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打印共面模板在局部进展型胰腺癌125I粒子植入治疗中的疗效观察

局部进展型胰腺癌(locally advanced pancreatic cancer,LAPC)指肿瘤局部广泛浸润,伴有严重的血管侵犯而无远处转移的胰腺癌,占全部胰腺癌的30%~50%[1],病人平均生存期6~12个月,难以手术切除[2],需要先采用转化治疗,当其成为可切除肿瘤时再行手术切除,但转化成功率一般较低。顽固性腰腹痛常常是LAPC病人就诊的首要且最痛苦的症状,严重影响病人的生活。目前临床主要的治疗方法为药物、神经毁损等,但只能暂时缓解症状而不针对肿瘤本身。

3D打印技术在腓骨头上入路治疗复杂胫骨平台后外侧骨折中的临床应用

目的探讨3D打印技术在腓骨头上入路治疗复杂胫骨平台后外侧骨折中的临床应用价值。方法回顾性分析67例接受腓骨头上入路治疗的复杂胫骨平台后外侧骨折患者的临床资料,根据术前是否采用3D打印模拟手术将患者分为3D打印组35例和常规组32例。比较2组患者的手术时间、术中出血量、术中透视次数,观察术后切口感染、腘血管损伤、腓总神经损伤等并发症发生情况。随访骨折愈合时间,术后6个月评估Rasmussen评分,末次随访时评估美国特种外科医院(HSS)膝关节功能评分。结果67例患者随访时间为14~22个月;2组各有1例患者发生术后切口感染,均未发生腘血管损伤、腓总神经损伤、下肢深静脉血栓等并发症;3D打印组患者手术时间、术中出血量、术中透视次数均短于或少于常规组,差异有统计学意义(P<0.05);2组患者骨折愈合时间、术后6个月Rasmussen评分、末次随访时HSS评分比较,差异无统计学意义(P>0.05)。结论3D打印技术应用于复杂胫骨平台后外侧骨折患者的腓骨头上入路治疗中,可以优化手术方案,缩短手术时间,减少术中出血量和透视次数。

3D打印混凝土永久模板叠合柱的抗压性能数值模拟研究

为深入研究3D打印混凝土永久模板叠合柱的抗压性能,基于3D打印混凝土永久模板叠合柱及同尺寸整体现浇对照柱试验建立构件数值模型,模拟分析其轴压荷载-位移响应及失效形态。针对界面粘结性能、现浇混凝土抗压强度、打印模板厚度、荷载偏心距等参数开展3D打印混凝土永久模板叠合柱的抗压性能计算分析,研究表明:叠合柱轴压极限承载力随着薄弱界面剪切强度、刚度及现浇混凝土抗压强度的增大而增大。由于打印材料的抗压强度高于现浇混凝土,叠合柱抗压极限承载力提升率与打印模板厚度呈近似线性关系,叠合圆柱的抗压极限承载力随着荷载偏心距的增大而降低,呈近似线性负相关。此外,偏心距对叠合圆柱极限承载力下降幅度的影响大于现浇圆柱。

明胶/氧化纳米纤维素高弹性模量高孔隙皮肤支架的3D打印工艺

背景:在采用主动修复治疗手段应对皮肤创伤时,需要使用组织工程技术生成新的组织来代替坏死组织,皮肤支架在创伤修复领域具有良好的应用前景。皮肤支架需要呈现具有一定力学强度的三维多孔结构,以满足细胞增殖分裂的需求,而目前使用的明胶基生物材料力学强度弱,无法达到皮肤支架的使用要求。目的:针对明胶/氧化纳米纤维素复合材料制备组织工程皮肤支架时使用的3D打印工艺进行研究,重点研究不同工艺参数下制备皮肤支架的孔隙率与其力学强度之间的关系。方法:从葎草中提取10%浓度的氧化纳米纤维素晶须,再与5%的明胶复合得到明胶/氧化纳米纤维素复合材料,检测明胶与明胶/氧化纳米纤维素复合材料的弹性模量。以明胶/氧化纳米纤维素复合材料为基材,采用3D打印挤压成型方法制备皮肤支架,通过对材料进行力学性能测试和流变特性测试确定挤压成型工艺参数(填充间隙1.5-2.5 mm,0.1 mm均布;气压160-200 kPa),并以此制备具有三维多孔结构的皮肤支架。对皮肤支架进行了抗压性能的测试并与有限元分析结果相对比,论证了支架打印时的填充间隙与支架孔隙率及力学强度之间的关系。结果与结论:①通过实验得出,加入10%浓度的氧化纳米纤维素晶须使5%明胶的弹性模量度提升了8.84倍;在气压160 kPa下挤出成型可以得到1 mm直径的丝状凝胶,此时填充间隙从1.5 mm增大到2.5 mm会使支架的理论孔隙率从33%上升到60%,但抗压强度从230000 Pa降低到95000 Pa;②结果显示,使用2 mm填充间隙制备得到了理论孔隙率为50%、弹性模量160000 Pa的皮肤支架,该支架具有清晰的三维多孔结构。

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。

基于正逆向设计结合的3D打印实践教学

以装配体零件为载体,以正逆向设计结合为思想,以项目式教学为依托的3D打印实践教学项目,引导学生自主创新,注重产品质量。实践过程中部分零件采用正向设计并打印制作成型,其余零件则采用逆向设计并打印制作成型,组装获得完整装配体。教学实施效果表明,实践环节中的产品废品率显著下降,同时学生的课堂参与度显著提升。基于正逆向设计结合的教学方法突破传统的3D打印实践教学思路,锻炼了学生项目管理、自主创新、主动思考解决问题等综合能力,贯彻落实了学生质量观意识的培养。

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。

直链淀粉含量对淀粉基凝胶3D打印适应性的影响

该研究探讨了直链淀粉含量对淀粉基凝胶的三维打印适应性的影响。通过对淀粉凝胶的物理性质的探究,揭示了淀粉凝胶的打印性能、流变学性能和晶体结构之间的关系。结果表明,所有淀粉基凝胶均表现出剪切稀化和类固体特性。直链淀粉含量对淀粉基凝胶的硬度、弹性、黏附性和回复性有显著影响。直链淀粉与支链淀粉比例为2∶8的淀粉基凝胶打印效果最好,其硬度、黏附性和回复性分别为(43.5±0.6)g、(138.0±3.1)g·s和(0.102±0.003),而且其网络结构规则,热稳定性好,淀粉结晶有序。利用计算流体动力学对三维打印过程进行模拟,发现在支链淀粉中加入直链淀粉会增加凝胶的黏度,从而降低其打印速度,因此直链淀粉与支链淀粉比例为2∶8的淀粉基凝胶适于进行3D打印。该研究表明,可以通过调节凝胶中直链淀粉的比例提高淀粉基凝胶的三维打印适应性。

3D打印结合叙事医学在骨科住培医师教学中的应用研究

目的:研究3D打印结合叙事医学教学方法在骨科住培医师教学中的应用价值。方法:选取骨科住培医师80人,随机分为试验组及对照组,比较两组学员的理论能力、实践能力、人文关怀能力及教学满意度。结果:试验组的实践能力、人文关怀能力及教学满意度均显著高于对照组(P<0.05)。结论:应用3D打印结合叙事医学的教学方法具有良好的教学效果。

分布式3D打印服务的实时多任务调度研究

针对分布式3D打印机(3DPs)在工业物联网(IIoT)中共享、协作、生产全球化的定制产品过程中,3D打印任务(3DPTs)在分布式3D打印机上分配工作量不平衡,以及提交的每个模型的定制属性和实时性等问题,文章提出了用于IIoT中个性化3D打印的实时绿色感知多任务调度架构,给出了一种稳健的在线分配算法,使得每个3D打印任务能够精确地满足用户定义属性,并且平衡了分布式3D打印机之间工作负荷,同时开发了一种基于优先级的自适应实时多任务调度(ARMPS)算法,实时调度每一个3D打印任务,满足3D打印任务的实时性以及动态性要求。在高负载下进行仿真实验,经性能评估测试,表明所提出的算法具有稳健性,调度架构具有鲁棒性和可扩展性。

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。

3D打印连续纤维复合材料工艺、结构优化研究进展

连续纤维增强复合材料由于优异的比强度、比刚度、可设计性和轻量化特质,日益受到航空航天等高端装备制造领域的青睐.3D打印技术的发展改变了连续纤维复合材料结构的生产制造流程,使复杂结构的自由成型成为可能,为先进结构材料提供了巨大的设计空间.为充分发挥先进材料性能优势和3D打印成型灵活性,研究人员分别从材料性能和结构设计出发,探索与3D打印连续纤维复合材料相适应的设计制造一体化解决方案,实现产品创新设计和性能提升.本文系统性地回顾了面向连续纤维复合材料性能分析、工艺改进和结构优化的研究工作,结合研究实践对连续纤维复合材料的结构多尺度优化方法进行总结分析,并对未来先进材料结构设计实时化、功能化、智能化的发展趋势进行探讨和展望.

3D打印环保混凝土的研究进展及发展趋势

探讨了将各类固体废弃物作为骨料、胶凝材料和纤维掺入混凝土制成可再生、可循环利用的绿色环保建筑材料的研究现状及进展,并对其制成的3D打印环保混凝土的可打印性、流变特性、可挤出性、可建造性、力学各向异性及耐久性作出评估和论证。

3D打印不同骨密度的椎间融合器优化设计

依据颈椎的原始数据,通过医学图像处理和逆向建模操作分别重建了颈椎C6段和C7段的模型,并将其装配形成颈椎C6~C7节段,得到椎间融合器基本数据。依据基本数据分别建立了矩形多孔、梯度多孔、八面体多孔椎间融合器模型。对融合器施加成年男性颈部所受到的最大力,通过有限元分析求解应力、应变以及最大变形量。计算设计的椎间融合器的弹性模量下降情况,对不同孔隙率的矩形多孔结构椎间融合器进行分析,并优化设计。结果可知,3种结构的融合器均有不同程度的弹性模量下降,而矩形结构椎间融合器的孔隙率在60%左右时,弹性模量下降得最多。

高分子材料3D打印应用与案例

高分子材料3D打印是增材制造的重要部分,其3D打印方式较多,发展前景广阔。本文以高分子材料在3D打印领域应用为主,讲述了常用的三种高分子材料3D打印方式原理和实际应用案例,介绍了其他四种高分子材料3D打印方式原理及技术要点,了解了我国聚合物3D打印机向超大型高温型发展的动态以及3D打印丝材转向使用粒料节约材料成本,兼容多种高性能3D打印材料,让聚合物3D打印更好地为国民经济发展增添新动能。

再生细骨料和砖粉双掺对3D打印混凝土性能的影响

为减少3D打印混凝土中天然骨料及胶凝材料的用量,本文采用再生混凝土细骨料替代部分天然细骨料,砖粉替代部分水泥,首先开展单掺再生细骨料(取代率为0、25%、50%、75%和100%)、单掺砖粉(取代率为0、5%、10%、15%、20%和30%)和两者双掺的现浇混凝土的流动性和抗压强度试验,以获得再生细骨料和砖粉的适宜取代率;然后探究50%再生细骨料和10%砖粉双掺及配合比调整方式(附加水、提高减水剂用量)对3D打印混凝土拌合物性能及硬化后力学性能的影响。试验结果表明,当再生细骨料的掺量不超过50%时,现浇混凝土抗压强度降低幅度在10%以内;随着砖粉掺量从0增加到30%,现浇混凝土抗压强度总体呈现先增后减、再稍有增加的趋势,当砖粉掺量为10%时,混凝土抗压强度最高;相比于单掺50%再生细骨料的混凝土,50%再生细骨料和10%砖粉双掺时混凝土强度有所增加,而流动性基本不变。对于3D打印混凝土,同时掺入50%再生细骨料和10%砖粉,并采用添加附加水的方式保持3D打印混凝土初始扩展度不变,会使得混凝土的可建造性提高,但坍落度、开放时间、抗压和劈裂抗拉强度降低,强度各向异性加剧;而提高减水剂用量不仅能显著提升3D打印混凝土的流动性能、开放时间和抗压强度,还能降低打印试件的强度各向异性。

3D打印混凝土界面力学行为及其对材料弹性常数影响的数值分析

应用复合材料细观力学分析理论,提出了基于界面模型的3D打印混凝土(3DPC)各向异性数值模拟方法,定量揭示了层、条界面力学行为及其对3DPC各向异性弹性常数的影响规律。采用界面单元和连续体单元相结合,模拟界面滑移开裂行为与基体的力学性能,设计单轴压缩、劈拉、十字交叉拉伸和斜剪试验确定模型所需参数及相应取值范围。结果表明:界面拉伸和剪切张力-位移曲线均呈双线性特征,条间界面强度总体高于层间;界面剪切行为在两个剪切主方向上无显著差异;条间和层间弹性模量对整体弹性模量具有线性影响,对整体泊松比具有指数函数影响,条间和层间界面剪切模量对整体剪切模量具有综合影响。

温度对植物蛋白基油墨3D打印性能的影响

为了开发新型食品类3D打印材料,本文以大豆分离蛋白-谷朊粉-大米蛋白(SPI-WG-RP)复合糊状物为对象,探究不同打印温度(25、30、35、40℃)对复合植物蛋白基油墨的流变性能、3D打印性能和结构特性的影响。结果表明,所有温度下SPI-WG-RP油墨均表现出剪切稀化行为(R^(2)≥0.98),具有3D打印可行性。打印温度的升高降低了SPI-WG-RP油墨的屈服应力和黏度。当温度达到40℃时,蛋白基油墨材料的挤出恢复最好(>62.79%),SPI-WG-RP油墨具有出色的自支撑行为。此外,打印温度的升高促进了三种蛋白之间的紧密连接,40℃时样品微观结构更加致密均匀,在一定程度上提升了3D打印性能。本研究为制备具有打印性能良好的植物蛋白基油墨提供了理论依据,这有利于拓展3D打印技术在植物蛋白领域的应用。