德克萨斯大学休斯顿医学院，美国
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DOI: 10.15761 / GOS.1000156
背景:3D打印是一种增材制造工艺，可以直接从计算机辅助设计(CAD)中创建实体。3D打印手术器械的设计和制造之前已经完成，结果表明与真实的手术程序相关。这项研究扩展了以前的工作，并调查了使用3D打印手术器械进行尸体腹股沟疝修补的可行性。
方法:利用CAD软件设计了一套包括止血器、起针器、手术刀柄、牵开器和钳子的普通外科手术装置。这些数字模型是在3D打印机上制作的，并用于对一具尸体进行标准的腹股沟疝修补。
结果:一个可接受的腹股沟疝修补包括安置补片成功地执行了一个人的尸体使用标准的外科技术。
结论:普通外科手术，如腹股沟疝修补是可行的使用3D打印手术器械。
疝修补术;3 d打印;手术器械
手术室里的外科手术需要一系列的手术器械。由于存储空间、可用性、靠近供应商或成本的限制，某些外科中心无法在室内储存所有这些器械。按需生产外科手术所需的手术器械或部件将扩大这些中心的能力。3D打印由于其高精度和相对较短的制造时间[1]，是一种有潜力填补这一差距的制造工艺。选择性激光烧结(SLS)是本研究中使用的3D打印类型，通过扫描激光将塑料粉末分层烧结制成零件[2]。当零件的一层完成后，滚筒将一层新的粉末铺在建筑区域上，然后激光烧结下一层，如图1所示。建筑区域的粉末作为任何悬垂特征的支撑结构。一旦构建完成，构建区域被提升，部分蛋糕被带到一个分离站，以去除多余的粉末。一旦多余的粉末和零件被分离，粉末可以在另一个建筑中重复使用。
图1所示。一个SLS机器。
将3D打印应用于医疗和外科领域的原始调查包括用作植入物[3]，构建临床解剖模型[4]和构建组织基质[5]。3D打印在口腔颌面外科已经有了既定的角色。已有大量文献报道，3D打印用于颌面外科的手术计划和种植体或种植体指南的生产[6-10]。在创伤外科领域，功能性3D打印手术器械的可行性已通过在裁剪西装模型[11]上进行模拟剖腹手术得到证实。其他研究调查了3D打印在骨科手术术前计划[12]中的使用。Rankin等人证明了陆军-海军牵引器[13]等简单工具的财务和结构可行性。Wong等人研究了在像空间站[14]这样资源有限的环境中从数字图书馆按需打印外科器械的概念。然而，功能性3D打印手术器械在人体手术室的技术性能仍有待证实。因此，作者建议研究3D打印手术器械在腹股沟斜疝修补手术中的性能。本研究建立在先前设计和制造3D打印手术器械[15]的基础上。 In the current study, the authors use computer aided design software and selective laser sintering to build a general surgical set and perform an inguinal hernia repair on a human male cadaver.
用于此评估的普通外科手术装置的设计、制作和优化已在前面介绍过。简单地说，计算机辅助设计(CAD)软件包SolidWorks被用于开发手术器械的数字模型(达索系统SolidWorks公司，沃尔瑟姆MA)。与标准的不锈钢仪器材料相比，DuraForm EX塑料(3D Systems, Rock Hill SC)的材料性能限制需要对仪器设计进行修改。在模拟和尸体手术过程中，起针器、手术刀柄和止血器的多次迭代都是基于外科医生的反馈进行的。使用SLS烧结HiQ (3D Systems, Herts, UK)使用DuraForm EX Plastic打印数字模型。手术中使用的器械是在烧结站使用DuraForm EX塑料粉末在1个建造周期内制造的。烧结站的结构是W15 x D13 x H18英寸。仪器的定位使建造高度最小化，以减少建造时间。普通外科组的建造高度为3.1英寸，建造时间为8小时20分钟。准备手术器械的后期处理包括将零件从零件饼中分离出来，并结合使用珠子爆破和压缩空气去除多余的粉末。 The instruments were not sterilized because they were to be used in human cadavers. For this study the contents of the general surgical set include 1 hemostat, 1 needle driver, 1 scalpel handle, 2 forceps, one self-retaining retractor and 2 Army Navy retractors. Photographs of the instruments used in the procedure are shown in Figure 2.
图2。普通外科套装，包括(从左至右)手术刀柄，止血钳，起针器，镊子和自动牵开器。陆军-海军牵引器在其他地方展示。
为了证明该仪器的功能，我们在一具男性尸体上进行了一个开放的利希滕斯坦腹股沟疝修补术，腹股沟和骨盆区域没有明显的疤痕或畸形。检查未见双侧腹股沟疝。不可能知道是否两侧都有小疝气，但正如下一段所讨论的，右侧确实有一个小的腹股沟斜疝，也就是手术选择的一侧。手术中使用的非3d打印物品为10号手术刀片、缝线、血管环和网片，如图3所示。
图3。程序中使用的非3d打印物品。
疝修补手术从最初的皮肤切口到皮肤闭合需要35分钟。尸体平卧位，根据术者喜好选择右侧腹股沟。带有附加的10号手术刀刀片的手术刀柄用于切开皮肤和皮下组织。手术器械中没有剪刀，所以再次使用手术刀从外环外侧5cm处切开外斜肌，没有任何问题。刀片贴合到手柄设计是舒适的，并允许施加足够的压力，以清洁分裂组织。刀片很容易从手柄上取下，以便在需要时更换。手术野的暴露是通过使用陆军海军牵开器收缩上、下外斜肌腱膜和使用自保持牵开器收缩皮肤和皮下脂肪来实现的。使用这些牵开器保持暴露足以进行手术。通过止血钳和钝性剥离辅助腹股沟管外斜内容物的剥离。然后首先用陆军-海军牵引器环绕脊髓结构和疝囊。 Progression to this point is sequentially shown in Figure 4.
图4。切开皮肤和皮下脂肪，(A).暴露外斜筋膜，(B).陆军-海军包围索结构和疝囊，(C)。
然后用血管环以标准方式环绕索结构和疝囊。纵向分开提睾肌，然后用镊子将其余的脊髓结构剖开，如图5所示。镊子的尖端足够精细，可以轻轻地按顺序从脐带结构上剥离薄的组织膜，确实可以看到一个小的疝囊。
图5。用镊子切除精索和疝囊。自固定牵开器允许曝光。
使用止血钳和镊子轻轻将囊从脐带结构上剥离。输精管被确定，并注意不破坏任何其他周围结构。剖开的囊用止血钳夹住，远端用2-0丝捆扎，如图6所示。止血钳的尖端有足够的力量抓住并提起疝囊进行缝合结扎。
图6。用丝扎将疝囊缝合结扎。通过自固定牵开器进行曝光。
然后用手术刀切除疝囊。然后打开轻型网，并放置在现场。当用3-0 Prolene缝线穿过耻骨结节腱膜将补片缝合到位时，由于用力，针在驾驶员的颚部有一定程度的滑移。针被再次抓住两次以完成穿过腱膜的通道。然后用起针器、镊子和3-0 Prolene缝线将补片通过腹股沟韧带和精索周围缝合到位。将缝线针穿过这些柔软的组织没有任何问题。仪器功能的另一个技术问题是在抓取物体时钳头交叉，对抓取面施加斜力。图7显示了钳夹住切口外斜肌边缘时出现的问题。当握住的组织平面与钳正常时，该问题不会发生。
图7。钳尖交叉，同时抓住外斜肌腱膜，以协助放置补片，方框中突出显示。
在没有张力和网格起皱的情况下完成网格放置。然后取出自保留牵开器和血管环。陆军-海军牵引器有助于暴露外斜肌。使用起针器、2-0 Vicryl缝线和镊子闭合外斜筋膜，如图8所示。
图8。外斜肌腱膜闭合。
由于标准的3-0单孔缝线不可用，使用剩余的3-0 Prolene缝线完成皮肤闭合。最后的皮肤闭合，虽然不美观，但在针机中的针没有滑动。近似蒙皮边缘就足够了，如图9所示。在程序结束时，针数是正确的。所有的仪器都进行了清洗和检查，以寻找裂缝或磨损的迹象，但没有。
图9。最终皮肤关闭在非标准的运行方式。
手术完全在尸体实验室进行。有一名主治医生在场进行手术，2名外科住院医生和2名医学院学生也在场协助或拍照。
据我们所知，这是第一个用3D打印手术器械在人身上进行完整的普通外科手术的报道。总的来说，这些仪器表现良好，足以完成手术。来自外科医生的反馈包括穿过纤维组织(如耻骨结节腱膜)时针头打滑，以及在斜角度抓取组织时钳尖交叉。纠正这些问题的未来工作包括在起针器的抓取面添加金属插入件，并改变钳的外形，以增加离轴仪器刚度。
功能性3D打印手术器械的优势是巨大的。设计和仪器生产的时间限制是最小的，而医生定制的允许是无限的。迭代的速度允许第二天改进手术器械的核心设计。未来可能的应用包括在手术设备不容易获得的地方安装3D打印机，例如在战区、航天器或其他资源受限的环境中向前操作的外科医院。这些环境将由现场3D打印机支持，并可开放使用医疗和非医疗部件的数字图书馆。这些部件可以按需打印、消毒、用于现场，并有可能回收用于制造新部件。此外，每一种可印刷的基板都可能具有独特的杀菌性能，因此需要对在其应用环境中无菌印刷的仪器进行评估和考虑。
目前，有一些手术部件并不适用于3D打印工艺。这些包括缝合针，缝线和在本研究中看到的手术刀片。制造剪刀刀片之前尝试过，但效果不佳。随着3D打印机的复杂性和技术能力的提高，这些组件将包括在3D打印的普通外科套装中是可行的。
手术中使用的仪器是在CAD软件上从头到尾设计的，只用了几天时间。前面详细介绍了他们的迭代设计过程和改进。该研究允许在普通外科手术中进一步迭代更改以解决器械的不足。它们的设计仍有很大的改进空间，如改进针驱动器的缝线针抓地力和增加钳的硬度。使用3D打印制造过程和CAD，可以对原始的数字模型进行这些更改，普通外科套装的新迭代可以在一天内生产出来。
2021年版权燕麦。所有权利reserv在这项研究中，作者证明了用外科医生设计并在3D打印机上制造的普通外科手术装置进行腹股沟疝修补是可行的。完成手术所需的所有器械都是一次3D打印完成的，除了手术刀片、血管袢、网片和缝线。3D打印普通外科器械的局限性主要与材料的强度有关。例如，当缝线穿过耻骨结节的骨膜时，有一些针滑落，需要重新抓针。然而，这个过程在35分钟内就完成了，没有任何标准的不锈钢仪器的帮助。
j·迈克尔·米尔斯
芝加哥大学
研究文章
收稿日期:2017年3月03日
录用日期:2017年3月27日
出版日期:2017年3月29日
©2017 George M.这是一篇开放获取的文章，根据创作共用署名许可条款发布，该许可允许在任何媒体上不受限制地使用、分发和复制，前提是注明原作者和来源。
George M, Hawes H, Aroom K, Gill BS, Love J(2017)在尸体模型中使用3D打印手术器械修复腹股沟疝的可行性研究。Glob Surg，卷3(2):DOI: 10.15761/GOS.1000156
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图1所示。一个SLS机器。
图2。普通外科套装，包括(从左至右)手术刀柄，止血钳，起针器，镊子和自动牵开器。陆军-海军牵引器在其他地方展示。
图3。程序中使用的非3d打印物品。
图4。切开皮肤和皮下脂肪，(A).暴露外斜筋膜，(B).陆军-海军包围索结构和疝囊，(C)。
图5。用镊子切除精索和疝囊。自固定牵开器允许曝光。
图6。用丝扎将疝囊缝合结扎。通过自固定牵开器进行曝光。
图7。钳尖交叉，同时抓住外斜肌腱膜，以协助放置补片，方框中突出显示。
图8。外斜肌腱膜闭合。
图9。最终皮肤关闭在非标准的运行方式。
