3D打印針對骨軟骨缺損的患者特定植入物：磁共振成像引導(dǎo)的區(qū)域設(shè)計(jì)流程

來源：生物設(shè)計(jì)與制造


本研究論文聚焦以醫(yī)療影像手段為基礎(chǔ)的骨植入物3D打印研究。磁共振成像（MRI）是一種常見的臨床診斷手段，用于可視化缺陷并區(qū)分人體中的不同組織類型和病理。到目前為止，MRI數(shù)據(jù)尚未用于在界面缺損的情況下建模和生成多層組織替代物的患者特異性設(shè)計(jì)。對于需要高度個性化手術(shù)治療的骨科病例，通過增材制造技術(shù)制造植入物進(jìn)行治療 具有巨大潛力?；跀D出打印技術(shù)，可以在空間上對多種材料進(jìn)行排布，從而進(jìn)行生物3D打印。以剝脫性骨軟骨炎（OCD）患者的典型多帶骨軟骨缺損為例，本研究旨在縮小MRI分析與基于不同生物墨水的植入物增材制造工藝之間的技術(shù)差距。本研究提出了一個工作流程，涵蓋了基于MRI的缺陷識別、分割、建模、種植體設(shè)計(jì)調(diào)整和種植體生成的處理步驟。基于兩種具有臨床相關(guān)特性的生物墨水制造了模型植入物，并載入患者自體細(xì)胞。本研究采用立體光刻（SLA）技術(shù)打印了變股骨髁模型，證明了本文提出的設(shè)計(jì)和制造的模型植入物的幾何兼容性，從而成功建立了一種新的多功能CAD / CAM工作流程，為治療多區(qū)域（骨軟骨）缺損開辟了新的視角。


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圖1 真實(shí)患者剝脫性骨軟骨炎（OCD）病理學(xué)的病例，以及患者特異性組織結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)過程



圖2 設(shè)計(jì)、制造和植入潛在多相植入物的建議工作流程


圖3 缺損部位建模


圖4 a) 建模工具中基于圖像的單個設(shè)計(jì)的雙向工作流程;b) 設(shè)計(jì)植入物的特定區(qū)域（相位）以適應(yīng)缺陷（橙色）幾何形狀



圖5  治療 剝脫性骨軟骨炎的 多項(xiàng)植入物打印



圖6 支架內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以調(diào)整其臨床性



圖7 立體光刻技術(shù)(SLA)打印溶蝕性股骨髁（FC）與關(guān)節(jié)軟骨（AC）組合的3D模型


圖8 患者植入物連接件的設(shè)計(jì)與制造

參考文獻(xiàn)：略