3D 模型帮助医院改进矫形外科手术

“3D 打印令我们能进行深入评估和手术预演,更能按病人骨头的弯曲度精确地放置植入体。”

香港中文大学矫形外科及创伤学系教授梁国穗

利用 3D 打印模型进行术前规划和预演能将复杂手术所需的时间缩减一个小时,并提高手术成功率。


3D 打印降低手术成本


目前,梁教授正在进一步拓展香港中文大学医学院矫形外科及创伤学系的角色。该系传统上定位为学术临床学系。在该系旗下的威尔斯亲王医院,梁教授正不断提高外科手术的成功率和精准度,从而增强病人的信心,同时在创新性手术方法方面进行探索。他是如何做到的?答案是他通过 3D 打印,在矫形外科手术前创建骨骼模型和手术导板。

因为人体骨骼中的钙使扫描图像成像非常清晰,所以 3D 打印是制作骨头模型的理想工具。通过计算机断层成像技术 (CT) 扫描就可生成 3D 打印所需的档案。对于骨癌手术、退行性关节炎、四肢校正及重组碎骨等各种情形,外科医生能使用 3D 打印制作的骨骼模型进行会诊、评估以及对外科手术进行规划。


节约手术的成本和时间


威尔斯亲王医院通过采用 FDM™ 技术的 Fortus® 3D 制作系统打印外科手术导板和工具。在采用 3D 模型进行手术准备之前,威尔斯亲王医院的外科医生大多凭借经验和 CT 扫描来进行手术的设想和规划,而在手术室才能对规划方案进行验证。采用 3D 打印模型准备手术缩短了手术过程,也提高了手术的准确性和成功率。

梁国穗教授将病人的 CT 扫描片作为打印骨头 3D 模型的蓝本。

外科医生采用 3D 模型进行术前规划可在实际手术过程中提高精确度。骨癌手术中,最常见的一个切口位置是位于膝盖关节附近的股骨末端。


“病人的 3D 打印骨骼模型被用于测试稳定板或螺钉的不同位置。3D 打印令我们能进行深入评估和手术预演,能按病人骨头的弯曲度更精确地放置植入体,令手术过程更顺利。”

梁教授说。“出血和术后感染的风险也会降低。”骨癌手术中,最常见的一个切口位置是位于膝盖关节附近的股骨末端。切口位置的精确度是完全切除肿瘤并重建肢端正常功能的关键。对车祸造成骨盆骨折的矫正是医院另一项常规手术,其要求精度同样极高。对于复杂的手术操作,如确定螺钉放置角度和金属植入体的位置,3D 模型为获得必要的精度提供了可供试验的空间。

从截骨矫正术(畸形骨矫正)到复杂的车祸骨折,威尔斯亲王医院都会用到 3D 打印技术,而术前采用 3D 打印部件平均可以将手术时间缩短一小时。


方法创新


香港中文大学矫形外科及创伤学进修培训中心生物医学工程师徐振星说道:“3D 打印技术的采用提供了一个创新外科手术方法的试验平台。此外,该技术也增强了医生与病人之间的交流。借助 3D打印部件,患者能更好地了解诊断和治疗情况。”

除了打印手术导板之外,香港中文大学和威尔斯亲王医院进一步拓展了 3D 打印技术的应用范围,把技术应用于打印一次性的小型外科手术器具。

例如,矫形外科医生通常会使用导板,以确保在螺钉钉入骨头之前,就对螺钉进行精确定位。医生需要根据病人独特的解剖结构及手术过程,为病人量身定做小型的塑料导板。因为 Fortus 3D 制造系统可集成可消毒的生物相容性热塑塑料 PC-ISO®,临床医生能够直接将 3D 打印导板用在病

人身上。例如在某个案例中,3D 打印导板的成本仅为港币 100 元左右,比传统制作方法的成本低好几倍,而且制作速度更快。

梁教授说:“3D 打印有助于我们推进医疗研发。在外科手术导板及手术器具制造领域,它(3D打印)具有很大的潜力,而且,3D 打印所节约的成本可用于研发,最终惠及病人、外科医生及研究人员。”

如上图所示,从截骨矫正术(畸形骨矫正)到复杂的车祸骨折,威尔斯亲王医院都会用到 3D打印技术。

盆骨骨折矫正术要求的精度极高。对于复杂的手术操作,如确定螺钉放置角度和金属植入体的位置,3D 模型为获得必要的精度提供了可供试验的空间。