【摘 要】 目的 探討三維重建仿真模型及計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)個性化假體在修復(fù)下頜骨缺損中應(yīng)用的可行性，并分析其臨床療效。 方法 2002年7月－2009年11月，收治9例下頜骨缺損患者。男4例，女5例；年齡19～55歲。均為下頜骨病變截除術(shù)后遺留大面積下頜骨缺損；其中頜骨良性病變8例，下頜牙齦癌1例。缺損部位：缺損跨越中線2例，包括髁狀突缺損4例，局限于一側(cè)且未累及顳下頜關(guān)節(jié)缺損3例。缺損范圍為9.0 cm × 2.5 cm～17.0 cm × 2.5 cm。術(shù)前行螺旋CT掃描后三維重建數(shù)字化頜骨模型，通過快速成型技術(shù)制備個性化假體。一期手術(shù)植入假體修復(fù)頜骨缺損，6個月后行二期手術(shù)種植義齒。 結(jié)果 一期手術(shù)中個性化假體就位順利，耗時10～23 min；延伸板與骨面貼合良好。術(shù)后切口Ⅰ期愈合，面部外形滿意，咬關(guān)系良好，張口時下頜偏斜糾正。二期手術(shù)時見種植體牢固無松動，基臺穿齦后與對頜牙位置關(guān)系良好，達(dá)到術(shù)前設(shè)計(jì)理想位置?；颊咭黄谛g(shù)后均獲隨訪，隨訪時間1～9年。末次隨訪時復(fù)查X線片以及頭顱后前位、顱基位、全口曲面斷層X線片顯示，個性化假體固定良好無松脫，外形對稱。 結(jié)論 三維重建仿真模型及計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)個性化假體應(yīng)用于下頜骨缺損修復(fù)中能提高手術(shù)精度，節(jié)省手術(shù)時間。
目的 綜述計(jì)算機(jī)輔助成型技術(shù)制備骨組織工程支架的應(yīng)用和相關(guān)研究進(jìn)展。 方法 廣泛查閱近年有關(guān)計(jì)算機(jī)輔助成型技術(shù)制備骨組織工程支架的文獻(xiàn)，并進(jìn)行綜述。 結(jié)果 近10 余年來許多研究致力于計(jì)算機(jī)輔助成型技術(shù)制備骨組織工程支架。該技術(shù)包括骨支架建模和骨支架快速成型，骨支架建模方法包括醫(yī)學(xué)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)界面法、STL 界面法和反求界面法，反求界面法可以完全模擬正常骨組織，是目前最好的建模方法?？焖俪尚桶ǘ喾N方法，如熔融沉積技術(shù)、三維打印技術(shù)、選擇性激光燒結(jié)技術(shù)、三維生物描繪技術(shù)、低溫沉積制造技術(shù)，可以制備出包含骨骼內(nèi)部結(jié)構(gòu)的三維孔隙結(jié)構(gòu)。 結(jié)論 隨著支架建模和制造成型技術(shù)的不斷改進(jìn)，計(jì)算機(jī)輔助成型技術(shù)將成為制備骨組織工程支架的主要有效手段。
目的 利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和快速成型（rapid prototyping，RP）技術(shù)研制一種個體化導(dǎo)向模板，探討其輔助寰樞椎椎弓根螺釘植入的準(zhǔn)確性與可行性。 方法 對8 具成人尸體寰樞椎標(biāo)本行CT 掃描獲得Dicom 格式數(shù)據(jù)，三維重建軟件Mimics 10.01 中建立寰樞椎三維模型并測量寰樞椎椎弓根相關(guān)參數(shù)，模型以STL 格式保存。在Imageware12.1 軟件中打開寰樞椎三維重建模型，讀入點(diǎn)云數(shù)據(jù)、定位基準(zhǔn)及參考平面；然后在Geomagic Studio 10 軟件中對模型進(jìn)行曲線和曲面的處理，確定模型的三角網(wǎng)格面；最后通過Pro/Engineer 4.0 軟件設(shè)計(jì)椎弓根的最佳進(jìn)釘通道，提取寰椎后弓及樞椎椎板后部的表面解剖學(xué)形態(tài)，建立與其解剖學(xué)形態(tài)相一致的反向模板，將設(shè)計(jì)的椎弓根螺釘進(jìn)釘通道和反向模板合成在一起，在軟件中建立起個體化導(dǎo)向模板的數(shù)據(jù)模型，以STL 格式保存。將STL 文件導(dǎo)入Dimension 3D 打印機(jī)，利用RP 技術(shù)制作寰樞椎椎體實(shí)物模型和實(shí)物導(dǎo)向模板。在標(biāo)本上利用個體化導(dǎo)向模板輔助植入寰樞椎椎弓根螺釘，術(shù)后通過肉眼觀察和CT 斷層掃描兩種方式評價(jià)螺釘植入的準(zhǔn)確性。 結(jié)果 個體化導(dǎo)向模板大小設(shè)計(jì)合適，使用簡便，每個模板均能緊密貼合于相應(yīng)寰樞椎標(biāo)本的后部骨性結(jié)構(gòu)上，在植釘過程中未發(fā)現(xiàn)模板松動和移位。術(shù)中共應(yīng)用8 個個體化導(dǎo)向模板，輔助植入寰樞椎椎弓根螺釘32 枚。術(shù)后肉眼觀察及CT 斷層掃描顯示所有螺釘進(jìn)釘點(diǎn)準(zhǔn)確，進(jìn)釘方向適當(dāng)。寰椎椎弓根螺釘準(zhǔn)確性分級：0 級15 枚，Ⅰ級1 枚；樞椎椎弓根螺釘準(zhǔn)確性分級均為0 級。 結(jié)論 利用RP 技術(shù)生產(chǎn)出的個體化導(dǎo)向模板輔助寰樞椎椎弓根螺釘植入準(zhǔn)確性高、操作簡便，有一定的臨床應(yīng)用前景。
目的 初步確立hBMSCs 的二維生物打印方法，實(shí)現(xiàn)對細(xì)胞噴射過程的控制并保持打印后細(xì)胞活力。 方法 取健康志愿者骨髓5 mL，常規(guī)培養(yǎng)hBMSCs 至第2 代，調(diào)整為1 × 106 個/mL 單細(xì)胞懸液。實(shí)驗(yàn)分3 組：打印組1 細(xì)胞先行碘化丙啶（propidium iodide，PI）熒光標(biāo)記，快速成型組織打印機(jī)進(jìn)行二維細(xì)胞打印，x 軸間隔300 μm，y 軸間隔1 500 μm，激光共聚焦顯微鏡觀察。打印組2 細(xì)胞未行PI 標(biāo)記，經(jīng)生物打印后培養(yǎng)2 h，Live/Dead viability Kit 測定細(xì)胞活力，激光共聚焦顯微鏡觀察細(xì)胞熒光染色情況；取1 份未經(jīng)Live/Dead viability Kit 測試的打印組2 細(xì)胞，培養(yǎng)7 d 后倒置顯微鏡觀察細(xì)胞形態(tài)，貼壁后常規(guī)培養(yǎng)，動態(tài)觀察細(xì)胞生長狀態(tài)。對照組除細(xì)胞懸液不行打印，其余操作同打印組2。 結(jié)果 打印組1 細(xì)胞激光共聚焦顯微鏡觀察，“細(xì)胞墨滴”在二維組織中規(guī)則且均勻分布，滿足二維設(shè)計(jì)細(xì)胞打印要求；每個“細(xì)胞墨滴”包含細(xì)胞15 ～ 35 個。打印組2 細(xì)胞經(jīng)活力測試，細(xì)胞孵育30 min 后激光共聚焦顯微鏡觀察顯示細(xì)胞熒光染色情況。對照組細(xì)胞活力與打印組2 無明顯區(qū)別。打印后細(xì)胞常規(guī)培養(yǎng)7 d，細(xì)胞可正常貼壁生長，形態(tài)、生長狀態(tài)良好。 結(jié)論 通過生物打印技術(shù)可實(shí)現(xiàn)hBMSCs 在二維平面上的定向、定量規(guī)則分布，并為進(jìn)一步的細(xì)胞三維打印乃至器官打印體系奠定基礎(chǔ)。
目的 了解計(jì)算機(jī)技術(shù)在組織工程學(xué)研究方面的應(yīng)用情況。方法 廣泛查閱近年有關(guān)計(jì)算機(jī)技術(shù)、圖像處理、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)及先進(jìn)制造技術(shù)等應(yīng)用于組織工程研究的相關(guān)文獻(xiàn)，并進(jìn)行綜述。結(jié)果 計(jì)算機(jī)輔助組織工程學(xué)是計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)和組織工程學(xué)相結(jié)合產(chǎn)生的新的研究領(lǐng)域，是未來組織工程學(xué)研究發(fā)展的新方向，包括醫(yī)學(xué)CT/MRI掃描、計(jì)算機(jī)輔助三維重建、解剖組織建模、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、快速成型技術(shù)、計(jì)算機(jī)輔助組織工程支架制作、計(jì)算機(jī)輔助組織植入等。結(jié)論 計(jì)算機(jī)輔助組織工程學(xué)在組織工程支架制作、人工組織植入等方面用途廣泛，是組織工程學(xué)研究的新的有效途徑。
目的 利用快速成型與反求技術(shù)建立大塊下頜骨缺損的外形與功能重建的方法。 方法 2002年4月～2004年8月，大面積下頜骨病變截除術(shù)后遺留大塊下頜骨缺損患者4例，男1例，女3例，年齡21～42歲。均為二期修復(fù)，術(shù)前張口度1.8～2.5 cm，平均2.2cm，均存在開閉口運(yùn)動偏斜。采用CT數(shù)字化圖像數(shù)據(jù)，利用Mimics圖像軟件和Geomagic Studio曲面重構(gòu)軟件鏡像恢復(fù)下頜骨缺損區(qū)數(shù)據(jù)及種植體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，快速成型技術(shù)制作缺損下頜骨的樹脂模型，通過鑄造技術(shù)制造純鈦修復(fù)支架，修復(fù)缺損重建功能。結(jié)果 術(shù)前CT掃描數(shù)據(jù)可以直接被圖像設(shè)計(jì)軟件使用，精密制造出缺損下頜骨的樹脂模型和鈦支架，并可以設(shè)計(jì)良好的種植體。術(shù)后4例患者傷口均Ⅰ期愈合，隨訪3個月～2年，缺損區(qū)面部外形恢復(fù)滿意，開口度3.0～3.4 cm，平均3.2 cm。咬 牙合關(guān)系正常，開閉口功能正常無偏斜。1例術(shù)后6個月行種植義齒鑲復(fù)，咀嚼功能恢復(fù)良好。結(jié)論 利用快速成型與反求技術(shù)進(jìn)行個體化修復(fù)大塊下頜骨缺損，方法簡便，修復(fù)精確，可同時修復(fù)外形及重建咀嚼功能。
目的 探討利用電子束CT（electron beam CT，EBCT）數(shù)據(jù)、快速成型技術(shù)制作三維頭顱模型的方法，以及在顱頜面創(chuàng)傷后骨缺損修復(fù)中的應(yīng)用。方法 EBCT連續(xù)薄層容積掃描提取層面輪廓數(shù)據(jù)，所得數(shù)據(jù)以計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件構(gòu)建曲面模型，模型數(shù)據(jù)輸入AFS-320QZ激光快速成型機(jī)，運(yùn)用液態(tài)光敏樹脂選擇固化法，以光敏樹脂為成型材料獲得仿真三維頭顱實(shí)體模型，在實(shí)體模型上進(jìn)行手術(shù)模擬并預(yù)制個體化骨缺損修復(fù)體。應(yīng)用于外傷后二期額骨缺損修復(fù)1例，患者術(shù)前左側(cè)額部凹陷，鼻根低平，鼻梁左側(cè)歪斜；EBCT掃描左額骨缺損4cm×6 cm。結(jié)果 EBCT數(shù)據(jù)和快速成型技術(shù)結(jié)合制作的三維仿真頭顱實(shí)體模型，能詳盡、直觀地顯示顱頜面創(chuàng)傷后骨骼的三維解剖結(jié)構(gòu)及相互關(guān)系?；颊呃媚Ｐ皖A(yù)制的修復(fù)體與缺損適配性好，術(shù)后左額骨缺損達(dá)解剖意義修復(fù)，鼻梁塌陷歪鼻畸形獲得矯正。隨訪1年5個月，醫(yī)患雙方均滿意。結(jié)論 三維頭顱模型能真實(shí)再現(xiàn)病體原形，為準(zhǔn)確診斷、手術(shù)計(jì)劃及模擬提供真實(shí)的虛擬空間，在顱頜面創(chuàng)傷修復(fù)中具有重要的意義。
目的 設(shè)計(jì)并制造一種用于復(fù)合異體半關(guān)節(jié)移植的個體化人工半膝關(guān)節(jié)，為解決異體骨移植關(guān)節(jié)軟骨壞死和異體自體關(guān)節(jié)形狀不匹配時提供一種方案。方法 利用提取的股骨髁關(guān)節(jié)軟骨三維輪廓數(shù)據(jù)，在Surfacer 9.0圖像處理軟件上進(jìn)行個體化人工半膝關(guān)節(jié)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，得到三維模型，進(jìn)行數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換，在LPS600快速成型機(jī)上制出快速成型樹脂模，對樹脂模進(jìn)行修整、拋光獲得理想的個體化人工半膝關(guān)節(jié)模型，經(jīng)硅膠翻模、制作蠟?zāi)！⒊蓺?、澆鑄，獲得鈦合金關(guān)節(jié)。將快速成型不易加工的融合籠焊接到關(guān)節(jié)上，拋光后即獲得鈦合金個體化人工半膝關(guān)節(jié)成品。并選擇1例14歲患者，因右股骨下段骨肉瘤切除異體骨段保肢術(shù)后復(fù)發(fā)為臨床應(yīng)用。結(jié)果 設(shè)計(jì)、制造出1例新型復(fù)合異體半關(guān)節(jié)移植的個體化人工半膝關(guān)節(jié)，術(shù)中見假體與異體骨、對側(cè)關(guān)節(jié)匹配良好。手術(shù)順利，患者5周可下地行走，6個月異體-自體骨愈合，隨訪1年患膝無不適，膝關(guān)節(jié)功能良好。結(jié)論 經(jīng)CT數(shù)據(jù)獲得骨骼三維輪廓信息，利用快速成型技術(shù)建模、熔模制造，可獲得滿意的個體化人工半膝關(guān)節(jié)假體，臨床應(yīng)用1例明顯改善膝關(guān)節(jié)功能，較好解決了異體-自體關(guān)節(jié)形狀不匹配。
針對多孔生物陶瓷骨支架力學(xué)強(qiáng)度差的問題, 結(jié)合生物可降解鎂合金良好的力學(xué)性能, 提出了一種制備雙管道鎂合金/生物陶瓷復(fù)合增強(qiáng)骨支架的方法。首先設(shè)計(jì)具有互不連通雙管道的支架結(jié)構(gòu), 然后利用光固化快速成型結(jié)合凝膠注模法制備具有雙管道的生物陶瓷支架, 再利用低壓鑄造法向雙管道生物陶瓷支架的次級管道中灌注熔化的AZ31鎂合金, 鎂合金固化后即得到鎂合金/生物陶瓷復(fù)合骨支架。支架壓縮實(shí)驗(yàn)測得單管道生物陶瓷支架的壓縮強(qiáng)度為(9.76±0.64)MPa, 而鎂合金/生物陶瓷復(fù)合骨支架的壓縮強(qiáng)度為(17.25±0.88)MPa。鎂合金/生物陶瓷復(fù)合骨支架具有明顯的力學(xué)增強(qiáng)能力。
目的對近年來3-D打印技術(shù)在矯形外科的應(yīng)用、限制及前景進(jìn)行綜述。 方法廣泛查閱近年來關(guān)于3-D打印技術(shù)在醫(yī)學(xué)，尤其是在矯形外科應(yīng)用的文獻(xiàn)，并進(jìn)行總結(jié)分析。 結(jié)果3-D打印技術(shù)已應(yīng)用于矯形外科的術(shù)前診斷、手術(shù)方案制定及個性化假體制造等方面。 結(jié)論3-D打印技術(shù)是一項(xiàng)有醫(yī)學(xué)應(yīng)用前景的技術(shù)。