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3D打印改变医学——新技术,新福祉
时间:2017-06-05 18:06:50  来源:互联网  作者:管理员

 

上海交通大学教育部数字医学临床转化中心

上海市关节外科临床医学中心

      中国工程院戴尅戎院士带领上海交通大学附属第九人民医院骨科科研团队30余年,研究领域从最早的快速成型技术发展到如今3D打印个性化植入式骨盆假体、肩关节数字导板个性化矫形器具等,积累了大量的3D打印个性化植入物成功案例及丰富的数字医学临床转化经验 

                    3D打印骨盆植入物(图片来自上海交通大学教育部数字医学临床转化中心

什么是3D打印?

3D打印又叫累积制造技术,是一种利用计算机的数字模型为基础,使用粉末状金属或塑料或者其他可粘合材料,通过逐层堆叠累积的方式来构造物体的技术。传统的打印是将油墨打印在纸上,只有二维。3D打印就是一层层地将粘合材料累积上去,打印机根据计算机做好的模型,将材料堆积成立体的产品。与传统的机械制造主要通过削除材料完成产品的方式不同,3D打印可以简单地做成以前很多不太可能或者复杂无比的产品。

                              (图片来自上海交通大学教育部数字医学临床转化中心)

      上海市第九人民医院骨科王金武教授与上海交通大学教育部数字医学临床转化中心工程师合作,利用影像数据重建出3D肿瘤、肱骨、皮肤等数字化影像,经3D打印出肩部肿瘤穿刺活检数字导板并将其运用于临床,可以提高了肿瘤的活检准确性,减少了对肿瘤周围组织的污染,降低了肿瘤复发比率,也避免了X线辐射对病人与医师的危害,取得了良好的临床治疗效果。

    3D打印技术早在1980年代就已经出现,但是直到2010年代3D打印机才开始广泛的运用。据统计,20123D打印市场达到了22亿美元,2011年上升了29%。如今,3D打印技术在建筑、制造、工业设计、汽车制造、航天事业等都有所涉及。

    因为3D打印具有小巧、方便、成本低、可选择不同材料的特点,我们可利用计算机辅助设计出复杂的结构,用3D打印机制作成复杂的医疗假体及术前规划模型等,从而使3D打印在医学应用上已经获得迅猛发展。例如临床打印假牙,或者完美吻合的牙套。2012年,日本的Fasotec公司开始提供腹中的胎儿的3D打印模型,可以让父母提前看到真实的孩子形象。华盛顿地区医院使用3D打印机打印出患者的心脏模型,提供给心脏外科医生术前实践练习。

 上海交通大学Med-X研究院数字医学临床转化教育部工程研究中心也在3D打印领域取得了一定的进展。中心在工程、图像、计算机软件方面具有丰富的资源及科研经验,结合3D打印技术,研发个性化、植入式骨盆假体、数字导板、关节个体化植入物、定制矫形器具等等。

 

                                 (图片来自上海交通大学教育部数字医学临床转化中心)

      同时,上海交通大学附属第九人民医院也与相关企业单位合作,利用最先进的钛合金3D打印机,将3D打印出的个性化钛合金假体用于关节外科疑难患者中,其中较多运用于骨盆肿瘤、骨缺损、关节翻修手术、骨畸形矫正等病例。

                            (图片来自上海交通大学教育部数字医学临床转化中心)

     如何才能完成一个3D打印的个性化内置物呢?上海交通大学数字化医学临床转化中心王成焘教授提出:个体化植入物计算机辅助临床工程系统工作流程一般先与临床医生进行手术方案与假体概念进行设计讨论,医生拍摄传送患者的CT/MRI数据,工程师图像处理与几何建模,用三维打印设备制作骨模型,在数据库的支撑下开展个性化假体的三维数字设计,然后进行有限元设计分析,对厂商提供的商品化假体进行反求,厂商根据CAD结果进行数控加工、后处理 ,最后交付临床使用。这样一整套流程下来才能够完成一个相对成功的个性化骨科内置物。

 

                             (图片来自上海交通大学教育部数字医学临床转化中心)

     国际3D打印事业在医学领域也在蓬勃的发展,2013年,瑞典的科研人员成功地利用3D打印技术打印出人工皮肤瓣,并且成功地生长出血管。对于烧伤病人来说,这无疑是巨大的福音。2013年,爱丁堡的Heriot-Watt大学的研究人员发明了干细胞打印机。未来畅想再在干细胞构架上加入可以促使干细胞分化为各种需要的细胞的细胞因子,就可以随心所欲地合成各种需要的人体器官了。201312月,剑桥大学历史上第一次成功地使用大鼠的视网膜的神经节细胞和神经胶质细胞3D打印出三维结构的人工视网膜。这个突破性的进步为治愈失明带来了希望。

    在医学界提倡医工交叉、医理交叉的今天,越来越多的医务工作者投入到了医学3D打印的事业之中,3D打印可以简单地将以前很多不太可能或者复杂无比的产品制作出来,着实为外科学的发展注入了一剂强心针。上海交通大学Med-X研究院数字医学临床转化教育部工程研究中心也将不断努力,整合工程、图像、计算机软件方面的资源,致力于推动中国3D打印在医疗领域的应用和转化。

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