【深度好文】医学3D打印中的关键技术(3)
多孔金属植入物设计的关键技术有：
1. 生物力学的优化。应该通过基本的金属框架结构实现力学承载能力，而用多孔结构填充其间，满足解剖形态的需求。人体松质骨中骨小梁是沿主应力方向生长的，它将成为力学设计的仿真依据。
2. 孔径和孔隙率的优化。过大、过小的孔径都不利于和周边宿主骨的长合，一般300 微米至500 微米比较合适。300微米以下孔径的打印物，其内部残余粉末的清除将遇到困难。
五、手术导板的设计与打印技术
手术的精准化是21 世纪临床医学发展的又一方向，3D打印手术导板为其提供了重要的技术支撑。目前存在如下3种类型：
1. 带有很强随机性的手术导板。图7 所示为上海市第九人民医院的案例，为实现手术规划中制定的颌面整形规划( 图7a)，医生设计了完整的截骨，定位手术导板( 图7b)，精准地实现了规划的整形目标( 图7c)。
图7 在手术导板技术支撑下的整形手术成功案例
这类导板完全根据医生的临床需求设计制作，有很强的随机性和不定型性，应该由医院自身建立的3D打印中心快捷完成。
2. 带有定型结构的手术导板。图8a所示是我们用于脊柱椎弓根钉植入的手术导板，图8b 是用于种植牙植入的手术导板。这类导板它有自己完整设计技术，结构比较定型，因此通常由专业化的3D打印产业提供。
图8 结构定型的手术导板
3. 与骨科器械紧密配套的手术导板。膝关节置换手术导板是典型案例，如图9 所示。它要求建立患者下肢骨模型，根据模型确定力线，并根据力线确定膝关节产品植入时的基准截骨面。目前它主要用在下肢形态不正常的患者，各人工关节厂商都自身推出这项服务，很多是和Materialise 合作，这种模式值得国内从事医学3D打印服务产业考虑。
图9 人工膝关节置换手术导板
手术导板涉及的关键技术有：
1. 专业设计软件。如用于种植规划与导板设计的著名软件SimPlant。它在生成牙列模型的基础上，提供医生确定种植体个数、排列方式、在牙槽骨中的方位与深度等规划工具，并根据规划自动生成导板。它既提供给医生使用，更是专业制造商快速完成订单的重要手段。
2. 导板材料。材料生物相容性是必须严加规定的指标，尽管不长期植入人体，但它与人体组织的创口和血液相接触，严禁有害打印材料的使用。
3. 灭菌方式。根据我们的研究，高温蒸汽灭菌会引起导板的变形。环氧乙烷灭菌需要一段时间去除残留物。低温等离子灭菌是最佳选择。
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