论文：土耳其大学研究人员评估3D打印在脊柱手术中的应用

南极熊导读：目前， 3D打印技术在骨科手术中的应用越来越成熟，案例也越来越多，主要可以用于术前模拟，制作手术导板等。世界各个国家的医疗和科研人员也都在这方面进行研究，目前已经取得了不少的成果，一些产品也获得了FDA、CFDA的认证。

2020年6月4日，南极熊从外媒获悉，土耳其大学的研究人员在近期发表的一篇论文中，评估了利用3D打印技术提高脊柱手术成功率的可行性。

脊柱外科医生要处理各种复杂的脊柱病变，包括畸形、肿瘤、感染、外伤和退变等。所有这些问题都有不同的复杂性，需要利用各种复杂的技术进行详细的研究。通过将CT扫描和3D打印技术相结合，研究小组能够快速将解剖学图像转换成一系列的导板和3D模型。这种新型组件可以在脊柱外科手术中实现新的应用，包括术前规划、手术模拟以及可能的植入体。

脊柱手术中的快速成型制造

研究人员表示，传统手术中的技术如CT扫描和基于透视的方法可能会导致手术时间延长、辐射暴露和高成本。

研究团队建议，利用触觉而非二维图像来评估患者，可以为脊柱外科医生提供更逼真的解剖学演示，展示患者的畸形情况。使用这种方法，在复杂的脊柱手术中不需要使用术中导航，因此可以减少手术时间、失血量、透视时间以及成本。

治疗脊柱畸形的手术往往需要生产即用型的植入物，这就带来了植入物不准确的嵌合后的移位风险。而3D打印这些部件，使其具有均匀的负荷分布和优越的骨结合度，可以为患者量身定制种植体，降低了并发症的风险。使用这种工艺制作的 "DP模型"，可以更准确地呈现患者的解剖结构，并显示出较少常见的解剖结构。

3D打印的核心是逐层打印的概念，这使得研究人员能够制作出详细的解剖模型，而使用其他方法，甚至是复杂的铣床都不可能完成。此外，研究人员发现，开始制造时需要较少的工业机器，而且操作这些系统几乎不需要培训。因此，将快速成型制造与CT扫描技术结合起来，可以制作出具有外部和内部轮廓几何形状的复杂模型，这些模型可以与患者的解剖结构非常相似。

通过三维成像显示的骨科螺钉插入的角度，图片来自《骨科外科杂志》

脊柱外科的辅助性进展

椎管螺钉插入是脊柱外科手术中的常见手术，但它充满了对下腔静脉、降主动脉、脊髓和肺部的潜在破坏性和危及生命的复杂损伤。2018年，韩国研究人员发现，3D打印可以用来避免此类并发症的风险。在他们的研究中，事先对插管手术一无所知的住院医师能够在3D打印的模型上实施手术。虽然这些仿制品不能完全模仿真实人体组织的质地，但研究人员发现，与标准的成像方法相比，这种设计能更好地呈现解剖学的特征，并有可能改善医患互动。

医使用3D打印技术还可以帮助外科生通过3D打印的导板确定椎管切入点，以及通过3D打印的导板准确的插入轨迹，从而减少螺钉插入手术中的并发症。根据术前CT扫描或患者的MRI成像，导板布局包括与椎体后骨结构相匹配的节段，以及用于螺钉器械置入的钻孔轨迹轮廓。在手术方案中，将灭菌后的部件放置在目标椎体表面，以矫正椎体螺钉方向。

在一项试验性研究中，使用3D打印的导板对11名患者进行了手术。该组件可以进行术前规划，便于术中插入椎骨梗螺钉，而且该方法经济、方便。同样，2019年进行的一项研究在15名严重先天性脊柱侧弯患者中使用3D打印的导板进行了一系列研究。这些研究人员推测，螺钉插入比自由手技术更准确，并向那些无法使用CT扫描仪或O型臂导航的外科医生推荐了这种导板。此外，还遇到了5个异常或变异。导板的利用，帮助外科医生挑选出正确的螺丝，并为每个脚梗选择最理想的螺丝轨迹，有效地处理了变异。

土耳其的研究人员总结说，使用3D打印的导板可以提高患者的安全性，让外科医生可以进行更复杂的手术，并且可以为骨缺损患者创建定制化的植入物。未来的应用可能会在术前规划、手术模拟和术中指导等方面。虽然研究团队承认，研究人员对聚合物模板产生的碎屑表示担忧，但研究人员发现，特定于患者的钛模板可以解决这一问题，尽管成本较高。研究人员预计还将进行进一步的研究，以继续开发该技术，并找到脊柱手术的不同方面来使用该技术。

计算机断层扫描评估显示已实现了准确的骨科螺钉固定，图片来源：《骨科外科杂志》

外科手术中的增材制造应用

其他各种3D打印公司也创新出了自己的脊柱植入物生产方案，其中很多都获得了美国食品和药物管理局（FDA）的批准。

德克萨斯州医疗设备公司Osseus Fusion Systems的Aries系列3D打印脊柱植入物于2018年8月获得FDA批准。使用钛材料生产的Aries腰椎间融合装置，旨在帮助外科医生缓解背部疼痛，缩短脊柱术后恢复时间。

总部位于宾夕法尼亚州的脊柱器械研发公司Centinel Spine于2018年6月获得美国FDA的批准，将其3D打印的植入器械推向市场。该公司的FLX平台由全钛设备组成，其工作原理是稳定脊柱中的椎体，增加脊柱手术后患者的愈合过程。

医疗公司Emerging Implant Technologies GmbH (EIT)于2018年1月获得FDA批准，生产出 "有史以来第一个 "3D打印的脊柱植入物，用于治疗多种损伤。使用选择性激光熔化（SLM）3D打印技术，使EIT能够制造出具有模仿骨的松质（"海绵状"）和皮质（硬）结构的植入体。

研究人员的研究结果在他们题为 " 3D printing and spine surgery"的论文中详细介绍了他们的研究结果，该论文发表在2020年5月29日的《 Journal of Orthopaedic Surgery》上。该研究由Alpaslan Senkoylu、Ismail Daldal和Mehmet Cetinkaya共同撰写。


编译自：3dprintingindustry