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探索3D打印对髋关节的益处_创想三维

  3D打印是一种基于离散和堆积形成原理的数字快速原型技术。在最近出版的“髋关节三维印刷技术的临床应用”中,作者夏润芝博士,张永云博士和李慧武博士探讨了目前关于3D打印技术用于髋关节的研究。从2015年的文章来看,他们确定了50多篇文献,讨论了3D打印骨性模型,定制假体和患者专用仪器(PSI)。

 

             

 

3D打印的整个过程。

从患者获得的CT扫描应保存为医学数字成像和通信(DICOM)格式,并导入DICOM兼容软件,以进行感兴趣的解剖学的阈值处理和分割。然后,文件以立体光刻(.STL)格式保存,以便与STL兼容的后处理软件进行通信,以进一步的网格编辑,清理,修复和平滑。如有必要,我们还可以设计定制假肢或患者专用仪器(PSI)进行虚拟手术计划。最后,将STL文件导入3D打印机以形成3D结构。

 

  由于研究人员研究了3D打印和快速原型制作在医学领域的应用,他们关注的是可以进一步提供治疗髋关节疾病的益处。为了创建3D模型,通过CT扫描获得图像,然后将图像导入医学成像处理软件。通过图像阈值化来区分骨骼,然后为所讨论的解剖结构部分创建图像。

 

“准确分割骨骼是3D模型中相关解剖结构再现的关键,”研究人员表示。“它需要技术技能,并且放射科医师需要熟悉软件分割工具。可以使用MIMICS软件设计定制笼和PSI。”

 

             

 

  A,通过使用软件进行图像阈值处理,该软件允许基于CT扫描上的骨和软组织密度使骨与周围的软组织区分开;

  B,使用区域生长过程,两个股骨都从其相应的骨盆进行数字分割。红色骨盆将被保留,而紫色股骨将被移除;

  C,一旦两个股骨被擦除,就会产生骨盆的3D孤立图像(即感兴趣的解剖结构);

  D,最终真人大小的3D打印骨盆模型,为外科医生提供视觉和触觉鉴别缺陷;

  E,髋臼杯,增强和支撑尺寸,以及笼尺寸在术前手术刺激中使用3D打印的骨盆进行选择和试验。

 

  由于2D图像可能是限制性的,因此3D打印模型用于更深入地了解骨盆。这些模型有助于患者的诊断和治疗,并允许更好的术前计划程序。

 

  3D打印的骨骼模型用于以下方面:

  ● 髋臼骨折

  ● 全髋关节置换术

  ● 髋臼周围截骨术

  ● 滑倒资本股骨骨骺

 

  3D打印假肢用于:

  ● 骨折

  ● 髋部畸形

  ● 肿瘤

  ● 股骨头坏死

 

  患者特异性器械也可用于术中辅助

 

  “为了提高PSI的准确性,应考虑几个方面,包括CT图像分辨率,解剖学着陆标记的适用性和制造误差。最近,一项实验性体外研究包括Lee等人的60例 。研究表明,基于CT的PSI导航系统比传统的股骨假体位置评估技术更准确更一致。

 

  PSI用于治疗骨折,髋关节发育不良,肿瘤,股骨头坏死和纤维异常增生。在讨论使用3D打印制作模型的优势时,研究人员指出,它们为外科医生提供了全面的视图,允许模拟程序,并且能够大大改善手术室体验。假体可以定制,以减少骨吸收和骨质流失,也可以与一些植入物一起使用,这些植入物也可以作为受控制的药物输送载体。

 

  但是这也存在一些限制,因为3D打印可能无法提供所需的分辨率,任何偏差都是相当令人担忧的。对于目前价格在200美元到1000美元之间的3D模型而言,可负担性也是一个问题。

 

  “然而,一些作者保持积极的看法; 他们认为我们不再需要依赖中介来使用3D打印技术。不包括对打印机的投资,每个预先计划的模型的成本相对便宜。此外,在个性化假体的制造中,临床上有用的材料仅限于金属,陶瓷和塑料。”研究人员总结道。

 

“其他材料如胶原蛋白,硫酸软骨素,透明质酸和羟基磷灰石的研究仍处于实验室阶段。然而,随着组织工程和数字医学,新材料和新技术的发展,我们预计3D打印技术将广泛应用于关节外科领域。“


             


  【通过软件模拟减少股骨颈骨折后,计算机设计导航仪器以符合股骨近端。该仪器为引导销和螺钉提供了最佳的螺钉路径和螺钉长度,可用于在手术过程中将锁定压缩小儿髋关节板固定在骨折的股骨颈上】


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