7 美元的 3D 打印股骨模型可以彻底改变手术 – 3D打印行业资讯网

一块仅花费 7 美元的 3D 打印股骨可能很快就会改变外科医生准备复杂骨手术和对抗骨肿瘤的方式。现在，得益于德克萨斯大学西南医学中心 (UT Southwestern) 的外科医生与德克萨斯大学达拉斯分校 (UTD) 的研究人员合作取得的突破，这一愿景更加接近现实，他们开发了一种 3D 打印的股骨，可以改变医生如何准备骨手术的方式。

该团队的 3D 打印人类股骨复制品是为了模仿真实骨骼的结构和密度而创建的。该模型由经济实惠的可生物降解材料制成，为外科医生提供了一种现实的手术实践方式，为个性化手术培训开辟了新的可能性。

外科医生在计划骨手术时面临的最大挑战之一是了解每个患者骨骼的独特几何形状和特性。传统上，医生在生物力学研究中使用尸体骨骼或合成模型来了解骨骼对植入物、手术技术和创伤的反应。这些模型帮助外科医生练习手术和测试植入物，但它们价格昂贵、难以找到，并且缺乏对患者独特解剖结构的适应，限制了它们在定制手术计划中的使用。

为了解决这个问题，UT Southwestern 骨科肿瘤学家 Robert Weinschenk 和手及上肢外科医生 Richard Samad（3D 打印实验室负责人）向 3D 打印专家、达拉斯大学 Eric Sc​​hool Jonsson 机械工程系助理教授 Wei Li 求助。 。工程和计算机科学。他们的目标是合作创造一种更快、更便宜的骨科生物力学测试替代方案。这个项目是两年前开始的。

“股骨是生物力学研究的焦点，因为它在承重和活动能力方面发挥着关键作用，”韦恩申克说，他也是德克萨斯大学西南分校整形外科和生物医学工程助理教授。 “使用 3D 打印制造人体骨骼可能会对研究新的外科技术和病症（例如骨质疏松症、创伤性骨折、畸形以及良性或恶性骨病变）的研究人员产生重大推动作用。”

该团队使用聚乳酸 (PLA)（一种常用于 3D 打印的廉价、可生物降解的聚酯）来创建具有不同特性（例如壁厚和填充密度）的不同股骨模型。然后，他们测试了 3D 打印模型，使用三点弯曲评估弯曲强度，并将其性能与人类股骨进行比较。

开发能够真实复制人类股骨功能的原型是一项挑战。 Lee 和机械工程博士生 Kishore Mysore Nagaraja 在 UT 位于 Dall 的综合先进制造实验室工作，确定了创建高度模仿真实股骨生物力学反应的复制品的最佳方法。使用 5% 填充密度、两到四层壁层和 200 微米分辨率的设置可提供最佳的弯曲强度。使用六层壁将填充物增加到 20%，使模型能够进一步近似真实股骨的强度和灵活性，使其成为生物力学研究的有效且低成本的替代方案。

“为了计划手术，外科医生需要了解骨头的几何形状。通过3D打印，我们可以打印出与体内股骨具有相同几何形状的股骨样本。”李说。

最终的设计代表股骨的中段，长度接近八英寸，直径一英寸，是股骨最强承重区域的比例复制品。股骨是人体最长、最强的骨骼，成人股骨平均长约 18 英寸。

该复制品由 PLA 制成，在实验室测试中具有与人骨相当的性能，使其成为进一步外科研究和培训的有希望的候选者。这种精确的复制使医生能够以无与伦比的精度进行手术，从而有可能减少手术时间并改善患者的治疗效果。这些结果在该杂志上发表的一项研究中有详细介绍 骨科研究杂志。

这些 3D 打印股骨每个模型的成本仅为 7 美元，是比传统合成骨骼便宜得多的替代品，传统合成骨骼的成本在每块 220 至 300 美元之间。相比之下，由于保存和处理的要求，尸体骨头（如果有的话）甚至更昂贵。例如，解剖的肩膀或膝盖标本可能要花费 500 至 600 美元，但人体尸体组织只允许进行有限的训练，因为组织的质量会随着时间的推移而恶化。

鉴于这些限制，3D 打印骨骼为手术准备提供了更好的解决方案。这些副本可以节省大量资金，并且在不牺牲实际实践所需的质量的情况下，使医院和医疗项目更加负担得起。

“已经开发了四代合成股骨模型用于生物力学测试，并自 1987 年起开始商业销售，”Weinschenk 解释道。然而，它们存在成本和交货时间等限制。他说他和同事创造的3D打印技术解决了这些问题。 “我们认为这是新的，并且可能会获得广泛的采用和采用，因为任何拥有廉价 3D 打印机的人都可以下载文件、打印样本，并立即以低廉的价格进行自己的研究。”

与此同时，Samada 指出，使用 3D 打印机创建生物力学真实模型消除了研究的主要障碍，并为临床应用打开了大门：“例如，外科医生可以打印具有患者特定病理的骨骼，并使用这些模型来开发个性化治疗方法。协议。这是为复杂骨病患者开发手术解决方案的重要一步，重点是保留四肢和功能。”

随着患者现在的寿命越来越长，外科医生强调需要开发长期、创新的治疗方法。这项研究为未来的工作奠定了基础，并计划扩展 3D 设计协议以覆盖更广泛的骨骼。

展望未来，该团队预计这些模型将在手术训练之外发挥重要作用。它们可用于模拟各种医疗场景，从测试新的植入物设计到评估骨疾病的治疗方法。例如，打印肿瘤模型可以让医生在受控环境中测试治疗方法并预测结果，从而使治疗更安全、更有效。

此外，3D打印股骨中使用的聚乳酸材料具有骨骼修复的潜力。作为一种可生物降解的聚合物，它可以为目前用于骨科植入物的钛和其他金属提供更便宜、更环保的替代品。李说，有一天可以为个别患者打印这些类型的定制植入物，从而实现更好的贴合并减少并发症的发生机会。