基于3D 打印的胫骨骨折外固定生物力学研究

王 晶，乌日开西·艾依提*，艾合买提江·玉素甫

1 新疆大学机械工程学院，新疆 乌鲁木齐 830047；2 新疆医科大学第一附属医院显微修复外科，新疆 乌鲁木齐 830054

1 引 言

3D 打印技术是通过CAD 设计数据采用材料逐层累加的方法制造实体零件的技术，在消费电子产品、汽车、航天航空、医疗、军工、艺术设计等领域得到了广泛应用[1]。3D 打印技术与医疗相结合在辅助外科手术、个性化医疗器械、组织工程、医学教育与基础科研方面拥有极佳的应用前景[2]，尤其是在骨科中得到了越来越多的关注及应用研究[3-5]。

外固定器固定是治疗骨折时常见的固定方式之一，医生通常根据经验选择外固定的类型、安装位置及Schanz 钉的数量[6-8]，如图1 所示为胫骨骨折的外固定方式。当固定方案不合理时会造成外固定的稳定性差甚至导致Schanz 钉断裂。在传统骨折治疗的生物力学研究中，常使用简化的骨模型或尸体骨通过万能力学试验机、位移传感器、粘贴应变片的方法对外固定的稳定性进行研究[9-11]；简化的骨模型与某一具体病人的骨折情况存在差异，每根尸体骨之间的力学性能也存在差距，且足够数量、尺寸一致的新鲜尸体骨来源有限；测量过程中使用万能力学试验机无法测量单根Schanz 钉的变形量、应变片和位移传感器采集到离散的点在反映变形的完整性方面有所不足。学者们为了使分析结果更接近患者的真实情况，利用逆向工程重构患者的骨骼进行数值模拟分析[12]，运用3D 打印技术制作骨模型进行实验分析并制定了个性化的治疗方案[13-15]。……