瑞金医院伤骨科研究所探索如何用3D打印解决医疗难题

上海市伤骨科研究所由上海交通大学医学院附属瑞金医院于1958年创办成立。上海创伤骨科研究所成立于1958年，由上海瑞金医院创立。该研究所一直重视以患者为中心的护理理念。

在生产个性化器械方面，研究所曾面临诸多挑战。为此，该研究所向3D Systems购买了增材制造解决方案，以建立一套可靠的生产流程，用于生产患者特异性的矫形器和切割导板，从而提高手术精度、缩短恢复时间并改善患者治疗效果。

挑战与解决方案

挑战：由于运动缺乏或各种各样的因素，现在越来越多青少年有扁平足趋势，但是市面很多矫正鞋垫都是统一的，并不一定能满足每个患者的特定需求。

解决方案：定制化矫形鞋垫。内部的晶隔的设计，是瑞金骨科研究所的工程师们一直在研究的一个方向。什么样的晶格类型能达到支撑效果的舒适性能，达到最佳的平衡。在足功塌陷的地方要把它撑起来，撑起来以后，人穿上以后又会给与鞋垫一定的压力。瑞金通过步态系统捕捉、轻量化设计、材料选择和有限元分析等，把每位患者的鞋垫的压力数值控制在一定的范围之内，达到最佳矫正效果。

瑞金医院使用ProX sPro60打印的矫形鞋垫

挑战：以前患者的康复支具制作耗时长，也无法满足个性化外观设计、每个患者不同的特定需求及更好的透气性要求。

解决方案：3D打印腕部康复支具。使用三维扫描仪获取患者腕部点云数据并通过配套软件封装为三维模型。

通过模拟患者佩戴支具时支具表面的应力分布构建支具网格，在保证强度的前提下尽可能增大镂空面积，保证佩戴者热舒适性。类似BOA®系统的国产扣具已经被广泛应用在鞋、支具和假肢上，用户可以随时调节松紧度。

使用SLS粉末烧结技术制造的个性化腕部康复支具在保证了安全性和有效性的同时，显示出了传统支具无可比拟的匹配度和舒适性。

其他支具定制

（脊柱侧弯支具）

（斜颈外固定支具）

（颈胸支具）

瑞金医院使用3D Systems的SLS打印机用于康复辅助器具、矫形器等应用产品的打印制作。

挑战：医疗资源紧张，从患者入院到手术只有1周左右时间，1周内需要完成数据采集、定制设计、打印制造等多个步骤。

解决方案：得益于Figure 4和MED-AMB 10材料优异表现，才能将设计变成现实。Figure4打印机没有复杂的准备工作，快速响应，制造完成也仅需2小时。

以全踝关节置换术中定位导板为例。

当骨头之间的保护性软骨逐渐磨损，导致骨头摩擦在一起时，就会发生踝关节炎。这种骨与骨之间的接触会引起疼痛，并使活动更加困难。

踝关节融合手术将踝骨融合在一起，由于关节不能移动或屈伸，因此疼痛就会减轻，但行走步幅往往不正常。

全踝关节置换手术可以让踝关节在没有疼痛的情况下活动和屈伸，恢复更正常的行走步幅，接受全踝关节置换术的患者术后生活质量更高。

在全踝关节置换手术中，确定胫骨、距骨截骨位置至关重要，决定术后踝关节活动度及下肢力线是否正常。

以往全踝关节置换手术需要3次定位、4次C臂机显影才可确定截骨位置，手术时长往往在3小时以上，且医生长期暴露在射线环境中。

瑞金基于广泛使用的Infinity踝关节假体系统设计了一套定制化术中定位导板，无需复杂定位，仅1次C臂机显影即可确定截骨平面，极大缩短手术时间、减少摄入辐射量。

设计时，在软件中基于患者CT影像重建并胫骨、距骨、跟骨等骨骼并摆正，导入不同规格假体后确定假体规格，在软件中导入相应的预制导板模型，调整位置后进行布尔运算并生成定制导板，再将定制导板打印出来。

手术时，剥离组织充分暴露胫骨、距骨，放入导板，直到唯一匹配位置，置入克氏针，取出导板，进行截骨。

(手术过程)

1. 设计时，导板调整好位置后与病人胫骨、距骨布尔运算，因此导板内侧表现为复杂曲面，Figure4打印机可以实现曲面的完美表现，与骨骼配合时获得准确的匹配关系。

(距骨侧导板)

（胫骨侧导板）

2. 导板内通孔需与克氏针准确配合才可实现定位效果。打印、清洗、固化后导板与克氏针完美配合。

3. 导板需经过严格灭菌才可进入手术室，并在手中使用。MED-AMB 10具有良好的生物相容性以及材料稳定性。

成果：个性化矫形鞋垫和矫正康复支具针对患者的特定需求达到最佳设计,打印手术导板2小时完成，极大减少了等待时间。

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