3D打印技术在骨科导航模板和骨组织工程中的应用
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吉林医学2017年4月第38卷第4期• 769 ••综述•讲座•3D打印技术在骨科导航模板和骨组织工程中的应用鲍玉成，王勇，张文龙，张鹏（天津市海河医院，天津300350)[关键词]3D打印；骨损伤；骨组织工程骨骼作为人体的支架，担负着支持、承重、造血的功能。
因结核、创伤、先天发育畸形等原因造成的大体积骨组织损 坏，给患者、家庭和社会都带来了极大的影响，临床上一般通 过外科手术植入修复材料的方法修复缺损的骨组织，以达到 完全或部分恢复正常骨组织的结构和功能。
骨组织修复材料有自体骨、同种异体骨和人工骨。
采用 自体骨造成患者的二次伤害，取骨后供区疼痛，康复缓慢因此 限制了其在临床中的应用。
而同种异体骨又存在材料来源限 制及潜在疾病感染等问题。
人工骨分为金属和非金属两大类。
金属人工骨是标准化产品不能专属定制、加工周期长、结 构尺寸难与患者骨损坏部位匹配从而影响骨正常生长等缺 点。
骨组织工程支架是目前研究的重点。
一般采用可降解的 天然或人工合成材料，其传统制备方法包括微球法、溶液浇 铸/离子洗出法、气体成孔法、原位成型法、相分离/冻干法等。
尽管采用这些方法制得的支架效果比较满意，但不能实现对 支架材料和孔隙结构的精确控制，结构形状也无法做到与骨 缺损部位的解剖结构完全契合，从而不能实现个性化植入物的制备[1_4]。
3D打印技术有效地弥补了这些不足，它可以实现精准化 人工骨制造，3D打印的导航模板在骨科植钉术中准确率超过 了95%[5_7]。
笔者复习近年文献，对3D打印技术在骨科导航 模板和骨组织工程中的应用综述如下。
1 3D打印技术的原理3D打印（3D Printing )技术，又称“添加制造”（Additive M anufacturing )技术(也称增材制造或增量制造），是一种与传 统的材料去除法加工方法相反的加工工艺。
通常采用逐层制 造方式。
医学领域中根据计算机断层成像或者核磁共振成像 的三维数字模型将生物材料包括种子细胞、生长因子、药物等 结合起来的工艺。
由于它制备仿生人工骨不受其不规则的外 形及多孔隙的微观结构的限制，且与病患部位尺寸匹配，从而 能够打印出骨支架内部微孔的尺寸、形状、空间走向、分支和 分布理想的三维空间结构。
解决传统的人工骨加工方法存在 的结构问题[8_9]。
2 3D打印技术在骨科手术中导航模板和实物模型的应用胚骨畸形常见于胚骨骨折术后畸形愈合，由于胚骨力线基金项目：天津市津南区科技计划项目[项目编号:JNKW - 201601 ]通讯作者:张文龙发生移位、人体难以正常负重、行走、久之会发生踝、膝继发性 骨关节炎、严重影响患者生存质量。
刘欣伟等选择沈阳军区 总医院骨科2014年8月〜2015年8月收治的8例胚骨畸形，通过C T扫描得到的数据进行计算机三维建模、3D打印制作 导板，行胚骨畸形矫形术[1°]。
结果显示:术区骨面均能与导 板准确帖服并引导摆锯截骨成功，矫形后胚骨对位对线均恢 复正常，缩短手术时间减少医源性损伤提高手术效率[11]。
图一为在导航模板下摆锯截骨。
图1手术中依据导航模板精确截骨颈椎管内肿瘤由于解剖位置特殊，手术治疗难度大椎弓 根螺钉的置入方法依靠徒手法，根据解剖位置进行螺钉置入，椎弓根螺钉的进钉方向、进钉点主要通过术者的经验来判断，对医生经验要求高。
穿破椎弓根壁的螺钉可能会引起神经、血管损伤等并发症。
于海龙等在对一名70岁男性颈胸段（颈7 -胸2)椎管内肿瘤手术中利用3D技术制备定位模板与 椎体的后部结构相吻合，通过导航孔进行颈胸椎椎弓根的定 位，置入椎弓根螺钉[12]。
手术结果表名螺钉位置满意;右上 肢麻木和疼痛明显缓解，缩短手术时间，提高手术安全性。
车祸等原因导致的高能量Pikm骨折在临床中很常见，多 数损伤较严重，该类骨折主要表现在干骺端均有不同程度的 压缩、粉碎性骨折，胚距关节面高度不稳定及负重轴线的损 坏。
对其复位、修复关节面平整，最大限度的恢复踝关节功 能，一直是骨科医生面临的挑战性难题。
唐盛辉等选取严重 粉碎性骨折导致闭合性损伤患者32例，将患者的踝关节CT 数据三维模型转换格式后导入3D打印机打印出P ik m骨折实 物模型，术前设计及制定个体化手术方案[13]。
手术结果表明 大大节约了手术时间，减少了术中出血量，提高了骨折解剖复 位率，经过长时间随访踝关节功能恢复疗效满意。
• 770•吉林医学2017年4月第38卷第4期3 3D打印技术在骨组织工程中的应用骨组织工程支架应具有良好的细胞和组织相容性、能促 进种子细胞的黏附和增殖分化、良好的生物降解性、适宜的孔 隙率和孔隙连通的三维立体结构能为种子细胞提供生长的空 间、足够的力学性能、加工容易等[14^6]。
张海峰等采用3D打印技术打印聚乳酸-羟基磷灰石复 合支架，将骨髓基质细胞负载在支架上进行体外培养[17]。
荧 光显微镜观察细胞在支架材料上的生长黏附情况、扫描电镜 观察细胞在支架中的形态变化、碱性磷酸酶活性法测定碱性 磷酸酶活性变化。
结果表明骨髓基质细胞能够在复合材料上 黏附生长，3D打印聚乳酸-羟基磷灰石复合材料具有良好的 细胞相容性，可作为骨组织工程的支架材料。
袁景等利用3D打印制备载药p -磷酸三钙支架，倒置相 差显微镜和金象显微镜观察支架结构，比重法测量支架孔隙 率并对支架进行静态压缩力学性能（压缩力学强度）测定，MTT(四甲基偶氮唑盐）法测定活细胞增殖率[18]。
结果表明 支架具有微观多孔隙结构，孔隙400〜500 pm，宏观孔隙相互 连通，微孔分布均匀，微观孔隙互相连通，孔径2〜8 pm，三维 多孔P-磷酸三钙支架总孔隙率为（61. 76 ±2. 53)%，其中宏 观孔隙率约为42. 5%，微观孔隙率为19.26%。
细胞培养显示 支架孔隙有大鼠骨髓间充质干细胞，细胞呈梭形和不规则形，与材料表面黏附，在支架表面细胞贴壁、密集生长，长势活跃。
脊髓损伤(spinal cord injury,SCI)造成神经细胞死亡，断端 神经束难以形成连接，使得治疗难度大、易导致伤残。
组织工 程技术为其治疗提供了新的有效方法。
脊髓组织工程是将细 胞在复合支架上培养后，置于脊髓损伤处，以达到治疗SCI。
张 仁坤，等[19_2()]以硫酸肝素-胶原蛋白水凝胶为材料，采用3D 打印仿生支架，并将其与神经干细胞（neural stem cells，NSCs)共培养。
实验结果表明:支架管径为3 mm，与成年SD大鼠胸 段脊髓直径相近。
支架的微管道内径为1〇〇 pm、细丝直径100 pm，中空微管内径均匀一致，呈线性排列，孔隙率为（90. 25 ± 2. 15)%，支架上NSCs大部分已贴壁，细胞质发亮，生长良好，细胞从单细胞逐渐聚集成神经球。
3D打印的支架见图2。
图2 3D打印的支架外观4结语综上所述，3D打印技术在骨科领域导航模板和实物模型制作方面已经成为成熟技术并得到了广泛的应用[21_23]。
导 航模板的使用将手术变得简单，个体化的设计，增加了准确 度，术前可直接找到合适的螺钉尺寸及设计螺钉置入的轨道，减少螺钉的偏离，手术更加安全。
3D打印的模型对疾病的诊 断有着重要意义，术前根据模型制定手术计划，熟悉操作流 程，对病灶准确的切除和重建提供准确参数，简化手术，减小 创伤及并发症，提局手术的成功率。
3D打印技术制作的骨组织工程支架在三维结构、力学强 度、支架个性化方面有其独特优势[24_25]。
未来通过3D打印 技术最终打印出有生命、有生理功能的骨组织工程器官，造福 患者有着非常广阔的前景和重大意义。
5 参考文献[1]于强，田京.构建骨组织工程支架中应用的3D打 印技术[J]•中国组织工程研究，2015，19(30) :4870.[2]毛恩亮，戴红莲，雷军，等.热致相分离/粒子滤出法 制备多孔支架的研究[J].武汉理工大学学报，2010,（12): 15.[3 ]Guarino V,Ambrosio L.Temperature - driven process-ingtechniques for manufacturing fully inter connected porous caf-folds in bone tissue engineering[J].Proc Inst Mech Eng,2010, 224(12) ：1389.[4]鲍玉成，张文龙，王勇.长效缓释双药物人工骨的制 备及释放特性[J].中国组织工程研究，2012,16(38) :7126.[5]胡堃，李路海，余均武，等.3D打印技术在骨科个性化 治疗中的应用[J].高分子通报，2015,9(1) :61.[6]邓爱文，熊日波，曾参军.精准医学在外科领域的应用 进展[J].South Med Univ，2015,35(l l) :1662.[7]宁金沛，吴卫东，覃求，等.打印个体化导航模板在胸 椎和颈椎椎弓根螺钉植入的临床应用[J].实用骨科杂志，2015,21(5) ：385.[8]赵梦雅，乌日开西•艾依提，姚雨蒙，等.3D打印技术 在人工骨替代物方面的应用综述[J].铸造技术2015,36(4): 943.[9]杨文静，乌日开西•艾依提，王娟.基于3D打印的CPC 人工骨支架流道结构设计[J].机械设计与制造，2015，8 (1): 30.[10]刘欣伟，于海龙，韩天宇.3D打印技术在胚骨畸形矫形 手术中的应用[J].解放军医药杂志，2015，27 (11) :26.[11] 于海龙，王洪伟，曹志强，等.数字化导航模板在颈胸段后路椎管内肿瘤切除减压、后路钉棒系统内固定术中的应 用[J].解放军医药杂志，2015 ,27(11) :29.[12]唐盛辉，孙永建，赵汉民，等.3D打印技术辅助治疗高 能P ikm骨折的临床应用[J].中国矫形外科杂志，2015,23 (22) :2042.[13] Bose S,Roy M，Bandy o p a dhyay A.Recent advances in bonetissue engineering scaffold[J] .Trend Biotechnol,2012,30 (10) ：546.吉林医学2017年4月第38卷第4期• 771•[14] Watson BM,Kasper FK,Engel PS,et al.Synthesis andCharacterization Of Injectable,Biodegradable,Phosphate- Containing,Chemically Cross - Linkable,Thermoresponsive Macromers for Bone Tissue Engineering[J]. Biomacromolecules，2014，15 (5) ：1788.[15]张海峰，杜子婧,姜闻博.3D打印PLA- H A复合材料 与骨髓基质细胞的相容性研究[J].组织工程与重建外科杂 志，2015,11(6) :349.[16]袁景，甄平,赵红斌.高性能多孔p -磷酸三钙骨 组织工程支架的3D打印[J].中国组织工程研究，2015,18 (41) ：6914,[17]张仁坤，涂悦,赵明亮.3-D打印胶原蛋白-硫酸肝素仿生脊髓支架的研究[J].中国修复重建外科杂志,2015,29 (8) : 1022.[18]杨志明.加快发展3-D打印技术、扩展修复重建外科 应用领域[J].中国修复重建外科杂志,2014,28(3) :265.[19]魏新旺，杨志，姚军.3D打印技术在骨盆骨折修复 中的应用[J].中国组织工程研究,2015,19(44) :7163.[20]王刚，李洪毅,李新春.多层螺旋C T结合3D打印 在骨关节损伤的应用[J].新疆医学,2015,45(10) :1411. [21]王欣文，张堃，朱养均.打印技术在复杂胫骨平台骨 折治疗中的临床应用[J].实用骨科杂志,2015,21(10) :887. [22]汪焰恩,李欣培，杨明明.个性化三维打印仿生骨骼术 前诊断模型[J].中国科学,2015,45(2)235.[23]陈扬，蓝涛,钱文斌.3D打印技术在修复骨缺损中 的应用研究[J].生物骨科材料临床研究,2014,11(1) :29. [24]王振,王亚宁，陈冬.软组织支架3D打印/压印成 形工艺研究[J].西安交通大学学报,2015,49(8) :141.[25]葛阳，韩露，冯蓓.软骨细胞膜片复合3D打印 内支撑构建管状软骨的初步研究[J].组织工程与重建外科 杂志,2015,11(4) :225.[收稿日期:2016 -05 -13编校:王丽娜]重症急性胰腺炎治疗中早期肠内营养支持现状及进展刘永合（天津市蓟县人民医院肝胆外科，天津301900)[关键词]急性胰腺炎；重症；肠内营养;治疗重症急性胰腺炎（severe acute pancreatitis,SAP)是临床上 一种发病迅速、并发症多、病死率较高的消化系统类疾病，是 涉及胰腺和全身其他器官的危重病症[1]。
