3D打印技术在创伤性骨折中的应用

背景:3D打印技术可根据患者实际病情和治疗需求设计构建模型、手术导板和个性化植入体或固定物,在创伤性骨折修复中展示了巨大的应用前景。目的:综述3D打印技术在创伤性骨折中的应用。方法:检索Web of science、PubMed和中国知网数据库2020-2024年发表的创伤骨科领域3D打印技术应用的相关文献,英文检索词为“traumatic fracture,3D printing technology,digital model,surgical guide”,中文检索词为“创伤性骨折,3D打印技术,数字模型,手术导板”,经筛选和分析,最终纳入60篇文献进行分析。结果与结论:①创伤性骨折是各种致伤因素导致的骨骼连续性中断和完整性破坏的骨折现象,以可靠方案提高复位愈合效果,已成为骨外科相关研究领域亟需解决的热点问题;②3D打印技术是以数字模型数据为基础的,运用粉末状金属或聚合物等可黏合成型材料以立体光刻、沉积建模和光聚合物喷射等形式制造满足需求三维实体的技术,在数字骨科生物医学领域应用广泛;③3D打印技术在疾病诊断、术前规划、重建骨折三维模型、定制骨科植入体、定制固定支具及假肢、手术导板制作和骨缺损修复等方面发挥了显著的优势,可根据患者实际病情和治疗需求设计构建模型、手术导板和个性化植入体或固定物,为创伤性骨折的治疗提供了新的思路。

激光技术在食品3D打印中的应用及发展趋势

随着食品3D打印技术的快速发展,各种辅助技术与其结合的创新应用越来越受关注。激光技术具有精确、高能量和快速实现材料成型等特点,与食品3D打印技术的个性化定制优势高度契合,两者的结合在食品加工领域展现出巨大的应用前景。本文在介绍食品3D打印技术和激光技术发展现状的基础上,着重阐述激光技术在食品3D打印中的应用,包括激光参数(如波长、功率、脉冲等)和工艺优势。同时,指出激光技术在食品3D打印应用中所面临的挑战,如激光照射下的食品安全、应用局限等问题。最后,对激光技术和食品3D打印技术深度融合的发展趋势进行总结与展望,指明未来发展方向,为激光技术在食品3D打印领域的创新应用提供理论参考。

生物3D打印仿生支架促进肩袖损伤后的愈合

背景:大多数肩袖损伤发生于冈上肌腱,由于肌腱组织缺少血管以及肩袖复杂的解剖结构,临床治疗效果非常有限。组织工程技术和干细胞生物学的快速发展为提高肌腱修复质量带来了新的希望。目的:通过生物3D打印技术制备人脐带间充质干细胞/甲基丙烯酸酐化明胶复合支架,观察该支架修复肩袖损伤的效果。方法:(1)体外细胞实验:制备明胶微载体,将人脐带间充质干细胞接种于明胶微载体表面构建组织工程化干细胞。制备甲基丙烯酸酐化明胶水凝胶打印墨水,使用甲基丙烯酸酐化明胶水凝胶打印墨水重悬组织工程化干细胞,放入3D打印机的生物墨水容器中进行打印,蓝光照射固化5 min后即得人脐带间充质干细胞/甲基丙烯酸酐化明胶复合支架。通过死活染色、CCK-8实验检测支架内人脐带间充质干细胞的活性。(2)动物体内实验:采用随机区组设计方法将24只SD大鼠随机4组,每组6只:正常组不进行任何处理,肩袖损伤组、单纯支架组、细胞支架组建立冈上肌腱撕裂的肩袖损伤模型,单纯支架组、细胞支架组造模后分别将甲基丙烯酸酐化明胶支架、人脐带间充质干细胞/甲基丙烯酸酐化明胶复合支架植入肌腱损伤处。术后4周,分别进行大鼠行为学测试及肩袖冈上肌腱组织学病理组织形态观察。结果与结论:(1)体外细胞实验:死活染色结果显示,明胶微载体可减轻3D打印过程对人脐带间充质干细胞造成的损伤,随着培养时间的延长,支架内的人脐带间充质干细胞存活率升高;CCK-8实验结果显示,随着培养时间的延长,支架内的人脐带间充质干细胞活性无明显变化。(2)动物体内实验:行为学测试结果显示,相较于肩袖损伤组、单纯支架组,细胞支架组大鼠四肢运动功能明显改善;肩袖冈上肌腱苏木精-伊红与Masson染色结果显示,相较于肩袖损伤组、单纯支架组,细胞支架组肌纤维排列较规律,无明显的炎性细胞浸润,胶原容积百分比降低;免疫荧光染色结果显示,相较于肩袖损伤组、单纯支架组,细胞支架组肩袖冈上肌腱内白细胞介素6、肿瘤坏死因子α蛋白表达明显降低。(3)结果表明,生物3D打印的人脐带间充质干细胞/甲基丙烯酸酐化明胶复合支架可促进肩袖损伤组织修复再生。

3D打印技术在口腔医学、颌面外科修复重建中的作用与优势

背景:3D打印技术独特的优势为口腔医学的发展开拓了新的思路。目的:总结3D打印技术在口腔医学中的应用进展。方法:利用计算机检索中国知网和PubMed数据库,以“3D打印,口腔科学”为中文检索词进行分类检索,以“Three-Dimensional printing,stomatology,Dentistry,prosthodontics,oral implant,orthodontics,oral and maxillofacial surgery,dental pulp disease,periodontitis”为英文检索词进行关键词检索,经阅读初步排除与文章主题不相符的文献,根据纳入标准和排除标准,最终纳入54篇文献进行汇总。结果与结论:在口腔医学领域,3D打印技术的应用范围正迅速拓展,逐步取代传统的临床诊断和治疗方式,通过结合数字化技术和先进的材料科学,3D打印可以精确地创建三维模型,为口腔疾病治疗提供了个性化解决方案,确保医师能够在手术前进行详尽的规划和预览,提高手术的安全性。3D打印技术在定制化义齿制作、个性化种植、无托槽隐形矫治等多方面呈现出了显著优势,基于此项技术,医师可以根据患者口腔结构和需求实行精准设计与制作,为患者带来良好的治疗体验和预后效果。3D打印技术在微创牙髓治疗及牙周组织再生方面也展现出了巨大潜力,3D打印的支架和植入物可为干细胞提供适宜环境,促进牙周组织的再生和修复,但目前3D打印在再生治疗仍处于发展阶段,还需更多的研究和实践来验证其临床应用的效果和安全性。

基于新兴技术的细胞生物学课程教学改革探索--虚拟现实、增强现实、3D打印、互联网+的应用

由于细胞知识教学的特殊性,导致学生对部分内容产生疑惑,甚至失去对这一学科的学习积极性。通过改进细胞生物学课程教学方法,在教学过程中融入新兴技术--比如虚拟现实、增强现实、3D打印、互联网+等,期望能将理论教学中晦涩难懂的抽象概念转化为具体、直观的形式,从而更有效地提升学生的学习积极性,挖掘他们的学习潜能,提升教学过程中的科技含量,并显著改善细胞生物学课程的教学质量。

原位3D生物打印技术在骨和软骨损伤修复中的研究进展

目的 综述原位3D生物打印技术在骨和软骨损伤修复方面的研究进展。方法 查阅近年国内外原位3D生物打印技术用于骨和软骨损伤修复的相关文献,并进行分析和总结。结果 原位3D生物打印作为一种新兴的组织工程技术,主要应用于骨、软骨和皮肤等组织损伤修复。通过将生物材料、生物活性物质与细胞相结合,在损伤或缺损部位直接打印移植体修复缺损。目前关于打印技术的研究主要集中于打印模式、生物墨水和打印技术等方面;骨及软骨领域应用研究主要集中在预血管化,调整生物墨水组成,改善支架结构、打印技术,负载药物、细胞和生物活性因子等,以促进组织损伤修复。结论 原位3D生物打印可以实时快速并且微创化构建骨和软骨组织移植体,未来需要继续研制适合特定组织移植体的生物墨水,以及与机器人技术、融合成像、计算机辅助医疗相结合,提升打印效率。

基于生物3D打印技术的水凝胶器官芯片及其灌注平台

针对水凝胶组织支架细胞球培养过程中存在着缺乏相关设备和实验平台的问题,采用生物3D打印技术和动态灌注培养的方法,设计制作了一种双通道水凝胶器官芯片,并搭建了一套灌注培养平台。采用聚苯乙烯荧光微球模拟细胞球的灌注过程,通过有限元仿真分析了不同流速下(0.849、2.547、4.244 mm/s)微球灌注时,通道不同位置流速和剪切应力的变化。设计了聚苯乙烯荧光微球动态灌注实验,基于仿真结果分析了流速对微球流动状态与贴附的影响。实验结果表明:灌注液在通道截面中心位置的流速最大,在通道周围趋近于静止,有利于微球沉降。灌注液流速为2.547 mm/s时,微球受到的最大剪切应力约为0.17 Pa,可以大量堆积在通道分支内。该研究可以为胰岛等细胞球在水凝胶器官芯片内的灌注和培养提供技术参考。

3D生物打印技术用于肝组织模型构建的研究进展

3D生物打印是以活体细胞、生物材料和活性分子为原料,制造仿生结构模型的一种新兴技术。在肝脏组织工程领域,3D生物打印技术能构建具有生物活性与功能的肝组织模型,用于肝脏疾病治疗与再生医学研究。本文就3D生物打印技术用于肝组织模型构建的相关研究进展作一综述。

生物3D打印技术用于功能性骨骼肌3D组织构建的研究进展

骨骼肌作为机体运动系统的重要组成,对维持运动功能不可或缺。然而,体积性骨骼肌缺失(VML)所致运动功能丧失严重限制了机体的活动能力,并伴随多种并发症。当前,临床对VML的治疗主要依赖于移植手术,但其受限于供体部位发病率、供体组织缺乏以及对高技能手术团队的依赖。鉴于此,生物3D打印技术凭借其高效精准的特点,为功能性肌肉的制造以及VML的再生修复开辟了新的途径。综述了生物3D打印技术在功能化骨骼肌组织构建方面的研究现状,回顾了生物3D打印的多种技术方案,探讨了生物墨水在功能性肌肉构建中的应用进展。重点讨论了该技术在构建血管化和神经化骨骼肌仿生组织方面的最新方法,总结了各种3D打印构建的功能化骨骼肌结构对骨骼肌缺损修复的作用,最后分析了现有技术的局限性,展望了生物3D打印功能化骨骼肌结构领域的发展趋势.

3D打印技术在生物医学领域的应用进展

生物材料可用于人体组织及器官的修复,对多种疾病的治疗具有积极作用,尤其是与3D打印技术相结合,可在医疗领域发挥革命性的影响力。目前,3D打印技术在生物医学领域的应用已经得到广泛的研究,如利用3D打印获得患处解剖模型以辅助精确医疗。本文综述了3D打印技术在生物医药领域的应用,并就其未来发展方向进行讨论。

基于干细胞与生物3D打印技术的皮肤组织工程研究与应用进展

皮肤是人体内非常复杂的器官,构建仿生的皮肤模型一直是是临床和研究中的热点与难点。3D生物打印技术的出现解决了皮肤构建物的问题,它可以通过定制皮肤形状,精确分配细胞和其他材料,实现快速可靠的仿生皮肤替代品生产,满足临床和工业要求。此外,它具有优异的性能、灵活性、高分辨率、重现性和高通量,可以用于药物筛选、化妆品测试以及皮肤移植等,并且可以为更多烧伤或糖尿病患者提供有效的皮肤替代物。结合干细胞的3D生物打印技术给研究和医疗专业人员带来更多解决皮肤疾病的方案。多能干细胞是有吸引力的候选细胞,因为,它们除了在伦理上被接受外,还可以根据患者的情况进行基因定制,实现具有预定结构的细胞载体,可以纳入血管网络、毛囊和汗腺等仿生层次的结构,以提高组织功能和美学植入。该文主要综述3D生物打印技术进行皮肤构建的研究现状,重点讨论了不同3D生物打印工艺构建皮肤的特点,并剖析了含有附属器的皮肤构建物下游应用需求,为本领域在体外生理或病理模型构建、再生医学和临床等研究提供参考。

生物陶瓷3D打印技术研究进展与趋势

生物陶瓷3D打印是医学、工程技术和材料科学等学科交叉融合的前沿研究技术之一,本文综述了该技术在牙科和骨科修复等关键医疗领域中的创新性应用,展望了在推动个性化医疗产品方面的发展潜力。概述了生物陶瓷的关键材料属性和3D打印技术的基本工作原理,深入讨论了生物陶瓷3D打印在牙科修复和骨组织工程领域的最新研究成果与实际应用案例。详细分析了当前3D打印技术主要发展趋势,包括材料的力学性能匹配、生物相容性优化、复杂结构高精度打印、产品标准化和质量控制等。展望了生物陶瓷3D打印技术在智能化生产流程、自动化技术集成和定制化医疗解决方案方面的潜力与机遇,体现了跨学科交叉融合在推动技术创新方面的重要性。

3D打印生物墨水在组织修复与再生医学中的应用

背景:通过选用合适的生物墨水,3D打印技术可用以制造人体组织和器官的代替物,并在人体内发挥作用。近些年来3D打印技术发展迅速,在再生医学中有着巨大的应用潜力。目的:介绍3D打印用生物墨水的类型,并综述生物墨水的分类、应用、优缺点及未来愿景。方法:以“3D printing,Biological ink,Tissue engineering,hydrogel,Synthetic material,Cytoactive factor,3D打印、生物墨水、组织工程”为检索词,运用计算机检索2000-2022年以来发表在PubMed、CNKI数据库中的相关文献,最终纳入83篇进行综述。结果与结论:在过去的几十年里,生物3D打印技术发展迅速,在组织工程和生物医学等各个领域都受到了极大的关注。相对于传统生物支架制造方法在功能性及结构方面受到的限制,3D打印可以更好地模拟生物组织复杂的结构,并且具有合适的力学、流变学和生物学特性。生物墨水是3D打印中必不可少的一部分,通过生物材料制备的生物墨水,经打印后产生的生物支架在组织修复和再生医学等方面有着巨大的科研潜力及临床意义,其材料的研究本身也越来越受到专家们的重视。3D打印生物墨水的材料各种各样,有天然材料也有合成材料,还有一些不需要任何额外生物材料的细胞聚集体,并且各种材料在实际运用中的功效各不相同。未来会有越来越多的生物墨水被研制用于组织工程,需要通过充足的实验模拟及设备测试来对生物墨水的可打印性进行分析,从而满足实际的医用需求。

3D打印导板技术联合多次去旋转治疗重度僵硬性脊柱侧凸

背景:近年来,随着3D打印技术的发展,使得外科手术走向个性化、精准化。3D打印导板技术可实现术前规划、术中导航,使得外科手术更加精准。临床中重度僵硬性脊柱侧弯矫形术中仍面临置钉准确性不高导致螺钉松动甚至引起神经并发症的问题,现有关于3D打印导板技术指导重度僵硬性脊柱侧弯术中置钉的研究不多。目的:评价3D打印导向模板技术联合后路多次去旋转治疗重度僵硬性脊柱侧凸的临床效果。方法:回顾性分析3D打印导向模板椎弓根螺钉置入后联合施行后路多次转棒去旋转技术治疗重度脊柱侧凸6例患者的临床资料,男3例,女3例,手术时年龄15-23岁,平均(18.17±3.49)岁。分析术后2周和术后18个月时脊柱侧弯相关参数的变化,进行统计学分析。结果与结论:(1)手术时间280-540 min,平均(340.83±102.20)min,术中出血量1000-4000 mL,平均(2000.00±1073.70)mL,固定节段9-14个椎体,平均(11.83±1.72)个椎体,矫形过程中未出现螺钉松动;(2)所有患者均获得随访,术后2周全脊柱正侧位片显示冠状位主弯的cobb角、冠状面C_(7)铅垂线和S1正中线的距离、矢状面C_(7)铅垂线和S1后缘的距离、顶椎偏移、胸椎后凸角、腰椎前凸角均获得明显矫正,主弯的cobb角平均矫正率62.22%,术后18个月随访各参数较术后2周无明显变化,矫形效果满意,无感染和内固定断裂;(3)围术期切口延迟愈合1例,经过换药处理瘢痕愈合,未出现神经并发症;(4)结果表明3D打印导向模板结合后路多次转棒去旋转技术治疗重度僵硬性脊柱侧凸畸形安全有效,矫形效果满意。

3D生物打印技术在骨及软骨再生修复中的研究进展

3D生物打印是一种将活细胞、生物材料、药物、生长因子和基因逐层进行空间排列的技术。该技术在骨及软骨修复领域的应用取得了显著的进展,可以解决传统手术方法存在的问题,如创伤大、周期长、难度高、并发症多、生物活性和生物相容性不足等,潜力巨大。本文概述了3D生物打印技术如何通过使用生物可降解材料和细胞制造出具有生物活性和生物相容性的骨和软骨组织,旨在为后续研究提供理论基础。

3D打印技术在口腔正畸领域的应用进展

3D打印是通过计算机辅助技术模拟设计3D结构,并用各种材料逐层堆积成真实的物体,是一种增材制造技术[1]。与传统失蜡铸造法和计算机减材制造法相比,3D打印具有工艺优势[2],能够缩短供应链,降低成本,通过产生更少的废物实现可持续的过程,但在表面质量、机械性能和尺寸精度等方面,3D打印技术有待提高。在口腔正畸领域,数字化3D打印技术(简称3D打印技术)已经得到广泛运用,3D打印技术继承错颌畸形的矫治理念,摒弃传统诊断、设计、制作方法,利用计算机辅助诊断、个性化设计、数字化成型技术,根据口腔内复杂情况快速制作个性化矫治器,能够提高患者舒适度以及治疗效率,同时推动正畸治疗向个性化与精准化转变,为正畸治疗带来了极大的便利[3]。本文将综述3D打印技术在口腔正畸领域中的运用。

基于生物测量技术和3D打印技术的个性化义眼片制作

眼内容物剜除或眼球摘除术是一种不可逆的破坏性手术,术后由于眼眶内缺乏填充物,眼窝明显凹陷,严重影响美观[1]。因此需要同时或者二期植入义眼台进行眼窝填充,同时佩戴合适的义眼片可以极大的改善外观,降低由于眼内容物摘除带来的心理创伤。由于不同患者眼部结构、形态的不同,个性化义眼片的设计和制作显得格外重要。

翻转课堂联合3D打印技术在临床肋骨骨折教学中的应用

目的探讨翻转课堂联合3D打印技术在临床肋骨骨折教学中的应用效果。方法将2021年6月至2022年6月武汉大学人民医院胸外科住培学员共78名分为试验组(39名)和对照组(39名)。试验组采用翻转课堂联合3D打印技术模式授课,对照组采用传统教学模式。运用理论考核和问卷调查方式评估教学效果。结果试验组理论考核成绩(84.62±10.97)分高于对照组(76.92±11.28)分,且试验组相较于对照组能够明显提高学习效果、临床思维能力和教学满意程度,差异有统计学意义(P<0.05),但在提高学习效率方面2组差异无统计学意义(P>0.05)。结论翻转课堂联合3D打印技术在肋骨骨折的临床教学中的应用有助于增加学生的知识掌握水平,提高学习效果,增加临床思维能力,具有一定的教学价值。

个体化3D打印技术联合心理干预在下肢创伤骨折手术患者中的应用效果

目的:探讨基于医工结合背景下个体化3D打印技术联合心理干预,在改善下肢创伤骨折手术患者情绪状态的影响效果。方法:选取在唐山市第二医院住院治疗的下肢创伤性骨折手术患者为研究对象。将2022年1-6月住院的患者45例作为对照组,采用传统常规方式进行健康宣教;选取2022年7-12月住院的患者47例为研究组,采用医工结合背景下3D打印技术联合心理干预进行干预,比较两组患者入院时和出院时的焦虑自评量表(SAS)评分和抑郁自评量表(SDS)评分差异,比较两组患者存在焦虑状态和抑郁状态差异,比较两组患者依从性(包括健康教育掌握情况、配合治疗护理)和对护理工作满意度的差异。结果:①两组患者入院时焦虑和抑郁情绪没有显著差异,但在出院时研究组的SAS评分和SDS评分与对照组有显著差异(F=111.216,54.172;P<0.01),且实验组的焦虑和抑郁显著低于对照组,差异具有统计学意义(P<0.05);②两组患者的依从性和满意度存在显著性差异,差异均具有统计学意义(χ^(2)=5.520,7.723;P<0.05)。结论:医工结合背景下之3D打印技术联合心理干预可有效减轻下肢创伤骨折患者的焦虑、抑郁情绪,提升患者的依从性和满意度。

3D打印技术在骨科创伤疾病教学中的应用进展

创伤骨科解剖结构复杂,受伤机制及骨折类型多变,一直是医学教育的重点和难点。但是,传统的教学方法多借助课件和尸体标本等辅助讲授,医学生难以直观观察、认识和理解,教学效果欠佳。随着计算机和数字化虚拟技术的飞速发展,3D打印技术在创伤骨科疾病中已发展成一种重要的教学辅助手段。该技术用于创伤骨科临床教学的应用价值主要表现在:三维重建复杂解剖结构、判断骨折分型和并发症、推测骨折受伤机制、制定手术计划、提高学习热情和信心,从而不断提高教学质量。文章将对近年来3D打印技术在骨盆骨折、髋臼骨折和关节周围骨折教学应用中的研究进展进行分析与归纳,阐述应用现状和所存在的问题,以不断提升骨科创伤疾病的临床教学质量。