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3D打印联合力反馈,改革面部重建手术
时间:2019-10-20    评论:0
    来源:第三维度
    编译:王逍

    Geomagic Freeform 工具实现植入物的设计和手术方案的快速迭代。3D Systems 旗下的ProJet、SLA 和多喷嘴 3D 打印技术用于制作原型、手术实践和手术导板。

    据报道,颌面修复重建手术的历史可追溯到美国内战(1861-1865),当时医生为战士们修复面部骨折。此后的 150 年,经过了漫长的技术发展。但直至几年前,想要成功修复受伤的面部或头部仍然是非常困难的手术,医生必须对手术中不可预见的并发症做出快速应对措施。

    外科应用重建技术中心(CARTIS)位于英国威尔士,是手术和设计工程领域的专家。该中心研究和开发新的方法、技术和过程,为成功手术做前期准备,引领此类手术的变革。技术和才华的独特结合,成功研制出了全新的方法和解决方案,改变了脸部修复重建手术的方式。


CARTIS 团队

    “这工作具有开创性。”Morriston 医院唇裂及颚面手术顾问 Adrian Sugar 说,“结合 CT扫描获得的患者数据,在虚拟世界中‘感觉’骨头碎片、植入物模型,然后定制设备和植入物。

    这正在改变外科手术的方式,显著缩短手术时间。”而且,可以引入一定程度的术前方案制定,实现更准确的治疗效果,这在过去是无法实现的。

    CARTIS 成立于 2006 年,融合技术、技能和最佳实践于一身,致力于研究和改革面部重建手术,以减少患者的痛苦,改善手术效果。该中心立志在颌面整形外科领域做到世界领先,联合多家研究机构成立联盟。这支联合团队采用多种 3D 软件包(包括“触觉”设计软件——在设计过程中能提供触觉力反馈),结合 3D 打印技术,完美实现患者和植入体数据的物理再现。

    早在 2012 年,该团队就已开始研究如何针对最复杂的面中部重建项目提高效率。其中一个广受国际媒体关注的项目是,因摩托车事故而受伤的患者面部重建手术方案的制定。该团队还有一批类似的复杂项目,需要设计手术导板,创建实践环境,3D 打印骨骼模型原型和实际植入物。

    Dominic Eggbeer 博士说:“众多项目都会安排设计工程师、外科医生、修复专家齐集一堂,在 Geomagic Freeform 中查看立体的患者 CT 扫描数据。”

    Geomagic Freeform 是一款 3D 设计和雕刻软件,具有独特的触觉(“力反馈”)设备。Freeform 读取预处理的 CT 扫描数据模型,自带工具可设计有机且不同寻常的形状——那些CAD 软件无法创建的形状。Freeform 软件还有多种细节处理工具,可快速生成植入物。

    “每个人的人体结构都不一样,Geomagic Freeform 的建模工具非常适合定制植入物,”Eggbeer 说,“几分钟内,就能完成自定义设备或植入物的概念设计。”

    整个团队与外科医生合作,评估和触摸 3D 数据模型,计划切除哪块骨头,以及如何调整头骨,设计移植方案。

(左图:移除手术导板后的植入效果,右图:手术导板和植入物)

    他们还开始设计手术定位导板。根据患者数据定制这些模板,告知外科医生手术过程中安装螺钉、钻孔、组织切入的确切位置。手术导板被认为是手术成功的关键工具,会在完成手术后移除,而植入物和骨头会置于既定位置处。

    “在 Freeform 中查看患者数据,可根据身体状况立即确定哪块折断或受伤的骨头需要移除,以及螺钉的正确植入位置,”设计工程师 Sean Peel 说,“我们可以快速设计出完美的定制手术导板、定制植入物,并设置虚拟场景供外科医生练习。”通过练习,联合团队现已能在数小时内完成植入物和手术导板的设计,并于一天内开始 3D打印。

    他们使用 3D Systems 套件,数小时内制作出设备原型和解剖模型副本。整个套件包括ProJet?ColorJet 3D 打印机、SLA 系统、多喷头打印。“ProJet 全彩打印尤其适合实践练习,”Peel 评价说,“在 Freeform 中,不同的骨头段标绘不同的颜色,然后用 3D 打印机进行全彩打印,方便外科医生在实践练习环节进行参考。”SLA 和多喷头打印技术制作模型和植入物原型,可用于切割、钻孔和练习。

    外科医生对手术有把握后,立即发送植入物和手术导板模型数据,进行制作。有时在公司内部直接打印(采用 SLA Accura ClearVue 树脂),有时外部机构打印(采用钛或钴铬合金)。

    Eggbeer 说:“SLA ClearVue 树脂材料非常完美,因为在准备消毒做手术前,可以对模型进行彻底清洁。”

    该团队通过实践积累了很多经验,不断改进技术,已经可以在七天之内完成从 CT 数据到打印植入物、练习模型、手术导板的完整过程。

    Eggbeer 说:“我们采用的这种面部重建手术,可以完美诠释手术方案从头到尾的全过程,并且已经能预见到许多可能需要解决的问题。”
标签:3D打印力反馈手术
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