3D打印支具及其他器具在临床中的应用研究

3D打印支具及其他器具在临床中的应用研究

郝琪 程子尧 成朴之 李日东 徐玲

徐州医科大学 221000

摘要：近年来，随着科学技术和信息技术的快速发展，3D打印技术不断成熟，已逐渐应用于各个领域，在医疗领域也拥有广阔的前景，3D打印技术是目前医疗领域实现个体化、精准化治疗的有效手段之一。3D打印支具是利用3D打印技术进行个性化定制的康复器具，为精准康复提供有力支持，尤其在骨科、康复科及矫形外科中极具应用价值。本文介绍了3D打印支具的概念与特点，综合阐述了3D打印支具在固定、康复、矫形等临床方向上的应用。

关键词：3D打印 支具 临床应用

3D打印支具及特点

3D打印技术是一种基于三维数据模型的通过增加材料逐层制造的方式快速制作三维实体模型的增材制造技术或快速成型技术，是一种对于形状的复杂程度无限制的先进制造技术。支具是一种康复辅助器具，用于身体外部固定、限制身体某项运动或者用于身体某部位畸形的矫正治疗。

3D打印支具是利用3D打印技术进行个性化定制的康复器具，具有高度的轻便性和灵活性，保证支具对患者完美的贴合度与固定性；3D打印支具具有个性化外观，可在在模型上根据病患喜好可设计个性化图案，让支具外形更美观；无需后处理，边缘无毛边、锐边，无需打磨、抛光；支具主要为孔洞结构，透气性好，材料利用高，在支具设计中预留空腔或开口，方便患者擦涂药物，有助于随时观察病情发展，促进患者患处的恢复。

3D打印支具设计过程

　 2.1数据的获取

　　以脊柱侧弯患者为例，正常脊柱各段因人体生理需要，均有一定的弯曲弧度，称为生理曲度。但由于先天或后天因素，脊柱发生侧弯，具有异常的弯曲弧度，因此在支具设计前必须采集患者的颈部数据，一般使用三维扫描仪获取患者颈部数据。

2.2 模型建立和打印

　　应用相关三维设计软件进行三维建模，设置合适的模型厚度及添加加强结构，以保证结构能够满足产品的力学性能需求，与此同时为确保佩戴的舒适性，应避开骨凸点。

3.临床应用

3.1骨与关节创伤

在骨伤或关节创伤时，3D打印支具用于复位及固定受损部位，在发病早期，应用3D打印支具有利于维持骨骼生理对线，加快恢复关节功能位，减少损伤组织渗出，促进水肿吸收；在恢复期，应用3D打印支具有利于保持关节活动度，促进肢体功能的恢复。

3.2 烧伤

早期，3D打印支具有利于保持肢体休息位，减轻疼痛；同时，由于个性化定制，可以预留空腔，受压部位可减轻压力，且方便药物换用，有利于促进创伤修复；伤口愈合后，有利于减少疤痕增生。

3.3脊髓损伤

早期，使用3D打印支具可稳定脊柱，有利于脊髓修复，帮助维持正常体位，防止关节挛缩；恢复期有助于恢复站立行走功能，促进日常生活能力提高；增强体能，防止并发症。

3.4畸形

畸形未发生时，3D打印支具可防止畸形发生，畸形已发生时，有助于控制、延缓畸形发展，减轻或矫正畸形。

3.4.1上肢矫形支具

上肢矫形支具是用于整体或部分上肢的矫形支具具，主要用于保持或固定上肢肢体于功能位，提供牵引力以防止挛缩，预防或矫正上肢肢体畸形以及补偿失去的肌力，支持麻痹的上肢肢体等。近年随着矫形外科及手外科的发展，上肢矫形支具成为上肢功能恢复工作的重要手段。

3.4.2下肢矫形支具

下肢矫形支具使用最广泛，主要作用是通过限制关节、肢体的异常活动范围，稳定关节，减轻疼痛或恢复其承重功能。

下肢矫形支具分为脚趾矫形支具、矫形鞋与矫形鞋垫、踝关节矫形支具、小腿矫形支具、膝关节矫形支具、大腿矫形支具、髋关节矫形支具、全下肢矫形支具等。

3.4.3脊柱矫形支具

在我国的骨科临床应用及矫形技术装配中，特别是在脊柱侧弯临床治疗方面，脊柱矫形支具的应用得到了初步的发展。在脊柱侧弯患者中，仅有10%的青少年特发性脊柱侧弯患者最终需要手术治疗，90%的患者可以保守治疗和积极观察，非手术治疗中公认最主要和可靠的方式是用矫形支具治疗。

脊柱矫形支具分为头部矫形支具、颈部矫形支具、颈胸矫形支具、腰胸骶矫形支具、腰骶矫形支具、颈胸腰骶矫形支具与骶髂矫形支具。

现有支具存在透气性差、设计不能与患者身体充分贴合，器械壁厚，样式不美观等问题，这些问题使患者的佩戴依从性差，而3D打印支具可避免上述问题，提高治疗效果。

3.5牙齿整形

3D打印技术已经应用于正畸牙套制作，无托槽隐形矫治器就是3D打印技术的一种产品，可用于牙齿矫正。

3.6手术导板

由于人体骨骼结构复杂，骨骼缺损呈不规则状，因此对植入物塑形常在术中耗费大量时间。术前可应用3D打印技术制备个体化骨片和假体，不但较传统方式节省手术时间，还可提高匹配度。

手术导板属于个性化手术工具的一种，包括关节导板、脊柱导板、口腔种植体导板等。手术导板是在患者做手术之前需要专门定制的手术辅助工具，其作用就是依据患者的解剖特征，将植入体与患者病理部位进行准确对接，以实现植入体的精准植入。

3.7术前模拟

人体部分骨骼形态复杂，例如，骨盆、足踝部等部位，对于复杂部位进行手术要求术者具有扎实的解剖知识、较强的空间想象能力、丰富的临床经验和完善的术前设计。即使具备上述条件，患者个体化差异仍可导致手术难度增大和操作时间增加。在术前制备相关骨骼3D打印模型，可提供逼真的模拟手术环境，帮助术者对手术部位进行全面观察和了解，从而进一步调整手术方案，确定更内固定物置放位置和角度，实现更佳的手术效果，并缩短手术时间。

4.结语

随着 3D 打印技术的不断完善和发展，3D打印技术在医学应用领域不断增多，将会对现代医学治疗与康复产生重要的影响。3D 打印器具由于其个性化所具有的优势弥补了传统支具弊端，推动了精准医疗和康复的实现。

参考文献

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