麦其光：整形外科における金属3Dプリントの応用

2024年付加製造産業発展フォーラムおよび付加製造産業年次会議フォーラムにおいて、南方医科大学第三付属病院副主任医師の麦其光氏が「整形外科における金属3Dプリントの応用」と題する報告を行った。

麦其光：リーダー、専門家、教授、企業幹部、兄弟姉妹の皆さん、こんにちは。皆さんは理工系の出身なのでしょうが、医学系の出身は私だけです。私は南京医科大学第三病院整形外科の麦其光医師です。先週、私たちの院長が心臓の不調で入院したので、皆さんと話をするために来るように頼まれました。

整形外科における金属 3D プリントの応用について。

この章では主に、部分的な肘関節置換術と肘関節欠損の治療について説明します。まず、症例を見てみましょう。29歳の男性は、肘の変形、痛み、疲労、運動障害のため、20年以上通院しています。実は、途中から病院に通っていましたが、どの病院も治療してくれず、他に方法はないと言われました。彼は5歳の時に怪我をしました。怪我をした後は治療が限られていたので、治療を受けました。治療後、彼の手は徐々に変形していきました。私たちの通常の手は、実は外側を向いています。物を持ち上げるときに足に触れたくないので、外側を向いていますが、彼の手はその逆で、内側を向いていました。時が経つにつれ、彼は30歳近くになり、肘がとても痛く、動くときに力が入らないと感じました。彼の手の形を見てみましょう。これは内側を向いており、約50度動きます。特に重いものを持ち上げるとき、動かすのがとても不快で痛みます。可動域はこのようになっています。

温度は40度か50度くらいでした。これが彼の要望でした。私の要望は単純でした。痛みが治まって、変形が改善するかどうかを見てみたかったのです。彼は、この問題を解決する方法はないかと尋ねました。まずレントゲンを撮りましょうと言いました。肘関節の片側が発達していないことがわかりました。骨が 2 つ、平面が 2 つあります。関節は 1 つの平面が動く場合にのみ動きます。同じ平面にない場合は、関節がブロックされて動きません。 CTスキャンで見るとよくわかります。はっきり言って、子どもの頃から大人になるまで整形外科が発達していないんです。肘関節は小さな骨の上で動くので、少しも動かないんです。

どのように治療すればいいですか？私は多くの病院に行ったことがありますが、医療は非常に急速に発展していると思います。整形外科の発達により、20〜30年後には街で障害のある人を見かけることはなくなるでしょう。昔は、骨が欠損していたら、矯正することができなかったので、治療するのは本当に不可能でした。現在、人工関節置換用製品は大量に在庫しておりますが、20代の人が人工関節置換手術を受けるとなると、絶対に受け入れられないと思います。なぜでしょうか？手術は大きすぎます。もともと関節の状態は良好でした。この関節は問題なく、入れ替えたら絶対に耐えられません。現在、3Dプリントの発展により、3Dプリントはこの患者に朗報をもたらしました。

3D プリントを使って不足している部分を補うことができたら素晴らしいと思いませんか? 3Dプリントした人工骨を設置し、反対側のCTスキャンの鏡像を作り、それを裏返してコンピューターでシミュレーションしました。骨の軸は正常に戻り、正常になった後、反転が修正されました。同時に、人工骨を入れたとき、全体が水平面にあり、屈曲と伸展の動作は正常でした。

そこで私たちは義肢を設計し、手術が実行可能かどうかを確認するために動的デモンストレーションを行いました。これは手術デモンストレーションの概略図です。患者の軸は非対称で、動きが制限されており、同一平面上にないため、3Dガイドと3Dプリントの人工関節を設計し、術前の設計に従って骨固定後に元に戻しました。元に戻した後、骨の治癒、生体力学的安定性、腱の再建など、いくつかの問題を考慮しました。固定後、骨が成長するための縫合穴と3Dプリント穴をいくつか設計しました。それらを挿入して反転を修正しました。3Dプリントでベースライン穴を縫合し、縫合して手術を完了しました。
何かを加えると、腱、血管、神経が緊張する可能性があるため、より良い効果を得るために筋肉をリラックスさせます。

これは手術中の写真です。腱を緩めた後、肘関節の機能が回復しました。肘関節の機能が正常に戻ったことがわかります。手術後、フィルムを見ると、マルチメタルプロテーゼが実際には骨と同じであることを除いて、肘関節全体の軸が基本的に正常に戻っていることがわかりました。これは術後のフォローアップフィルムです。私たちのX線写真では、すべてが基本的に正常に戻ったことがわかります。

患者さんもいます。この患者さんは2019年に負傷しました。当時は重度の障害がありました。交通事故の後、肘関節全体が骨折しました。当時、骨折が発生したときにすべての骨が失われました。この患者は、3Dの印刷技術もありませんでした。率直に言って、患者は前線を切断し、背中を無視しています、骨が固定されており、骨が装着された後、これはより速いです。

やり直した後、構造が変わったため、腱の縫合穴をいくつか設計し、腱を再構築して気孔構造を設計する必要がありました。以前から3Dプリントを行っており、鋼板を作っていました。実際、チタン合金の3Dプリントは非常に優れています。X線を撮ると、鋼板の内側に多くの骨が成長しているのが時々見られました。骨が人工関節の中でよりよく成長できるように、気孔構造を設計し、骨が成長できる家まで作りました。腱についても同じことが言えます。腱がよりよく成長できるように気孔構造を設計し、生体力学の研究も行いました。

義肢も印刷します。これは予備印刷で、これが完成品です。完成品が印刷された後、体外で手術をシミュレーションして、ガイドが使いやすいかどうかを確認できます。構造が完成し、適合が非常に良好であれば、手術を行うことができます。手術中は、元々入れられていた無駄なものをいくつか取り除き、骨の接続を開始します。術前の構造に従って、血管と神経を保護します。骨が接続された後、プロテーゼを入れ、腱が縫合されていることを確認します。私たちのプロテーゼのX線写真を見ると、実際には金属構造であり、通常の骨とまったく同じであることがわかります。

患者は術後すぐに動けるようになり、術中の関節の動きも基本的に正常になりました。術後の経過観察によると、患者の機能は良好で、非常に満足しています。3Dプリント後、彼は日常生活に戻りました。 20代の人の中にも、子供の頃に怪我をした人がいます。彼らは皆とても気の毒です。当時の医療状況は良くありませんでした。この患者は非常に特殊で、外側はありませんが、内側の関節は大丈夫です。骨が長くなっています。3Dプリントの義肢も印刷できますが、注入後、前回と同じように骨が長くなっています。お互いに丁寧に言えば、外側が小さくなるか、偽の骨が小さくなるかのどちらかですが、仕方がありません。短く、同じ平面上にないようにする必要があります。切り詰めずには実現できません。また、特定の義肢を設置し、この場所で骨固定を行います。骨固定後、レントゲンでは正常と同じであることがわかります。動きは非常に良く、正常に戻りました。骨はよく成長し、鋼板は取り除かれましたが、義肢は取り外すことができません。

この患者も以前に怪我をしたことがあり、治療できませんでした。外側を除いて、彼の骨のいくつかも欠けていました。それらはすべて失われていました。怪我はかなり深刻でした。外側を印刷しましたが、この場所には腱が付着していたため、骨を取り除くことができませんでした。義肢を作ることしかできませんでした。その後、元の義肢を入れ、元の骨に骨の成長を促進するための多孔質構造を設計しました。これが完成した印刷物です。時間の制約があるため、簡単に説明します。

これは、当院の新骨から採取した人工骨です。人工骨が固定されました。これは術中の写真です。術後固定後、腱を温存し、腱を縫合しました。手術は完了です。関節の屈曲と伸展を行いました。術後3か月経過した現在、状態は良好です。

これは運転手を雇った裕福な女性です。その後、彼は車にひかれ、すべての骨を骨折しました。彼女は上海と北京の多くの病院に行きましたが、どこもこの病気は治らないと言われました。彼女は3Dプリントができないかと広州に戻ってきました。その結果、彼女は関節全体の縫合穴、骨の接合、鋼板の固定を備えたカスタムメイドの3Dプリント義肢を作成しました。手術後、患者は非常に良い効果を得ました。少なくとも彼女の日常生活には影響がありませんでした。ビルから飛び降りた20代の子供たちもいます。何も言わずに飛び降りたんです。学校で飛び降りて手を骨折してしまいました。病院に行って手術を受けたところ、手の骨がまだ欠けていました。他に方法がなかったので、義足と鉄板を入れて固定しなければなりませんでした。肘関節と下肢の骨も半分欠けていました。歩くこともできませんでした。とても悲惨な状況でした。その後、3Dプリントをしたところ、怪我は血だらけで骨も欠けていました。でも1年後には元通りになりました。この3Dプリントは本当にいいです。

まとめると、3Dプリントは関節の欠損を素早く再建し、関節の局所的な構造的安定性と早期の機能的断裂を達成することができます。設計時に対策に注意し、靭帯を再建し、安定性を確保する必要があります。現在、3Dプリントはまだ初期段階にあり、患者は非常に少ないです。本当に問題がある場合は、治療が必要です。今後、さまざまなタイプのバイオプリンティングがさらに発展することで、患者はより多くの利益を得ることができると信じています。

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