Использование 3D-печати для предоперационного планирования и индивидуализации лечения в травматологии и ортопедии: концептуальная эволюция и перспективы развития
https://doi.org/10.25789/YMJ.2025.89.22
Аннотация
Обзор посвящен современным достижениям в использовании 3D-печати для создания моделей, имплантатов и инструментов, которые адаптируются под индивидуальные анатомические особенности пациента. Преимущества 3D-печати включают в себя повышение точности хирургических вмешательств и снижение операционных рисков за счет персонализированных решений. Вместе с тем обзор освещает ключевые препятствия на пути внедрения технологии в клиническую практику, такие как высокие затраты и необходимость стандартизации процессов. Несмотря на эти вызовы, 3D-печать обладает значительным потенциалом для трансформации медицинских подходов и методов обучения, что открывает перспективы создания более эффективных и персонализированных терапевтических методик в области ортопедии и травматологии.
Ключевые слова
ортопедическая хирургия,
3D-печать,
травматология,
имплантаты,
3D-моделирование,
хирургические инструменты
Об авторах
З. З. Юнусова
ФГБОУ ВО «Дагестанский государственный медицинский университет» МЗ РФ
Россия
Россия
Юнусова Зарина Замрутдиновна – студентка
367005, г. Махачкала, пл. Ленина, 1
А. С. Саидов
ФГБОУ ВО «Дагестанский государственный медицинский университет» МЗ РФ
Россия
Россия
Саидов Абдул Султанмагомедович – студент
367005, г. Махачкала, пл. Ленина, 1
М. А. Саидова
ФГБОУ ВО «Дагестанский государственный медицинский университет» МЗ РФ
Россия
Россия
Саидова Маликат Ахмедовна – студентка
367005, г. Махачкала, пл. Ленина, 1
А. Р. Атаев
ФГБОУ ВО «Дагестанский государственный медицинский университет» МЗ РФ
Россия
Россия
Атаев Алевдин Рашитханович – д.м.н., проф., зав кафедрой
367005, г. Махачкала, пл. Ленина, 1
Список литературы
1. Горбатов Р.О., Казаков А.А., Романов А.Д. Разработка технологии создания индивидуальных ортезов для иммобилизации суставов верхней конечности с помощью 3D-печати // Вестник ВолгГМУ. 2018. №. 3 (67). С. 124–128. doi: 10.19163/1994-9480-2018-3(67)-124-128
2. Индивидуальные навигационные шаблоны для установки транспедикулярных винтов в хирургии позвоночника: систематический обзор / Е.В. Ковалёв, С.И. Кириленко, А.Н. Мазуренко [и др.] // Проблемы здоровья и экологии. 2022. №.19(3). С.5–17. DOI: doi: 10.51523/2708-6011.2022-19-3-01
3. Карякин Н.Н., Горбатов Р.О. Технология создания индивидуальных ортопедических стелек с использованием 3D печати // Современные проблемы науки и образования. 2017. №. 3. С.42
4. Компьютерное 3D-моделирование с изготовлением индивидуальных лекал для навигирования введения винтов в шейном отделе позвоночника / А.В. Бурцев, О.М. Павлова, С.О. Рябых [и др.] // Хирургия позвоночника. 2018. Т. 15, №.2. С. 33–38.
5. Применение аддитивных технологий 3D-печати в травматологии-ортопедии и нейрохирургии / А.В. Яриков, Р.О. Горбатов, И.И. Столяров [и др.] // Врач. 2021. №.32 (10). С. 8–16. doi: 10.29296/25877305 2021-10-02
6. Применение индивидуальных 3D-навигационных матриц для транспедикулярной фиксации субаксиальных шейных и верхнегрудных позвонков / Р.А. Коваленко, В.В. Руденко, В.А. Кашин [и др.] // Хирургия позвоночника. 2019. Т. 16, №2. С. 35–41.
7. Применение навигационного шаблона для прохождения ножки позвонка при транспедикулярной фиксации / А.В. Косулин, Д.В. Елякин, К.Д. Лебедева [и др.] // Педиатр. 2019. Т. 10, № 3. С. 45–50. doi: 10.17816/PED10345-50
8. Применение шаблонов-направителей при хирургическом лечении детей дошкольного возраста с врожденным сколиозом грудной и поясничной локализации / Д.Н. Кокушин, С.В. Виссарионов, А.Г. Баиндурашвили [и др.] // Ортопедия, травматология и восстановительная хирургия детского возраста. 2020. Т. 8. Вып. 3. С. 305–316. doi: 10.17816/PTORS42000
9. Хирургическое лечение детей с врожденными деформациями грудного и поясничного отделов позвоночника с использованием технологий 3d-прототипирования / А.Е. Бойко, Д.Н. Кокушин, А.Г. Баиндурашвили [и др.] // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2020. № 7. С. 57-61
10. Хирургическое лечение пациентов с опухолями длинных трубчатых костей верхних конечностей с использованием индивидуальных имплантатов из костно-замещающего материала, созданных по технологиям 3D-печати / Н.Н. Карякин, Р.О. Горбатов, А.Е. Новиков [и др.] // Гений ортопедии. 2017. №.23 (3). С.323–330
11. Эндопротезирование коленного сустава с применением индивидуальных направителей, созданных с помощью технологий 3D-печати / Н.Н. Карякин, Е.Е. Малышев, Р.О. Горбатов [и др.] // Травматология и ортопедия России. 2017. №. 23 (3). С.110–118. doi: 10.21823/2311-2905-2017-23-3-110-118
12. 3D printing-based minimally invasive cannulated screw treatment of unstable pelvic fracture / L. Cai, Y. Zhang, C. Chen [et al.] // J Orthop Surg Res. 2018. №.13(1). Р.71. doi: 10.1186/s13018-018-0778-1.
13. 3-dimensionally printed patient-specific glenoid drill guides vs. standard non-specific instrumentation: a randomized controlled trial comparing the accuracy of glenoid component placement in anatomic total shoulder arthroplasty / S. P. Dasari, M. E. Menendez, A. E. Orias [et al.] // Journal of Shoulder and Elbow Surgery. 2024. Vol. 33, No. 2. P. 223–233.
14. 3D-printed ABS and PLA scaffolds for cartilage and nucleus pulposus tissue regeneration / D. H. Rosenzweig, E. Carelli, T. Steffen [et al.]// Int J Mol Sci. 2015. Vol. 16. P. 15118-15135.
15. A review of current clinical applications of three-dimensional printing in spine surgery / W. Cho, A.V. Job, J. Chen [et al.]// Asian Spine J. 2018. Vol. 12, No. 1. P. 171-177. doi: 10.4184/asj.2018.12.1.171.
16. Accuracy and practicability of a patient-specific guide using acetabular superolateral rim during THA in Crowe II/III DDH patients: a retrospective study / C. Wang, H. Xiao, W. Yang, [et al.] // Journal of Orthopaedic Surgery and Research. 2019. Vol. 14, No. 1. P. 19. doi: 10.1186/s13018-018-1029-1
17. Accuracy of patient-specific guided implantation of the glenoid component in reversed shoulder arthroplasty / O. Verborgt, A.I. Hachem, K. Eid [et al.] // Orthop Traumatol Surg Res. 2018. Vol. 104, No. 6. P. 767-772. doi: 10.1016/j.otsr.2018.01.010.
18. Application of 3D printing rapid prototyping-assisted percutaneous fixation in the treatment of intertrochanteric fracture / S.N. Zheng, Q.Q. Yao, F.Y. Maо [et al.]// Exp Ther Med. 2017. Vol. 14, No. 4. P. 3644-3650.
19. Applications and accuracy of 3D-printed surgical guides in traumatology and orthopaedic surgery: a systematic review and meta-analysis / S. Hess, J. Husarek, M. Müller, [et al.]// J Exp Orthop. 2024. Vol. 11, No. 3. e12096. doi: 10.1002/jeo2.12096. PMID: 39135870; PMCID: PMC11317891.
20. Are custom triflange acetabular components effective for reconstruction of catastrophic bone loss? / C.C. Berasi, K.R. Berend, J.B. Adams, [et al.]// Clin Orthop Relat Res. 2014. №.473 (2). Р.528–535. doi: 10.1007/s11999-014-3969-z
21. Auricchio F., Marconi S. 3D printing: clinical applications in orthopaedics and traumatology // EFORT Open Rev. 2017. Vol. 1, No. 5. P. 121-127. doi: 10.1302/2058-5241.1.000012. PMID: 28461938; PMCID: PMC5367547.
22. Can preoperative 3D printing change surgeon's operative plan for distal tibia fracture? / Kang H. J., Kim B. S., Kim S. M. [et al.] // Biomed Res Int. 2019. 7059413.
23. Clinical use of 3D printing guide plate in posterior lumbar pedicle screw fixation / H. Chen, D. Wu, H. Yang, [et al.] // Med Sci Monit. 2015. Vol. 21. P. 3948-54. doi: 10.12659/msm.895597.
24. Comparison of patient-specific instruments with standard surgical instruments in determining glenoid component position: a randomized prospective clinical trial / M.D. Hendel, J.A. Bryan, W.K. Barsoum [et al.] // Journal of Bone and Joint Surgery. 2012. Vol. 94, No. 23. P. 2167–2175. doi: 10.2106/JBJS.K.01209
25. Comparison of the conventional surgery and the surgery assisted by 3D printing technology in the treatment of calcaneal fractures / W. Zheng, Z. Tao, Y. Lou, [et al.] // J Invest Surg. 2018. Vol. 31, No. 6. P. 557-567.
26. Complications of pedicle screw fixation in reconstructive surgery of the cervical spine / K. Abumi, Y. Shono, M. Ito, [et al.]// Spine (Phila Pa 1976). 2000. №.25(8). P. 962–969. doi: 10.1097/00007632-200004150-00011. PMID: 10767809.
27. Computer-assisted 3-dimensional reconstructions of scaphoid fractures and nonunions with and without the use of patient-specific guides: early clinical outcomes and postoperative assessments of reconstruction accuracy / A. Schweizer, F. Mauler, L. Vlachopoulos, [et al.] // J Hand Surg Am. 2016. Vol. 41, No. 1. P. 59-69. doi: 10.1016/j.jhsa.2015.10.009.
28. Computer-Assisted Planning and Patient-Spe cific Instruments for Bone Tumor Resection within the Pelvis: A Series of 11 Patients / F. Gouin, L. Paul, G.A. Odri [et al.] // Sarcoma. 2014. Р. 842709. doi: 10.1155/2014/842709. – PMID: 25100921; PMCID: PMC4101950.
29. Development of a 3-D printing laboratory for foot and ankle applications / C. E. Pehde, J. Bennett, B. Lee Peck, [et al.]// Clin Podiatr Med Surg. 2020. Vol. 37, No. 2. P. 195-213. doi: 10.1016/j.cpm.2019.12.011.
30. Effect of 3D printing technology on pelvic fractures: a Meta-analysis / Y.D. Zhang, R.Y. Wu, D.D. Xie, [et al.]// Zhongguo Gu Shang. 2018. Vol. 31, No 5. Р.465-471. doi: 10.3969/j.issn.10030034.2018.05.013.
31. Effect of postoperative mechanical axis alignment on the fifteen-year survival of modern, cemented total knee replacements / S. Parratte, M.W. Pagnano, R.T. Trousdale, [et al.]// The Journal of Bone and Joint Surgery. American Volume. 2010. Vol. 92, No. 12. P. 2143–2149. doi:10.2106/JBJS.I.01398
32. Efficacy of three-dimensional guide plate technique guided sacral 2 alar iliac screws fixation in patients with degenerative kyphoscoliosis / L. Cui, S. Gong, S. Xie, [et al.]// American Journal of Translational Research. 2021. Vol. 13, No. 5. P. 5127–5136.
33. Evaluation of 3D printing and its potential impact on biotechnology and the chemical sciences / B.C. Gross, J.L. Erkal, S.Y. Lockwood [et al.] // Anal Chem. 2014. Vol. 86, No. 7. P. 3240-3253. doi: 10.1021/ac403397r
34. Evaluation of a transpedicular drill guide for pedicle screw placement in the thoracic spine / J.M. Mac-Thiong, H. Labelle, M. Rooze, [et al.]// Eur Spine J. 2003. №.12(5). Р. 542-547. doi: 10.1007/s00586-003-0549-4. – PMID: 12783286; PMCID: PMC3468009.
35. Hydroxyapatite scaffolds for bone tissue engineering made by 3D printing / B. Leukers, H. Gülkan, S.H. Irsen [et al.] // J Mater Sci Mater Med. 2005. Vol. 16, No. 12. P. 1121-1124. doi: 10.1007/s10856-005-4716-5.
36. Impacted bone allograft personalised by a novel 3D printed customization kit produces high surgical accuracy in medial opening wedge high tibial osteotomy: a pilot study / W. Van Genechten, A. Van Haver, S. Bartholomeeusen [et al.]// Journal of Experimental Orthopaedics. 2023. Vol. 10, No. 1. P. 24. doi:10.1186/s40634-023-00593-0
37. Individualized 3D printing navigation template for pedicle screw fixation in upper cervical spine / F. Guo, J. Dai, J. Zhang, [et al.]// PLoS One. 2019. №.14(2). Р.e0212213. doi: 10.1371/journal.pone.0212213. PMID: 28152039; PMCID: PMC5289602.
38. Is TKA using patient-specific instruments comparable to conventional TKA? A randomized controlled study of one system / Y.W. Roh, T.W. Kim, S. Lee [et al.]// Clinical Orthopaedics and Related Research. 2013. Vol. 471, No. 12. P. 3988–3995. doi:10.1007/s11999-013-3206-1
39. Jr. Use of patient-specific 3D-printed titanium implants for complex foot and ankle limb salvage, deformity correction, and arthrodesis procedures / T.J. Dekker, J.R. Steele, A.E. Federer et al.// Foot Ankle Int. 2018. Vol. 39, No. 8. P. 916-921. doi: 10.1177/1071100718770133.
40. Krettek C., Bruns N. Current concepts and new developments of 3D printing in trauma surgery // Unfallchirurg. 2019. No.122(4). Р.256-269.– doi: 10.1007/s00113-019-0636-6.
41. Matsukawa K., Kaito T., Abe Y. Accuracy of cortical bone trajectory screw placement using patient-specific template guide system // Neurosurgical Review. 2020. Vol. 43, No. 4. P. 1135–1142. doi:10.1007/s10143-019-01140-1
42. Mazzarese B., Nicotera N., Theriault H. Modeling bone fixation implants with absorbable polymers using 3-D printing // Biomedical Engineering Conference (NEBEC), 2015 41st Annual Northeast 2015; 7117129.
43. Novel alignment measurement technique for total knee arthroplasty using patient specific instrumentation / K. Yamamura, Y. Minoda, S. Mizokawa, [et al.] // Archives of Orthopaedic and Trauma Surgery. 2017. Vol. 137, No. 3. P. 401–407. doi:10.1007/s00402-017-2628-8
44. Organ printing: computer-aided jet-based 3D tissue engineering / V. Mironov, T. Boland, T. Trusk [et al.] // Trends Biotechnol. 2003. Vol. 21, No. 4. P. 157-161. doi:10.1016/S0167-7799(03)00033-7.
45. Patient Specific Instruments for Complex Tumor Resection-Reconstruction Surgery within the Pelvis: A Series of 4 Cases / E. Cernat, P.-L. Docquier, L. Paul [et al.] // Chirurgia. 2016. №.111(5). 439-444. doi: 10.21614/chirurgia.111.5.439. PMID: 27819644.
46. Patient-specific glenoid guides provide accuracy and reproducibility in total shoulder arthroplasty / M.O. Gauci, P. Boileau, M. Baba [et al.] // The Bone & Joint Journal. 2016. Vol. 98-B. P. 1080–1085.
47. Pedicle screw placement safety with the aid of patient-specific guides in a case series of patients with thoracic scoliosis / J. Mohar, M. Valič, E. Podovšovnik, [et al.]// European Spine Journal. 2022. Vol. 31, No. 12. P. 3544–3550. doi: 10.1007/s00586-022-07427-0
48. Personalised image- based templates for intraoperative guidance / E. Berry, M. Cuppone, S. Porada [et al.]// Proc Inst Mech Eng H. 2005. No. 219(2). Р.111-118. doi: 10.1243/095441105X9273. – PMID: 15819482.
49. Proper benefit of a three-dimensional pre-operative planning software for glenoid component positioning in total shoulder arthroplasty / A. Jacquot, M. O. Gauci, J. Chaoui, [et al.]// Int Orthop. 2018. Vol. 42, No. 12. P. 2897-2906. doi: 10.1007/s00264-018-4037-1.
50. Sariali E., Kajetanek C., Catonné Y. Comparison of custom cutting guides based on three-dimensional computerized CT-scan planning and a conventional ancillary system based on two-dimensional planning in total knee arthroplasty: a randomized controlled trial // International Orthopaedics. 2019. Vol. 43, No. 11. P. 2529–2538. doi:10.1007/s00264-019-04357-3
51. Sheth U., Theodoropoulos J., Abouali J. Use of 3-dimensional printing for preoperative planning in the treatment of recurrent anterior shoulder instability // Arthrosc Tech. 2015. Vol. 4. e311-e316. PMID: 26759768.
52. Smoczok M., Starszak K., Starszak W. 3D printing as a significant achievement for application in posttraumatic surgeries - a literature review // Curr Med Imaging. 2021. Vol. 17, No. 7. P. 814-819. doi: 10.2174/157340561666620051000381. PMID: 32386498.
53. Tan G., Zhou Y., Sooriyaarachchi D. Musculoskeletal tissue engineering using fibrous biomaterials // Methods Mol Biol. 2021. Vol. 2193. P. 31-40. doi: 10.1007/978-1-0716-0845-6_4
54. The accuracy of a method for printing three-dimensional spinal models / Wu A.M., Shao Z.X., Wang J.S. [et al.] // PLoS One. 2015. Vol. 10, No. 4. e0124291. doi: 10.1371/journal.pone.0124291.
55. The accuracy of patient-specific instrumentation with laser guidance in a dynamic total hip arthroplasty: a radiological evaluation / Ferretti A., Iannotti F., Proietti L., [et al.] // Sensors. 2021. Vol. 21, No. 12. P. 4232. doi:10.3390/s21124232
56. The use of patient-specific instrumentation improves the accuracy of acetabular component placement / Buller L., Smith T., Bryan J. [et al.] // J Arthroplasty. 2013. №.28(4). Р.631-636. doi: 10.1016/j.arth.2012.12.001. PMID: 23498350.
57. The use of physical biomodelling in complex spinal surgery / Izatt M.T., Thorpe P.L., Thompson R.G., [et al.] // Eur Spine J. 2007. Vol. 16, No. 9. P. 1507-1518. doi:10.1007/s00586-006-0289-3.
58. Three-dimensional analysis of accuracy of component positioning in total knee arthroplasty with patient specific and conventional instruments: a randomized controlled trial / De Vloo R., Pellikaan P., Dhollander A. [et al.] // The Knee. 2017. Vol. 24, No. 6. P. 1469–1477. doi: 10.1016/j.knee.2017.08.059
59. Three-dimensional imaging and templating improve glenoid implant positioning / Iannotti J.P., Weiner S., Rodriguez E. [et al.] // J Bone Joint Surg Am. 2015. Vol. 97, No. 8. P. 651-658. doi: 10.2106/JBJS.N.00493.
60. Three-dimensional printing in orthopaedic surgery: current applications and future developments / Wixted C.M., Peterson J.R., Kadakia R.J., [et al.] // J Am Acad Orthop Surg Glob Res Rev. 2021. Vol. 5, No. 4. e20.00230-11. doi: 10.5435/JAAOSGlobal-D-20-00230. PMID: 33877073; PMCID: PMC8059996.
61. Three-dimensional printing technology in orthopaedics / Skelley N.W., Smith M.J., Ma R. [et al.] // J Am Acad Orthop Surg. 2019. Vol. 27, No. 24. P. 918-925. doi: 10.5435/JAAOS-D-18-00746.
62. Trauner K.B. The emerging role of 3D printing in arthroplasty and orthopedics // J Arthroplasty. 2018. Vol. 33. P. 2352-2354.
63. Use of 3D printing in complex spinal surgery: historical perspectives, current usage, and future directions / Grant C.A., Izatt M.T., Labrom R.D. [et al.] // Tech Orthop. 2016. Vol. 31, No. 3. P. 172-180.
64. Uso de planificación preoperatoria e impresión 3D en ortopedia y traumatología: ingresando en una nueva era / Moya D., Gobbato B., Valente S. [et al.]// Acta Ortop Mex. 2022. Vol. 36, No. 1. P. 39-47. Spanish. PMID: 36099572.
Рецензия
Для цитирования:
Юнусова З.З., Саидов А.С., Саидова М.А., Атаев А.Р. Использование 3D-печати для предоперационного планирования и индивидуализации лечения в травматологии и ортопедии: концептуальная эволюция и перспективы развития. Якутский медицинский журнал. 2025;(1):94-102. https://doi.org/10.25789/YMJ.2025.89.22
For citation:
Yunusova Z.Z., Saidov A.S., Saidova M.A., Atayev A.R. The use of 3D printing for preoperative planning and individualization of treatment in traumatology and orthopedics: conceptual evolution and development prospects. Yakut Medical Journal. 2025;(1):94-102. https://doi.org/10.25789/YMJ.2025.89.22
Просмотров:
62
Послать статью по эл. почте 