3d打印在骨科中的应用.ppt

3D打印在骨科中应用
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3D打印定义
3D打印(three-dimensional printing)技术是目前骨科领域的研究热点，特别是2014年度国内外均相继报道了系列临床成功应用的典型案例，掀起了一阵“3D骨科热”，引起了临床医生、相关研究人员及企业的极大兴趣与技术追踪。
3D打印技术即快速成型(rapid prototyping，RP)技术的一种，它是一种以数字模型文件为基础、以数字技术材料打印机为载体、采用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。
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3D打印原理
日常生活中使用的普通打印机可以打印电脑设计的平面物品，而所谓的3D打印机与普通打印机工作原理基本相同，只是打印材料不同而已。普通打印机的打印材料是墨水和纸张，而3D打印机内装有金属、陶瓷、塑料、砂等不同的“打印材料”。将打印机与电脑连接后，通过电脑控制可以把“打印材料”一层层叠加起来，最终把计算机上的蓝图变成实物。通俗地说，3D打印机是可以“打印”出真实的3D物体的一种设备，被称之为3D立体打印技术。
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历史
3D打印技术出现在20世纪80年代中期，实际上是一种利用光固化和纸层叠等技术的最新快速成型装置。
1986年，Charles Hull开发了第一台商业3D印刷机；
1993年，麻省理工学院获3D印刷技术专利；
2011年8月，南安普敦大学的工程师们开发出世界上第一架3D打印的飞机；
2012年1 1月，苏格兰科学家利用人体细胞首次用3D打印机打印出人造肝脏组织。
目前，3D打印技术已在工业、建筑、汽车、航空航天、口腔科和医疗产业、教育、地理信息系统、土木工程、枪支以及其他领域都有所应用。
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国内外骨科早期采用3D打印技术主要用于等比例骨折实体模型的打印（早期称之为RP技术）。辅助骨折复位、内固定选择、内固定模拟复位、确定螺钉长度及置入角度，实现了真正意义上的治疗方案个体化
国内多家单位亦成功开展了3D打印技术在临床的应用，涵盖了创伤骨科、关节外科、脊柱外科、足踝外科、骨病与骨肿瘤等亚专科；手术范围、种类涉及到骨折实体模型打印、复杂骨折辅助复位、内固定及置入物的选择、3D打印导航模板引导钢钉置入、关节置换辅助手术、足畸形矫治、辅助颈椎椎板单开门椎管扩大成形术及病变组织切除后假体植入重建术等。
另外，3D打印技术在皮肤、骨、软骨、血管等工程化组织构建和面部、耳、鼻、手等康复体及假肢、支具等，以及实体器官再造（人工肝、肾、心脏等）等领域均有成功的研究成果和临床应用。
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国内2014年4月，由戴魁戎院士和郝永强教授领衔的团队应用3D打印钛合金假体为1例44岁男性患者成功实施了骨盆软骨肉瘤切除后假体重建手术；
2014年5月以来，郭征教授领衔团队在国际上最先成功的将3D打印肩胛骨、锁骨钛合金假体应用于骨肿瘤切除后组织的重建，患者的肢体外形和功能均得到较好恢复；
2014年8月刘忠军教授主刀完成世界首例3D打印技术人工定制枢椎作为脊柱外科内置物，重建病变椎体切除后的稳定性。
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3D打印基本流程
图像数据获取
数据后处理
3D打印
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步骤
第 1 步：图像获取，使用最多的是 CT 扫描图像，因为它应用广泛且具有足够的分辨率。
第 2 步：图像处理，即从医学影像 PACS 系统（Picture archiving and communication system）提取所需的部分进行后处理，包括计算机辅助设计 CAD（Computer-aided design），从而获得需要打印物体的表面信息，得到所需的 DICOM（Digital imaging and communications in medicine）格式的图像。
第 3 步：DICOM 转换 STL（Standard Tessellation Language）格式图像。STL 格式是 3D 打印机识别的格式。
第 4 步：3D 打印过程。
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在医学中，图像通常来源于CT扫描。CT扫描产生的DICOM数据（Digital Imaging and Communications inMedicine医学数字成像和通信）经过计算机处理后得到三维数据
然后再根据临床需要，借助CAD软件（Computer Aided Design计算机辅助设计）对3D图像进行修改，获得最终打印模型的标准格式数据。
后处理完成后将数据传输至3D打印机，根据需要选择不同类型的3D打印技术进行三维物理模型及术中模板的打印。
其中，有学者认为CAD计算机辅助设计是3D打印技术的核心。
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一、初级阶段：打印骨骼模型，辅助手术
对于复杂骨折，传统影像学