3D打印个体化钻孔导板在绵羊骨软骨移植模型中的应用与优化研究

这篇研究通过3D打印个体化钻孔导板（OCAT）优化绵羊模型的骨软骨移植手术，显著改善了供受体组织对齐（p=0.0005），但需注意骨赘形成（p=0.0180）和滑膜炎症（p=0.0451）的副作用，为薄软骨动物模型的精准修复提供了新方法。

　　

引言

骨软骨移植（OCAT）是修复大面积软骨损伤的关键技术，其核心在于供受体组织的精准对齐。随着医学影像和3D打印技术的进步，个体化手术导板成为优化手术流程的新工具。本研究针对绵羊模型（软骨厚度仅0.4–0.5 mm）设计了一种改进的3D打印钻孔导板，旨在解决传统徒手钻孔技术（freehand drilling）的局限性，如钻头摆动导致的几何偏差和薄软骨对位难题。

方法

导板设计

导板基于术前CT扫描数据（层厚0.625 mm），通过开源软件3D Slicer重建股骨远端模型，并添加0.5 mm软骨补偿。设计重点包括：

1. 1.

   最小化与关节面的接触区域（仅内侧滑车脊注册）；

2. 2.

   增加支撑结构以增强操作性；

3. 3.

   采用PLA+材料打印，避免高温灭菌导致的脆性，改用H₂O₂气体灭菌。

手术实施

14只绵羊接受双侧OCAT手术，共移植83个移植物（导板组51个，徒手组32个）。导板组通过导引筒（内径6.5 mm，匹配6.25 mm钻头）确保钻孔垂直于关节面，术后9个月评估效果。

结果

组织对齐

导板组在股骨髁部位的骨-软骨界面高度差显著低于徒手组（314.2 μm vs. 708.8 μm，p=0.0112），且更接近绵羊软骨生理厚度（400–500 μm）。但滑车部位差异无统计学意义，可能与局部解剖平坦性相关。

副作用

导板组骨赘形成（评分0.92 vs. 0.28，p=0.0180）和滑膜炎症（评分2.15 vs. 1.44，p=0.0451）更显著，推测与导板接触刺激或PLA碎屑有关。

讨论

技术优势

导板通过减少徒手操作误差，在薄软骨模型中实现亚毫米级对位精度，尤其适用于曲率较大的股骨髁。其设计优化（如金属衬套防碎屑、自动化设计）可进一步提升安全性。

局限性

1. 1.

   导板注册需部分软组织牵拉，12例因肌腱干扰改用徒手技术；

2. 2.

   PLA材料术后处理耗时（5.5小时/导板），未来可探索PEEK等耐高温材料；

3. 3.

   绵羊与人类软骨厚度差异（0.5 mm vs. 2.35 mm）需在临床转化中验证。

结论

个体化3D打印导板显著提升OCAT在动物模型中的精准度，为后续临床研究奠定基础。未来需平衡技术改进与生物相容性，推动其在复杂关节修复中的应用。