创新型3D打印股骨或将改变骨骼修复和外科手术规培模式

2024年11月1日，南极熊获悉，德克萨斯大学达拉斯分校 (UTD) 的一个研究小组开发了一种 3D 打印股骨模型，有望为骨科手术准备、生物力学研究和骨修复领域提供经济高效且可定制的解决方案。这款 3D 打印股骨由德克萨斯大学西南医学中心的骨科医生合作打造，代表了一种以患者为中心、改善手术规划和培训的新方法。

△3D 打印股骨复制品可以帮助医生准备手术并开发肿瘤治疗方法

这项研究成果以题为“Three-dimensional-printed femoraldiaphysis for biomechanical testing-Optimization and validation”的论文发表在《骨科研究杂志》上，凸显了 3D 打印骨骼在促进骨科护理方面的潜力。进一步的研究将完善模型并探索其他临床应用，包括骨组织再生的潜在用途。

论文链接：https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39101345/

传统骨科手术的挑战和3D打印解决方案

在传统实践中，骨科医生依靠尸体骨骼或合成骨骼模型来研究手术技术并评估植入物的有效性。然而，尸体骨骼价格昂贵且难以获取，而市售的合成骨骼可能缺乏定制治疗所需的解剖精度。此外，它们可能需要花费一些时间来获取，并且可能无法反映患者特定手术所需的独特几何形状。

△博士生 Kishore Mysore Nagaraja（左）和机械工程助理教授 Wei Li 博士进行了实验室测试，以评估 3D 打印股骨模型的机械性能。（图片来源：UTD）

在 UTD 机械工程助理教授 WeiLi 博士的带领下，研究团队设计了一个 3D 打印股骨原型，由可生物降解聚合物聚乳酸 (PLA) 材料制成。这种材料可以实现经济高效的生产，每个股骨模型的打印成本约为 7 美元。打印的骨骼长度接近 8 英寸，直径为 1 英寸，代表了人类股骨的中段，在实验室测试中表现出与天然人体骨骼非常相似的机械性能。

△研究人员使用 3D 打印机制作股骨样本，估计每个股骨模型的生产成本约为 7 美元。（图片来源：UTD）

3D 打印工艺使工程师能够复制患者股骨的精确几何形状，从而让医生能够根据患者的具体情况定制模型。这种能力对于骨肿瘤治疗至关重要，因为复制受影响的骨部分有助于测试靶向疗法。

△研究人员使用万能试验机评估 3D 打印股骨设计，以评估各种材料和结构特性。（图片来源：UTD）

应用和未来方向

除了为生物力学研究和外科手术训练提供经济高效的替代方案外，3D 打印股骨还有更广泛的意义。Li博士表示，这种聚合物模型有朝一日可以取代目前用于骨修复的钛等材料。在另一个有希望的应用中，研究人员计划将 3D 打印的肿瘤纳入这些模型中，从而可以直接在模拟骨结构上进行术前测试和治疗开发。

该项目汇集了不同学科的专家，包括来自德克萨斯大学西南医学中心的骨科肿瘤外科医生Robert Weinschenk 博士和手部及上肢外科医生 Richard Samade 博士。两位外科医生都为项目带来了工程专业知识，增强了探索新型骨科解决方案的协作方式。

随着研究的进展，UTD 和 UTSouthwestern 团队对 3D 打印如何改变骨科手术并实现更加个性化和精准的治疗感到乐观。