根据3D科学谷，个性化关节产品的优势是让植入物去适应人体，而不是让人体去适应植入物，产品更遵循患者关节的独特形状和轮廓，更适合他们的关节结构，性能更为稳定，同时最大限度地保留患者原有的骨骼组织，减少术后疼痛时间，也缩短患者的恢复时间。
植入物增材制造流程
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随着个性化设计智能化程度的提高，医工之间沟通成本的下降，以及增材制造技术解决方案的进一步成熟，人工智能将充分赋能专注于个性化3D打印植入物的商业发展模式。
未来，每家医院或许都将设立3D打印中心，人工智能正在改变植入物的设计与制造方式，基于数据闭环，将术前、植入物设计、术中以及康复阶段的数据进行收集与关联，提供更佳的解决方案。
髋关节植入物
I 3D打印对髋关节植入物生物力学重建的影响
根据沃尔夫定律，骨骼会重建和自组织其拓扑结构以适应施加在其上的外部负载， 在应力屏蔽的情况下，大部分自然载荷从皮质骨中移除，导致驱动骨形成的机械刺激丧失，导致骨质随时间流失。这因此削弱了种植体支撑并增加了种植体和骨骼界面处微动升高的风险，从而导致种植体无菌松动。植入物松动会导致大腿疼痛，增加假体周围的风险。
3D打印植入物
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为了防止骨吸收和无菌性松动，必须通过开发刚度与实际股骨相似的髋关节植入物来解决这个问题。然而，从已发表的过往研究中得知，仅靠几何修改不足以实现股骨内存在的真实刚度分布。以前，多种材料被认为可以降低髋关节植入物的刚度，基于碳纤维、聚醚醚酮 (PEEK)、玻璃纤维和聚乙烯亚胺 (PEI) 的复合材料也被探索作为髋关节植入物的潜在候选材料。
3D打印临床应用
1. 3D 打印多孔钽金属治疗发育性髋关节发育不良：现状及应用前景
背景:发育性髋关节发育不良患者常有一个浅髋臼、笔直狭窄的股骨管等解剖结构的广泛扭曲,尤其是面对高度脱位的发育性髋关节发育不良患者,实施手术治疗时具有很大的挑战性。近年来,3D打印多孔钽金属个体化治疗发育性髋关节发育不良的效果及预后较好,可用于术前诊断、术前手术规划、术中建立3D导航模板、明确术前髋臼严重程度及术后髋臼重建矫正评估,具有良好的发展前景。
目的:探讨3D打印多孔钽金属治疗髋关节发育不良的最新研究进展。方法:采用计算机检索中国知网、PubMed、MDPI、BMC Biotechnology、Web of Science和Springer link数据库中有关3D打印多孔钽金属个体化治疗发育性髋关节发育不良的研究资料,检索时限为1970-2022年。根据纳入和排除标准,最终共选取58篇文献进行综述。
结果与结论:
(1)多孔钽金属主要有生物兼容性、骨整合性和骨诱导性等生物学特性及生物力学特性,有效地促进了新骨、新的血管及神经的良好生长。
(2)3D打印多孔钽金属是由3D打印成型技术、天然金属材料-多孔钽金属联合运用方案,目前主要在发育性髋关节发育不良及髋关节骨缺损患者中评价这一方案的有效性。
3D打印多孔钽金属
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(3)3D打印多孔钽金属良好的术前计划能有效改善发育性髋关节发育不良、髋关节骨缺损的术后效果,并为假体植入物做好术前个体化规划的准备,能有效避免术中障碍和充分解决患者特异性畸形,直接影响手术结果,应用前景较好。
(4)目前,应用3D打印多孔钽金属个体化治疗发育性髋关节发育不良的短期疗效在动物模型及部分文献中得到验证,但缺乏中长期随访结果。
贺垠皓，李晓声，陈宏文，陈铁柱
湖南省人民医院 ( 湖南师范大学附属第一医院 ) 骨关节与运动医学科，湖南省长沙市 410005
基金项目：湖南省卫生健康委员会项目 (202204072627)；湖南省教育厅项目 (20C1162)
2. 3D打印术前虚拟仿真计划在复杂髋臼骨折治疗中的应用:前瞻性随机对照
背景：复杂髋臼骨折的治疗目前仍然是骨科医生面料的最具挑战性的任务之一，骨折的准确评估和术前计划对于良好的复位至关重要。采用计算机辅助虚拟手术程序以及患者个体化的3D打印模型预成型钢板为复杂髋臼骨折提供了准确、合理的手术方案。
目的：评估基于3D打印技术的术前虚拟仿真计划在复杂髋臼骨折手术治疗中的可行性、准确性和有效性。
结果与结论：
基于3D打印技术的术前虚拟仿真计划是可行的、准确的、可为复杂髋臼骨折的术前计划与精确固定提供有效手段，从而改善修复效果。
宋远征1，马红丽 1，李玮1，满佳 2，林峰1，张玉东3
1 济宁医学院附属滕州市中心人民医院，山东省滕州市 277599；2 山东大学机械工程学院高效洁净机械制造教育部重点实验室，山东省济南市250061；3 徐州医科大学临床学院基本外科实验教学中心，江苏省徐州市 221004
基金项目：徐州医科大学校级科研课题资助项目 (2017KJ07)
3. 不同灰度阈值的骨质疏松性骨小梁3D模型的力学性能差异
背景:骨质疏松患者多伴有脆性骨折的发生,国内外很少利用3D骨小梁仿真模型压缩实验来阐明其发生发展机制.
目的:建立不同灰度阈值的骨质疏松性骨小梁3D模型,通过机械压缩实验比较分析其骨小梁微结构、力学性能的差异.
方法:选择1例老年骨质疏松性单侧股骨颈骨折患者,女性,69岁,采用GE64排螺旋CT对双侧髋关节自髋臼至股骨中上段行CT扫描,借助Micro-CT重建,建立不同灰度阈值的三维骨小梁模型,获取其微结构参数,通过机械压缩实验得出相关力学性能参数并进行比较.
结果与结论:
（1）成功建立不同灰度阈值的骨质疏松性骨小梁3D模型,随着灰度阈值的增加,骨体积分数降低,骨表面积密度降低,骨小梁数量减少,骨小梁分离度增大;
（2）随着骨小梁灰度阈值的增加其弹性模量降低,可以看出屈服强度、压缩强度及最大抗压力也呈现出这样的趋势;
（3）提示不同灰度阈值所打印的3D骨小梁仿真模型,其骨微细结构参数及力学性能参数有明显差异,可为骨质疏松脆性骨折的发生发展机制在材料力学方面提供一种新的研究方法.
吴敏辉1，唐昌烨1，代越星1，郑利钦1，2，李志鸿1，李少彬1，林梓凌 3
1 广州中医药大学第一临床医学院，广东省广州市 510405；2 广州中医药大学岭南医学研究中心数字骨科与生物力学实验室，广东省广州市510405；3 广州中医药大学第一附属医院创伤骨科，广东省广州市 510405
基金项目：国家自然科学基金(81673996)
膝关节
I 3D打印对膝关节植入物生物力学重建的影响
根据中国工程院院刊Engineering，目前市场上大多数全膝关节置换（TKR）假体是根据高加索人的体型设计的。大量研究表明，不同种族之间的人体解剖结构不同，中国的TKR患者与现有进口假体并不匹配。
目前市场上对基于中国族群人体测量的膝关节假体有很大需求。基于中国族群人体测量学，设计出更适合中国患者的膝关节假体，并保留了更多的骨量，这是迈向个性化膝关节假体增材制造的重要一步。
3D打印临床应用
3D打印膝关节植入物研发及产业化进程
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1. 3D打印技术与计算机辅助设计应用在全膝关节置换治疗重度膝关节骨关节炎中的可行性
目的:探讨3D打印技术联合计算机辅助设计技术在全膝关节置换治疗重度膝关节骨关节炎中的应用价值。
方法:前瞻性选择2018年10月至2020年10月承德医学院附属医院收治的93例重度膝关节骨关节炎患者,采用随机数字表法随机分为对照组(n=46)和观察组(n=47),分别行传统的人工全膝关节置换手术、3D打印+计算机辅助设计技术引导下的人工全膝关节置换手术。统计两组患者疼痛程度、应激相关指标、膝关节功能恢复及并发症发生情况。
结果与结论:
（1）观察组术后7,14 d的疼痛目测类比评分低于对照组(P<0.05),术后1 d的D-二聚体、纤维蛋白原降解产物水平低于对照组(P<0.05),血红蛋白水平高于对照组(P<0.05);
（2）两组间术后6个月的美国特种外科医院膝关节评分比较差异无显著性意义(P>0.05),观察组术后6个月的膝关节活动范围大于对照组(P<0.05)、下肢力线角度小于对照组(P<0.05);
（3）术后6个月,观察组出现内侧胫骨平台骨质缺失1例(并发症总发生率2%),对照组出现内侧胫骨平台骨质缺失1例、假体松动1例、切口感染2例(并发症总发生率9%),两组间并发症发生率比较差异无显著性意义(P>0.05);
（4）结果表明,与传统全膝关节置换相比,3D打印联合CAD技术引导下的人工全膝关节置换治疗重度膝关节骨关节炎,可缓解疼痛、改善膝关节功能、减轻应激反应。
吴迪 司丽娜 武丽珠 王建华 罗金伟 常乾坤 吕永明 杜元良
1 承德医学院附属医院，河北省承德市 067000；2 承德医学院，河北省承德市 067000；3 承德市中心医院，河北省承德市 067000
2. 3D打印个性化截骨导板与传统全膝关节置换下肢力线准确性对比的Meta分析
目的:近年许多学者将3D打印个性化截骨导板技术应用在全膝关节置换中,然而相较于传统手术,3D打印个性化截骨技术能否获得更好的下肢力线和疗效,仍存在较大争议.采用Meta分析方法比较3D打印个性化截骨导板和传统全膝关节置换下肢力线的准确性和疗效.
方法:分别在中文数据库(万方医学、中国知网、维普、中国生物医学数据库)和英文数据库(Ovid,PubMed,Web of Science,Embase,Cochrane Library数据库)检索3D打印个性化截骨导板和传统手术全膝关节置换的前瞻性随机对照试验,使用Cochrane 5.1.0偏倚风险评估工具对纳入研究的质量进行评估,采用RevMan 5.3软件进行数据分析.结果:①通过制定的检索式共检索出中英文文献775篇,最终纳入30项随机对照试验;②Meta分析结果显示:与传统手术组相比,3D打印个性化截骨导板组髋-膝-踝角偏差值(MD=-0.51,95％CI:-0.66至-0.36,P<0.00001)、冠状面股骨组件角偏差值(MD=-0.33,95％CI:-0.39至-0.27,P<0.00001)及偏差人数(RR=0.52,95％CI:0.44-0.63,P<0.00001)、冠状面胫骨组件角偏差值(MD=-0.21,95％CI:-0.32至-0.10,P=0.0002)、矢状面股骨组件角偏差值(SMD=-0.16,95％CI:-0.26至-0.07,P=0.00009)、冠状面胫骨组件角偏差值(MD=-0.21,95％CI:-0.32至-0.10,P=0.0002)、术后引流量(SMD=-1.11,95％CI:-1.49至-0.74,P<0.0001)、出血量(MD=-48.60,95％CI:-68.50至-28.69,P<0.0001)均显著降低,KSS功能评分明显改善(MD=3.29,95％CI:1.35-5.23,P=0.0009).
结论:现有的研究证据表明,相比较传统全膝关节置换,全膝关节置换中应用3D打印个性化截骨导板技术,能获得更加准确的下肢力线和假体位置.
柴浩 杨德勇 张磊 舒莉
新疆医科大学第六附属医院关节外一科,新疆维吾尔自治区乌鲁木齐市 830002
武警兵团总队医院外一科,新疆维吾尔自治区乌鲁木齐市 830002
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