用于骨缺损重建的患者特异性植入物的三维规划与打印

该方案可实现对骨缺损患者的虚拟治疗，并创建新型手术导板和固定板。采用此方案可在术中实际可行的前提下，以更高的精度和更短的手术时间，对植入物进行虚拟设计与构建。通过本方案规划的患者个体化植入物基于精确的三维成像，可实现植入物的完美贴合，并恢复正常的组织解剖结构、对称性及功能。

本方案允许用户设计并打印由不同材料构成的复杂模型或结构，并可检测其强度或促进骨再生能力等不同参数。尽管这些程序非常易于使用，但掌握计算机辅助设计过程仍需花费一定时间。耐心与实践将帮助用户不断提升操作熟练度并提高效率。

由于该方案包含多个虚拟规划步骤，观察各个阶段将非常有帮助。在对三维重建模型进行分割时，在相应的分割软件中选择“骨骼分割”菜单下的“通用”选项，使用加号工具标出感兴趣的区域，同时在浏览和移动扫描图像的过程中，使用减号工具标出不需要的区域。点击“设置”按钮以启动分割过程，然后单击“应用”以创建新的分割区域。

为了实现良好的骨组织分割，应在3D重建模型以及所有其他视图中使用大量阳性与阴性标记。当分割完成后，应根据需要校正标记并添加新的标记以提高准确性。

将文件导出为STL 3D文件。为设计3D重建植入体，将STL文件导入3D设计软件中，并使用削切工具将骨骼分为两部分。在“选择移动黏土”菜单中，选择黏土工具并标记感兴趣区域。

复制标记区域，并在对象列表中创建一个新的相同对象，以调整该区域的位置。为确保旋转轴设置在骨骼中位置保持不变的部分，选择“重新定位”并按计划设置旋转轴。由于人类颅骨基本具有对称性，可使用镜像黏土工具作为参考，以获得缺失或错位骨段的正确位置，并将平面设置在颅骨中心。

根据镜像的半侧，按需执行片段旋转，并从“构建黏土”菜单中选择“添加黏土”工具，以重建撕脱的骨性部分。在“曲线”菜单中，选择“绘制曲线”选项，创建所需植入物的连续外轮廓。右键单击该片段，选择“复制”以复制骨性片段。

在新复制的片段中，于细节雕刻菜单内选择“使用曲线浮雕”以创建重建植入体的体积。选择草图植入体的外轮廓，并将圆形光标放置在骨表面所绘制植入体的内部。选择所需参数，最重要的是控制植入体厚度的距离，然后在复制的片段上单击右键，选择布尔运算中的“移除”（Remove From），接着选择包含已创建植入体的对象。

若需要为螺钉固定或血管生成设计孔洞，请使用“创建平面”功能，在其中设计钢板孔洞的平行平面。当平面与植入物达到最大程度的平行时，在“草图”菜单中选择圆，并在该段内创建所需尺寸和位置的圆。在“曲线”菜单中，使用“投影草图”选项，将草图指定为从平面投射到植入物上。

为了生成螺钉的沉孔，在“细节黏土”菜单中选择“沿曲线浮雕”，并将圆形光标放置在片段表面上标记的圆形区域内。要在细分曲面菜单中完成孔洞制作，请使用“线切割细分”选项创建垂直于植入体的杆状结构。利用这些杆状结构创建孔洞时，选择“布尔运算”和“移除”选项，依次选中每根杆，然后在对象列表中右键单击，执行“布尔运算、移除并创建植入体”。

要在植入物中创建网格，请使用“绘制曲线”工具生成如示例所示的计划网格草图。在“细节雕刻”菜单中，使用“浮雕”功能并选择“贴图包裹”来选取模板图像，随后将根据该图像设计网格。图像的白色区域将被减去，黑色区域则保留。

手动调整设计的方向和大小，并设置生成结构的厚度，然后点击应用。患者特异性植入体随即准备就绪，可进行生产。这些图像来自一名40岁女性患者，该患者因既往损伤导致标准配置的重建固定板断裂，并伴有左侧下颌骨体部骨不连骨折。

如下颌骨分割所示，分离断裂的固定板。使用3D设计软件将下颌骨左侧部分复位至正确的解剖位置。通过对右侧健康侧进行镜像处理，实现对缺失骨组织的精确重建。

随后可设计患者特异性的植入体，包括用于固定螺钉的孔。根据健康侧下颌的合适轮廓设计了网格结构，以允许额外放置骨移植材料，并通过网格中的孔促进更优的血管生成。该植入体采用钛材料通过选择性激光烧结技术打印而成，术后结果可在这些图像中观察到。

注意下颌骨的连续性、左侧下颌骨节段的正确垂直位置，以及通过患者特异性植入物作为外轮廓、髂骨骨移植填充缺损区域所重建的下颌体轮廓对称性。在设计患者特异性植入物时，应考虑设计最小尺寸的接骨板，使其足够坚固，能够承受负载力，同时抵抗剪切力和扭矩力。患者特异性植入物也可用于颅骨成形术、骨科手术，未来还可能用于所有器官软组织结构的设计。

该方案目前可用于外科手术和研究项目的新型植入物设计，未来可能有助于植入物的生物打印和外来材料的再生。