胶、甚至细胞等混合材料；3D打印所使用的材料不同，打印成型方式也不同，具体可以将3D打印技术分为以下六种：第一种种是以陶瓷、金属粉末为原材料的3D打印制造技术，第二种是以纸、塑料薄膜等为原材料的分层实体成型技术，第三种是以光敏树脂为原材料的光固化成型技术，第四种是以蜡、丙烯腈丁二烯苯乙烯、聚碳酸酯、尼龙等为原材料的熔融挤出成型技术，第五种是以不同材料粉末为原材料的激光烧结成型技术，第六种是与传统树脂自硬砂工艺相结合的无模铸型制造技术。总体上来说，3D打印技术是一种前沿、新型制造技术，其对航空航天、国防军工，以及现代建筑、医疗、教育领域的影响将会越来越大。

二、3D打印技术在关节外科领域中的临床应用

随着3D打印技术的成熟，特别是以液体、凝胶、甚至细胞等为原材料的3D打印技术在现代医疗领域的应用，将极大提高现代医疗的数字化水平。在关节外科领域，髋关节严重畸形最典型的需要进行手术治疗的疾病；关于其手术方案制定就具有非常大的挑战性，比如如何保证假体型号选择、安放位置的准确性，以及畸形矫正等都是手术过程中的难题，这主要源于传统CT、MRI采集所提供的二维影像等手术实施所需信息的不全的，而基于3D打印的实体模型能够为医生提供更加全面的手术信息，以及精度更高、更适合患者的植入体，大大提高手术成功率。Won S等的最新研究对3D打印技术在21名髋关节严重畸形患者的手术方案制定及手术实施中进行了应用，经过术后影像学检查结果表所有患者的假体组件都被准确植入，而且手术时间明显缩短；3D打印技术在关节外科领域的应用，极大提高手术成功率。

3D打印技术在关节外科领域的应用，除了前述能够有效指导术者精准制定手术方案和手术实施外，3D打印技术最大优势还在于植入假体制备的个性化，保证所制备植入假体是完全符合患者需要的，真正实现患者植入假体的“私人定制”；正是由于制备植入假体的高适合性，也才保证了手术较高的成功率，以及较短的手术时间，这主要得益于3D打印技术的加工精确、制作迅速和无需特殊模具优势。由于制备植入假体的高适合性，以及假体材料的特殊性、安全性，3D打印技术在关节外科领域的应用也进一步降低了术后并发症的发生率；Rengier F等专门研究了3D打印技术制作假体的患者术后并发症问题，通过对15例常规假体和15例3D打印假体患者的对比研究发现，3D打印假体患者术后并发症发生率远远低于常规假体患者，除了术后疼痛方面要较常规假体患者有所减轻外，术后紧急处置情况，特别是紧急用药情况出现的次数较常规假体患者大幅减少，最后就是术后恢复活动时间3D打印假体患者较常规假体患者要短。

总体上而言，3D打印技术在关节外科领域的应用，特别是在临床上的应用，能够为患者提供更高精确度、更高适合性的手术方案和植入体，从而真正实现关节外科患者手术方案与植入体的“私人定制”，对于保证关节外科手术的精准、安全，提高关节外科复杂手术成功率，以及降低并发症发生率等具有重要作用与意义。

参考文献

陈道道.3D打印技术在医学中应用的认识[J].工程技术研究，2018，（01）.

许森赫，王金成，范丽雯，吕虹，于冲.国内外3D打印在骨科的发展状况[J].中国实验诊断学，2018，（02）.

刘伟，黄健.3D打印技术在关节置换方面的应用研究及进展[J].中国组织工程研究，2017，（07）.