創(chuàng)新型3D打印股骨或將改變骨骼修復和外科手術規(guī)培模式

2024年11月1日，南極熊獲悉，德克薩斯大學達拉斯分校 (UTD) 的一個研究小組開發(fā)了一種 3D 打印股骨模型，有望為骨科手術準備、生物力學研究和骨修復領域提供經(jīng)濟高效且可定制的解決方案。這款 3D 打印股骨由德克薩斯大學西南醫(yī)學中心的骨科醫(yī)生合作打造，代表了一種以患者為中心、改善手術規(guī)劃和培訓的新方法。

△3D 打印股骨復制品可以幫助醫(yī)生準備手術并開發(fā)腫瘤治療方法

這項研究成果以題為“Three-dimensional-printed femoraldiaphysis for biomechanical testing-Optimization and validation”的論文發(fā)表在《骨科研究雜志》上，凸顯了 3D 打印骨骼在促進骨科護理方面的潛力。進一步的研究將完善模型并探索其他臨床應用，包括骨組織再生的潛在用途。

論文鏈接：https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39101345/

傳統(tǒng)骨科手術的挑戰(zhàn)和3D打印解決方案

在傳統(tǒng)實踐中，骨科醫(yī)生依靠尸體骨骼或合成骨骼模型來研究手術技術并評估植入物的有效性。然而，尸體骨骼價格昂貴且難以獲取，而市售的合成骨骼可能缺乏定制治療所需的解剖精度。此外，它們可能需要花費一些時間來獲取，并且可能無法反映患者特定手術所需的獨特幾何形狀。

△博士生 Kishore Mysore Nagaraja（左）和機械工程助理教授 Wei Li 博士進行了實驗室測試，以評估 3D 打印股骨模型的機械性能。（圖片來源：UTD）

在 UTD 機械工程助理教授 WeiLi 博士的帶領下，研究團隊設計了一個 3D 打印股骨原型，由可生物降解聚合物聚乳酸 (PLA) 材料制成。這種材料可以實現(xiàn)經(jīng)濟高效的生產(chǎn)，每個股骨模型的打印成本約為 7 美元。打印的骨骼長度接近 8 英寸，直徑為 1 英寸，代表了人類股骨的中段，在實驗室測試中表現(xiàn)出與天然人體骨骼非常相似的機械性能。

△研究人員使用 3D 打印機制作股骨樣本，估計每個股骨模型的生產(chǎn)成本約為 7 美元。（圖片來源：UTD）

3D 打印工藝使工程師能夠復制患者股骨的精確幾何形狀，從而讓醫(yī)生能夠根據(jù)患者的具體情況定制模型。這種能力對于骨腫瘤治療至關重要，因為復制受影響的骨部分有助于測試靶向療法。

△研究人員使用萬能試驗機評估 3D 打印股骨設計，以評估各種材料和結構特性。（圖片來源：UTD）

應用和未來方向

除了為生物力學研究和外科手術訓練提供經(jīng)濟高效的替代方案外，3D 打印股骨還有更廣泛的意義。Li博士表示，這種聚合物模型有朝一日可以取代目前用于骨修復的鈦等材料。在另一個有希望的應用中，研究人員計劃將 3D 打印的腫瘤納入這些模型中，從而可以直接在模擬骨結構上進行術前測試和治療開發(fā)。

該項目匯集了不同學科的專家，包括來自德克薩斯大學西南醫(yī)學中心的骨科腫瘤外科醫(yī)生Robert Weinschenk 博士和手部及上肢外科醫(yī)生 Richard Samade 博士。兩位外科醫(yī)生都為項目帶來了工程專業(yè)知識，增強了探索新型骨科解決方案的協(xié)作方式。

隨著研究的進展，UTD 和 UTSouthwestern 團隊對 3D 打印如何改變骨科手術并實現(xiàn)更加個性化和精準的治療感到樂觀。