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3D打印的多聚甲醛硅氧烷仿生纳米银复合材料及性能研究
目的 制备一种硅油灌注的多聚甲醛硅氧烷仿生纳米银复合材料(iPDMS/AgNPs),通过3D打印技术设计出能够满足不同伤口需求的材料.方法 通过扫描电镜和能谱对制备的iPDMS/AgNPs材料进行形态学观察,CCK-8法检测其细胞毒性,并采用两种临床上常用的标准耐药菌(金黄色葡萄球菌和大肠埃希菌)探索其抗黏附和抑菌特性.构建小鼠全层皮肤感染创面模型,观察iPDMS/AgNPs对创面愈合率、新生上皮长度和肉芽组织厚度的影响.结果 扫描电镜和能谱观察证实了纳米银的存在,表明成功制备了iPDMS/AgNPs纳米银复合材料.CCK-8法检测结果显示,制备的iPDMS/AgNPs对成纤维细胞无明显毒性.抗黏附和抑菌实验显示,iPDMS/AgNPs膜片可有效抵抗金黄色葡萄球菌和大肠埃希菌的黏附并抑制其生长(P<0.05).小鼠感染创面模型研究显示,制备的复合材料膜片可明显提高创面愈合率,增加再生上皮长度和肉芽组织厚度(P<0.05).结论 制备的iPDMS/AgNPs具有良好的生物相容性、抗黏附特性及抑菌活性,并能在体内有效促进上皮再生和肉芽组织生长,从而加速创面愈合,有望成为一种理想的伤口敷料.
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2013年度军事医学相关生命科学技术重大进展
该文概述了2013年度与军事医学密切相关的生命科学领域的重大进展。脑科学计划、3 D生物打印技术、脑机接口与意念控制等认知神经科学研究，基因组编辑技术、神经影像学技术、蛋白质研究技术、单分子单细胞技术等新研究领域、新技术、新工具的持续涌现，将推动军事医学基础与应用研究的全面发展。
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3D打印个性化导板辅助前交叉韧带翻修术中股骨隧道定位1例报道
1 病例资料患者女性,34岁,因左膝关节前交叉韧带(anterior cruciate ligament,ACL)重建术后2年,左膝再次受伤伴左膝关节疼痛、不稳1月入院.自诉再次受伤后1月来左膝关节不稳,上下楼梯时明显.查体:左膝髌腱两侧2处1 cm陈旧手术瘢痕、胫前内侧4 cm陈旧手术瘢痕,内侧髁及内侧胫骨平台压痛明显,左膝活动度0°(伸)～130°(屈),Mcmurray试验(+),Lachman试验(+),前抽屉试验(+).入院MRI提示左膝前交叉韧带重建术后改变,前交叉韧带再损伤(图1);CT显示股骨原隧道明显扩大(图2).术前采集左膝CT及MRI数据,输入Mimics17.0交互式医学图像处理软件(Materialise公司,比利时),重建患者左膝关节三维模型(图3),可清晰显示股骨原隧道直径9.6 mm、胫骨原隧道直径7.3 mm,股骨原隧道明显扩大.采用计算机虚拟技术虚拟ACL翻修术,拟定手术方案为胫骨端采用原隧道,股骨端采用新隧道,并虚拟个性化股骨隧道定位导板(图4,图5),通过3D打印技术打印出个性化股骨隧道定位导板(图6)及股骨模型(图7).
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利用3D打印颅脑辐射等效体模进行个性化适形放疗的剂量验证
目的 建立利用3D打印颅脑辐射等效体模对患者进行个性化放疗剂量验证的方法,为三维适形放射治疗安全提供一种可靠的剂量保证手段.方法 采集两例患者(患者1和患者2)的CT图像数据,基于患者1的图像数据,重建其颅骨与脑组织,制作颅脑体模,验证颅骨与脑组织的等效材料.基于患者2的图像数据,根据3D图像重建并选用组织等效材料重建完全的头颅结构,采用3D打印技术制作全头颅体模.通过对目标区域插入电离室剂量仪并行放射治疗方案,获得头颅体模病灶部的剂量,验证和校准实际放疗计划的安全性.结果 对所获两个体模分别进行DR、CT成像,颅脑体模的等效骨骼与患者1骨骼的X射线灰度值差异为13 721,颅脑体模的等效脑组织与患者1的脑组织的CT值差异为35～ 40 HU,全头颅体模等效颞肌与患者2的颞肌组织的CT值差异为18 ～ 28 HU,影像数据表明体模材质的辐射等效性与人体组织近似,并且等效剂量分布符合常规治疗范围,体模的剂量验证可以有效验证放疗计划系统的准确性.结论 基于3D打印和组织等效技术所设计的个性化放疗体模,可应用于个性化放射治疗验证.体模制作方法简单快速,个性化程度高,为三维适形放射治疗安全提供一种可靠的剂量保证手段.
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CT引导辅助3D打印个体化非共面模板引导125I粒子治疗头颈部复发/转移肿瘤剂量学研究
目的 对比3D打印模板辅助放射性粒子植入治疗头颈部复发/转移恶性肿瘤的术前计划与术后验证的剂量学结果,在剂量学层面探讨该技术的治疗精确性.方法 回顾性分析2016年1月—2016年12月于北京大学第三医院接受3D打印模板辅助CT引导放射性125 I粒子植入的头颈部复发/转移恶性肿瘤的患者共42例.处方剂量给予110～160 Gy.所有患者行术前计划设计、3D打印模板制作、穿刺及粒子植入,术后验证的剂量学结果与术前计划相对比,剂量学参数包括D90、mPD、V100、V150、V200、适形指数(CI)、靶区外体积指数(EI)、 均匀性指数(HI).统计学方法采用配对t检验.结果 设计并制作3D打印模板42块.入组患者的GTV平均体积为28.6 cm3,术后GTV平均D90142.6 Gy.术后验证D90、mPD、V100、V150、V200的均值分别为142.6 Gy、77.3 Gy、92.48％、68.40％、42.98％,术前则分别为144.5和70.2 Gy、91.45％、63.12％、34.74％.其中D90、V100、CI、EI、HI术前术后差异无统计学意义(P>0.05).mPD、V150、V200术前术后比较差异有统计学意义(t=-2.166、-2.863、-4.778,P<0.05).结论 3D打印模板定位、定向准确,针对头颈部复发/转移恶性肿瘤,术后验证实际剂量分布主要指标均较好地达到了术前预计划的设计要求,有良好的治疗精确性.
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3D打印个体化非共面模板辅助粒子植入时定位与复位误差研究
目的 探讨3D打印个体化非共面模板(简称3D模板)辅助放射性125I粒子植入治疗中定位和复位时的误差.方法 选取2015-2016年收治的41例3D模板辅助粒子植入治疗患者.术前2日行CT扫描模拟定位.根据肿瘤靶区位置、深度的图像信息行3D模板针道设计、打印模板.术前3D模板复位,对术前定位计划3D模板位置和复位时3D模板位置的x轴(左右)、y轴(头脚)进行对比分析,并对不同部位、体位3D模板复位与术前摆位误差进行分析.结果 头颈部、胸部和盆腔粒子植入术前计划3D模板定位x、y轴与复位时3D模板位置平均绝对误差分别为(1.77±1.09)、(2.66±1.65)、(4.00±1.41)、(5.22±1.85)、(1.88±1.29)和(2.52±1.37)mm.与胸部相比,头颈部和盆腔部的x和y轴方向位置误差差异有统计学意义(t=-3.730、-3.080、-3.944、-4.519,P＜0.05);其余结果差异无统计学意义(P＞0.05).结论 3D模板辅助放射性粒子植入联合CT模拟定位技术对模板定位、复位具有很好的校正作用,误差小、精度高,值得临床普及和推广.
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3D打印个体化非共面模板辅助放射性粒子植入治疗恶性肿瘤的剂量学验证
目的 对比3D打印模板辅助放射性粒子植入治疗恶性肿瘤的术前与术后剂量学验证结果,探讨治疗精确性.方法 纳入2015年12月-2016年3月于本院接受3D打印模板辅助CT引导放射性125I粒子植入的恶性肿瘤患者共14例.所有患者行术前计划设计、3D打印模板制作、穿刺及粒子植入,对比术前、术后剂量学参数,包括D90％、小周边剂量(MPD)、K00％、K50％、V00％、适形指数(CI)、靶区外体积指数(EI)、均匀性指数(HI).统计学采用配对t检验.结果 设计制作3D打印模板14块,共16个治疗区.与术前相比,术后V100％减小(t=2.451,P＜0.05);术后D90％和V150％均值较术前小,V200％、MPD均值较术前大,但组间数据差异无统计学意义(P＞0.05).两组间CI、EI、HI差异均无统计学意义(P＞0.05).结论 应用3D打印模板辅助,术后验证的主要剂量指标均较好地达到了术前预计划要求,有良好的治疗精确性.
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3D打印技术在精准粒子植入治疗中的应用
近距离治疗是肿瘤重要的手段之一,具有局部剂量高和周围正常组织损伤小的优势.近距离治疗包括高剂量率和低剂量率两种,其中低剂量率近距离治疗是直接将放射性核素植入到肿瘤体内对肿瘤细胞进行杀伤,亦称放射性粒子组织间永久植入治疗,简称粒子植入,在早期前列腺癌治疗中取得与手术和外照射同样的疗效.3D打印技术是通过影像学图像将信息传输到计算机计划系统,以数字化设计文件为基础,通过计算机设计针道、定义处方剂量,之后3D打印机打印出个体化引导模板,引导粒子针插植和粒子植入,经头颈部、胸、腹部和盆腔初步验证,治疗精度大大提高,粒子植入治疗成为可计划、可优化和可评估的标准技术手段,开启放射性粒子组织间植入治疗全新时代.
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放射性125I粒子组织间植入治疗盆腔恶性肿瘤的研究进展
放射性125I粒子组织间植入具有低剂量率、持续照射、可反复植入等特点,目前常应用于宫颈癌的治疗,也适用于卵巢癌、结直肠癌、膀胱癌等盆腔恶性肿瘤.与外放疗相比,12I粒子近距离治疗可提高肿瘤靶区剂量,有效控制局部肿瘤,同时保护周围正常组织,减少并发症.现从125I粒子组织间植入治疗盆腔恶性肿瘤的特性、作用机理、并发症以及临床应用的新进展进行综述,同时介绍3D打印模板在粒子植入中的应用,为临床广泛推广提供一定的参考.
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3D打印共面模板辅助CT引导125I粒子植入治疗非小细胞肺癌的剂量学研究
目的 探讨3D打印共面模板(3D-print coplanar template,3D-PCT)辅助CT引导125I粒子植入治疗非小细胞肺癌(NSCLC)的安全、有效及对剂量学的可控性.方法 选取2014年5月到2016年11月符合125I粒子植入适应证的NSCLC患者20例,其中3D-PCT辅助CT引导125I粒子植入治疗的患者10例(3D组),CT引导徒手穿刺125I粒子植入治疗的患者10例(徒手组),术前2d内行CT定位扫描,得出医学数字成像和通信(digital imaging and communications in medicine,DICOM)数据,输入治疗计划系统(brachytherapy treatment planning system,BTPS),行术前预计划.术后即刻行胸部CT扫描,术后质量验证.对比两组术前、术后剂量学参数,包括90％和100％的靶区体积所占的剂量D90和D100、100％和150％的处方剂量所占的靶区体积百分比V100和V150、适形指数(CI)、靶区外体积指数(EI)、均匀性指数(HI).结果 3D组术前与术后剂量学参数V150差异有统计学意义(t=-2.916,P＜0.05),其他剂量学参数差异无统计学意义(P＞0.05).徒手组术前与术后剂量学参数,包括粒子数、V100、EI、HI差异有统计学意义(t=-2.516、2.492、4.725、7.258,P ＜0.05),其他剂量学参数差异无统计学意义(P＞0.05).3D组术后剂量学参数和徒手组术后剂量学参数行单样本t检验,其中V100、CI、EI、HI、剂量误差率差异有统计学意义(t=2.598、2.278、4.637、4.616、-4.785,P＜0.05),两组术后V150差异无统计学意义(P＞0.05).结论 3D-PCT辅助CT引导125I近距离放射性粒子植入治疗NSCLC安全可行,剂量学可控,且在粒子空间分布方面较徒手穿刺具有一定优势.
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3D打印共面模板辅助放射性粒子植入治疗恶性肿瘤剂量学研究
目的 对比3D打印共面模板辅助放射性粒子植入治疗恶性肿瘤的术前与术后剂量学结果,探讨该技术在粒子植入治疗中的精确性.方法 选取2015年11月至2016年12月于山东省滕州市中心人民医院实施3D打印共面模板辅助粒子植入患者32例,植入病灶36个:包括肺部10个、颈部淋巴结5个、盆腔3个、椎体3个、胰腺2个、腹腔淋巴结2个、门静脉2个、其余9个.所有患者行术前计划设计,在共面模板引导下一次性完成所有层面的进针,依据术前计划植入粒子,行术后剂量学评估.对比术前、术后剂量学参数,包括90％和100％靶体积的小吸收剂量D90和D100,90％ 、100％、150％和200％处方剂量覆盖的体积K0、V100、V150和V200,适形指数(CI)、靶区外体积指数(EI)和均匀性指数(HI).统计学采用配对t检验.结果 全部病灶、运动病灶和固定病灶植入前后D90、D100、K0、V100、V150、K00、CI、EI和HI等指标参数配对t检验,各指标手术前后比较差异均无统计学意义(P＞0.05).结论 3D打印共面模板引导粒子植入剂量指标术前与术后比较无差别,对于固定和运动脏器肿瘤,有良好的治疗准确性,可能成为未来粒子植入重复性好的标准术式.
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3D打印非共面模板引导125I粒子组织间近距离治疗盆腔肿瘤个体化设计
目的 对比3D打印非共面模板引导125I粒子植入治疗盆腔肿瘤的术前计划与术后计划的剂量学结果,探索盆腔部肿瘤放射性粒子植入治疗用个体化模板设计方法的可行性、精确性.方法 2015年12月至2016年12月于本院接受3D打印非共面模板引导粒子植入的盆腔肿瘤患者51例,处方110 ～160 Gy,设计制作3D打印非共面模板51块,对比术前、术后剂量学参数,包括D90、小周边剂量(mPD)、V100、V150、V200、适形指数(CI)、靶区外体积指数(EI)、均匀性指数(HI).结果 为51例患者设计、制作的51块导板术中就位良好,与术前计划相比,术后D90、V100、V150、V200、CI、EI及HI差异无统计学意义(P ＞0.05);mPD高于术前,差异有统计学意义(t=-2.96,P ＜0.05).结论 术后验证的主要剂量学指标较好地达到了术前计划要求,有良好的治疗精确性,能满足临床需求.
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基于熔融沉积成型的3D打印在药物制剂中的研究进展
3D打印是基于数字控制下堆积材料的增量成型方法,而熔融沉积成型是3D打印中常用的技术手段,它通过加热熔化打印材料来构建3D物体.本文回顾近年来基于熔融沉积成型的3D打印在药物制剂方面的研究进展,并总结此项技术的优势之处和限制因素.
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3D打印技术用于市售华法林钠片与氢氯噻嗪片的精确分剂量
将3D打印技术运用于药品分剂量,并对分剂量片进行评价,探索其可行性及技术可推广性.以医院常用分剂量药物为模型,取市售品研磨粉碎后混入稀释剂及黏结剂,以75％乙醇搅拌配成糊状得打印原浆料.在计算机软件中设置打印参数、生成打印模型,控制片剂剂量及物理化学性质.采用不同3D打印机制备分剂量片,评估器械对打印片的影响,同时打印不同药物考察分剂量技术的可推广性.结果表明,试制的3种分剂量片华法林钠片1 mg、2 mg和氢氯噻嗪片5 mg,药物含量分别为1.02±0.03、1.96±0.01和5.19±0.06 mg,含量均匀度分别为1.0、5.3和2.6.在45、45和30 min时药物溶出率为(99.3±1.2)％、(101.5±0.3)％和(98.1±0.8)％,3种分剂量片机械性质及30天内稳定性均符合中国药典(2015年版)要求.研究发现打印参数与处方均可对分剂量片溶出性质产生影响.通过控制稀释辅料加入比例及分剂量片打印参数设置,可调整药物释放速率,达到个体化治疗的效果.两种不同模式的3D打印机均可制备小批量、高精度、高重复性的分剂量片,各项性质均符合药典规定,可作为一种新型的、可推广的分剂量方法.
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3D打印在胫骨平台骨折手术中的应用
目的 分析3D打印在胫骨平台骨折手术中的应用效果.方法 胫骨平台骨折患者50例,依据随机数字表法分为对照组和研究组,每组25例.对照组患者予以传统手术治疗,研究组患者予以3D打印模拟手术,对比分析两组的临床治疗效果.结果 经治疗,研究组患者优、良、差例数分别为12例、12例、1例,骨折愈合优良率为96%;对照组患者优、良、差例数分别为9例、9例、7例,骨折愈合优良率为72%;研究组患者的骨折愈合优良率显著高于对照组,差异具有统计学意义(χ2=5.3571,P<0.05).结论 在胫骨平台骨折手术中应用3D打印模拟技术,效果理想,具有临床应用价值.
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3D打印阿司匹林速释缓释双层片
目的 以阿司匹林为模型药物,探讨3D打印技术制备个体化需求的、可控释放的阿司匹林片剂的可行性.方法 实验选取羟丙基甲基纤维素10 000 mPa·s(HPMC10000)和聚丙烯酸(PAA)作为缓释层的亲水性基质;羟丙基甲基纤维素100mPa·s(HPMC100)作为速释层黏合剂,羧甲基淀粉钠(CMS-Na)和羟甲基淀粉钠(SSG)作为速释层的崩解剂,用3D打印机打印了阿司匹林速释缓释双层片.选取100 mg·mL-1聚乙烯吡咯烷酮(PVPK30)作为速释层黏合剂,交联羧甲基纤维素钠(CC-Na)作为速释层崩解剂,HPMC100作为缓释层的骨架材料,用传统的压片机压制阿司匹林速释缓释双层片,作为对比制剂.考察2种不同生产方式生产的片剂的物理化学性质(片重差异、脆碎度、硬度和厚度)以及释放曲线.结果 2种片剂的物理化学性质均在药典规定范围内.对比2种片剂释放曲线可见,ASA-HPMC(14％,ω)打印片的释放曲线与压片双层片相似,且释放量高于压片双层片.ASA-HPMC(6％,ω)、ASA-HPMC (8％,ω)以及ASA-HPMC(10％,ω)打印片终释放量随着亲水性基质HPMC的增加而增高.结论 3D打印机打印的不同形状的片剂具有不同的释放曲线,其中包合打印双层片的释放量高于其他片剂.
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3D打印的个性化药物研究进展
3D打印被誉为“第三次工业革命”,它以“逐层打印,层层叠加”的制造概念和独特的优势,被广泛应用于航天、建筑、医药、制造业等众多领域.由于3D打印技术突破了传统药物加工技术的局限,保证其打印的药物结构可控,载药量精确,为打印新型药物剂型和定制个性化药物的发展提供了重要的手段.笔者综述了基于喷墨成型、挤出成型、立体光固化快速成型技术打印的多种剂型的药物,包括个性化片剂、植入剂、载药微针、膜剂等.3D打印将变革药物的加工方式,加速个性化给药时代的来临.
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3D打印间接粘接托槽精度
目的:基于数字化正畸诊断设计流程进行间接粘接转移托盘模型的设计和3D打印,对关键性的托槽打印精度进行检验,以期对数字化正畸的临床应用有所帮助.方法: 从2014年至2015年于北京大学口腔医院正畸科就诊的错牙合畸形患者中选取14例为研究对象,其中拔牙8例,不拔牙6例.所有患者牙周洁治后进行口内牙列扫描和锥形束CT(cone-beam computed tomography,CBCT)拍摄,所得STL数据与DICOM数据在自编软件中进行数据分割融合和配准、数字化矫治设计和计算机软件自动排牙、托槽虚拟定位、错牙合模型坐标还原,终输出3D打印模型数据用于间接粘接转移定位托盘的制作.3D打印输出模型,经过后处理由水枪及超声震荡去除周围支撑材料,使用数字游标卡尺对所有样本牙颌模型上的左侧上下颌托槽及颊面管进行长度和宽度的测量,检验测量结果.测量值比较采用独立样本t检验,与托槽及颊面管设计尺寸进行比较.结果: 在19个测量分析项目中有13个项目的测量均值与检验标准值间的差异有统计学意义,差异范围在0.04~0.17 mm,且除左下第二前磨牙的托槽长度外均大于检验值.结论: 虽然托槽的宽度和颊面管的长度和宽度上大多稍大于检验值,但这不一定对临床上间接粘接转移托盘的制作造成影响,0.04~0.17 mm的差异是否会影响托槽实际的固位和定位有待进一步的研究证实.
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3D打印非共面模板辅助CT引导125Ⅰ粒子植入治疗锁骨上复发转移癌的剂量学研究
目的:对比3D打印个体化非共面模板辅助CT引导125I粒子植入治疗锁骨上复发转移癌的术前计划与术后实际验证剂量,评价3D打印个体化非共面模板的剂量准确性.方法:研究纳入2016年1-9月于北京大学第三医院肿瘤放疗科行3D打印个体化非共面模板辅助CT引导125I粒子植入治疗锁骨上复发转移癌的患者14例(15个病灶),男性8例,女性6例,年龄46~79岁(平均年龄59.9岁),Karnofsky评分(KPS,百分法)60~90(中位数80).患者既往未接受过放射治疗者1例,曾接受放射治疗但剂量不详者1例,其余12例曾接受放射治疗,中位数60 Gy (20~70 Gy).所有患者术前均行增强CT扫描,术前计划设计,3D打印模板制作,穿刺及125I粒子植入,处方剂量110~150 Gy.对比患者术前、术后剂量学参数,包括90%靶体积的小吸收剂量(D90)、100%处方剂量覆盖的体积占靶体积的百分比(V100)、150%处方剂量覆盖的体积占靶体积的百分比(V150)、200%处方剂量覆盖的体积占靶体积的百分比(V200)、匹配周缘剂量(matched peripheral dose, mPD)、适形指数(conformal index,CI)、靶区外体积指数(external index,EI).利用配对t检验对术后实际剂量参数结果与术前计划所对应的参数进行比较,通过Bland-Altman法分析术前、术后剂量参数的一致性.结果:术前和术后D90、V100、V150、V200、mPD、CI等差异均无统计学意义(P>0.05),EI差异有统计学意义(P<0.05).经Bland-Altman法分析,D90、V100、V150、V200、mPD一致性欠佳,CI、EI一致性较好.结论:3D打印个体化非共面模板辅助CT引导125I粒子植入治疗锁骨上复发转移癌方法剂量精准,可达到术前剂量设计要求.
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基于3D打印的腰椎椎弓根螺钉在腰椎退变性疾病治疗中的应用效果
目的 研究在腰椎退变性疾病治疗中应用基于3D打印的腰椎椎弓根螺钉的临床效果.方法 方便选择2016年1月—2017年12月该院收治的腰椎退变性疾病患者100例,依据应用的治疗方式不同分为观察组、对照组,各50例,其中对照组患者接受微创腰椎椎间固定融合术实施治疗,观察组应用CT详细数据资料联合3D打印技术制作的导航模板辅助实施腰椎椎弓根螺钉置入治疗,比较两组临床效果.结果 观察组治疗总有效率为92.00％,对照组总有效率70.00％,差异有统计学意义(x2=5.6328,P=0.0105);观察组术后1周及术后1个月腰椎功能评分均低于对照组,差异有统计学意义(t=5.3317、6.8224,P=0.0000、0.0000);观察组置钉的准确率为96.44％,对照组88.74％,差异有统计学意义(x2=3.8545,P=0.0016).结论 在腰椎退变性疾病治疗中应用基于3D打印的腰椎椎弓根螺钉能够提升置钉准确性,提升腰椎功能,有推广意义.
