3D打印在颅骨缺损修补中的应用

3D打印在颅骨缺损修补中的应用

寿鹏里 胡婷婷

【摘 要】随著医疗技术的提高，颅骨缺损修补技术也有了很大的发展。本文主要介绍3D打印技术在颅骨缺损修补中的应用，包括颅骨缺损修补的发展背景、3D打印技术的发展、颅骨缺损修补假体的制作以及制作假体的材料。 【期刊名称】黑龙江科技信息 【年(卷),期】2018(000)009 【总页数】2

【关键词】颅骨缺损；颅骨缺损修补；3D打印

颅骨修补术是对缺损颅骨进行修补的一种脑外科常见的手术。造成颅骨缺损的原因有颅脑外伤、脑部手术去除骨瓣、颅骨良性肿瘤或类肿瘤切除、颅骨慢性骨髓炎等[1]。颅骨缺损区形状的改变，头皮内外大气压强的差异，导致颅骨缺损区内陷，压迫脑组织。颅骨修补能够保持颅骨的密闭性，保持生理性颅内压稳定，减轻颅骨缺损综合征[2]。常规的颅骨修补手术是医生根据病人颅骨缺损部位的大小和形状手工修剪钛网进行一期修补，但因手工塑形误差大，制作的修复假体个体匹配性差，精度低，不能满足修复后美观、舒适的要求。也可进行二期计算机辅助三维塑形钛网修补，能使个体适配性和外观美容得到大幅改善，但二次手术带来了二次创伤和费用的增加。并且，当颅骨缺损发生在额面部时，由于该区域曲面多，线条复杂，计算机辅助三维塑形也无法满足个体适配性和外观美容要求。纯钛及钛合金材料制成的假体在影像下存在伪影，遮挡了手术区域，影响临床对后续病情的判断和诊疗，尤其是对脑出血、脑肿瘤、脑血管病变等疾病患者，会造成病情延误。3D打印技术的兴起和新的打印材料

的出现为颅骨缺损提供了一种高质量、高效率的修补方法。

1 3D打印技术

3D打印技术起源于快速成型技术，它是利用CAD技术或是CT数据来获得所要打印物体的三维模型，然后对模型进行分层化处理。将数据保存后，用3D打印机逐层堆积加固材料，最终得到所需的产品。与传统制造技术相比，具有缩短生产周期，节约生产成本等优势。

目前应用于实际生产生活的3D打印方法有以下几种：a.固化成形工艺；b.叠层实体制造工艺；c.选择性激光烧结；d.熔积成形（丝状材料选择性熔覆）；e.固体基础固化。3D打印技术被广泛应用于机械制造行业、医疗行业、建筑行业、汽车制造行业等。

3D打印技术在医疗行业的运用越来越广泛，利用3D打印技术制造的颅骨缺损假体由于其个性化的设计，对缺损部位有很好的适配性，假体对周围组织的适应性也很好。同时该项技术效率高，大大缩短手术所需要的时间，减少手术风险，术后的功能和外形恢复也更好。

2 颅骨缺损修补假体的制作

在颅骨修补手术之前，要先获取病人颅骨缺损部位的模型。具体的建模方法有以下几种：Mimics镜像法、曲面拟合重建法、模板法。Mimics镜像法的建模过程如下[3]：将患者的颅骨CT图像以DICOM格式导入Mimics软件，选取合适的阈值得到该颅骨原始蒙罩。应用区域增长技术，选取欲重建的的颅骨区域，得到新蒙罩。导人新蒙罩并加以运算，获得该颅骨的三维重建模型。选择多平面工具来勾画颅骨切割范围，得到切割轮廓线后，将颅骨旋转到有颅骨缺损侧，观察轮廓线是否合适，通过移动节点、增加或减少节点的方式来调整轮

廓线，从而得到颅骨缺损模型。选择测量和分析工具，调整软件预先设计的矢状面，将颅骨平分成左右两半。选择镜像工具，将缺损对侧的数据镜像复制到颅骨缺损处，从而得到颅骨缺损模型。如果缺损部位超过了中线，可以选择增加节点填补中线缺损处。对于双侧颅骨缺损的患者，可分别提取对侧头皮的组织弧度，获得一个近似于颅骨的曲面。曲面拟合重建法的建模过程如下[4]：基于曲面曲率连续原则，根据缺损边缘近似拟合构建出修复假体三维曲面，从而实现个性化颅骨缺损修补假体。模板法建模过程如下[5]：利用大数据构成一般人群的颅骨形状，再与患者进行比较，得出缺损部位的大体形状，从而制作出颅骨缺损修补假体。

颅骨缺损修补假体模型建立后，以 STL格式保存并导入三维打印软件，对颅骨模型进行校验和修正，以医用植入级聚醚醚酮为材料打印出颅骨缺损修补假体。

3 颅骨缺损修补假体的制作材料

颅骨缺损修补时所使用的材料对手术及术后的恢复都有重要的作用。制作颅骨缺损修补假体的材料有很多，临床上应用最多的材料有骨水泥、有机玻璃、硅橡胶、高分子聚合材料、钛网、聚醚醚酮等。

传统的颅骨修补材料如骨水泥、有机玻璃、硅橡胶，虽然价格较低，但因其存在易碎裂、老化，生物相容性差，强度不及人体颅骨，抗冲击性差，术中操作复杂，修补后皮下容易积液及皮下感染发生率较高等缺点，目前临床上已很少使用。钛网被广泛应用于脑外科，它的化学性能稳定，不引起排异或过敏反应，易剪裁塑形，抗冲击力强，灭菌消毒不变形。但它缺点是导热导电，因导热系数高，故手术后头部对外界温差反应变得敏感，产生不适，而长期的温差变化也会对脑组织产生慢性损伤[6]。医用植入级聚醚醚酮，通过组织工程技术和