摘要
研究背景：骨肿瘤切除后结构与功能的重建是骨科临床长期以来面临的重大难题。与一般骨外科治疗有所不同，骨肿瘤的截骨范围视肿瘤的外科边界而定，传统假体往往很难与截骨范围相匹配，导致肿瘤切除后假体重建难度大、稳定性差，术后功能恢复不理想等一系列问题。同时，不同个体的骨骼结构存在较大差异，使标准化假体重建的可靠性再次大幅降低。如果能根据骨缺损参数，快速设计制备出具有解剖匹配、良好整合与远期稳定特点的个体化假体进行修复，将是解决骨肿瘤切除后骨缺损修复难题的有效途径。3D打印快速成型技术的工艺特点恰好适合个体化定制骨科植入物的制备，国内外已经报道过的很多成功案例但如果要实现个体化植入物的快速化和常规化生产，仍需要对其全流程进行深入的研究和优化。本研究通过对3D打印个体化假体的制备进行整合，通过介绍工程设计、应力分析、假体制备三个基本程序，简化设计流程，提高制备效率，最后以临床案例的方式展示直观的手术方案和术后疗效。 目的：1.探索一种3D打印个体化假体的设计流程和制备方法；2.采用有限元分析计算3D打印个体化假体的应力分布情况，评价假体设计的合理性；3.通过临床试用检验3D打印个体化假体对骨肿瘤切除后骨缺损修复重建的有效性和实用性。 方法：（1）通过CT扫描采集患者病变部位影像数据，应用Mimics19.0软件的阈值分割、区域增长、空缺填充和像素擦除四项基本功能，重建出所需要的三维模型。将所得STL格式文件进一步导入到GeomagicStudio12软件和Magics21.0软件中，经过流线型处理、抽壳、分割、打孔、多孔计算等过程，设计出假体数据模型。（2）使用Abaqus6.14软件对数据模型进行有限元分析，根据假体应力分布计算结果，对模型进行修改优化。然后将假体三维数据模型导回Mimics19.0软件，体外模拟安装，验证假体匹配的精确性。假体模型验证确定后，采用电子束熔融成型（Electronbeammelting，EBM）设备进行3D打印加工，制备出个体化骨肿瘤假体。经过去除支撑、高压吹粉、机加工处理等后处理程序，假体送供应室超声清洗，供应室超声清洗、高温高压灭菌后备用。（3）手术中使用个体化导板辅助确定病变截骨平面，精确截骨后将假体植入缺损部位并固定。术后行X线检查，评价假体安装位置和稳定性。 结果：（1）CT数据采集清晰，以DICOM格式保存，断层间隔0.625mm。Mimics19.0软件作为假体设计的主导软件，贯穿整个设计流程，完成个性化假体模型设计；GeomagicStudio12软件和Magics21.0软件无缝对接，分别完成模型表面光顺处理和内部多孔结构设计。（2）有限元计算得出假体表面应力分布均匀，最大应力为77MPa，出现在假体实体部分。骨骺断最大接触应力为9MPa，胫骨远端最大接触应力为32MPa。（3）2014年1月至2017年12月，采用个体化3D打印假体治疗患者13例。假体在导板或导航辅助下均按术前设计完成精准安装，假体位置和术后即刻稳定效果满意。 结论：通过课题研究的设计流程，可快速有效的为骨肿瘤切除后骨缺损设计出个体化定制假体。通过有限元分析，可对假体设计进行验证与优化。本研究设计制备的假体能够实现精确设计与精准安装，具有广阔的应用前景。
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