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3D打印技术在现代神经外科中的应用

时间:2019-08-15 10:52 来源:南极熊 作者:中国3D打印机网 阅读:
来源:立体定向和功能性神经外科杂志
作者:安徽医科大学附属省立医院神经外科(钱升,丁宛海,牛朝诗),中国科学技术大学工程科学院(申书伟,许晓嵘)

      3D打印(Three-dimensional printing)技术是一种计算机工程与材料工程相结合的新型增材制造技术。该技术无需原胚和模具,以目标物的三维数据模型为基础,通过计算机处理并转化成特定的程序,由3D打印机逐层打印成产品。自从20世90年代开始进入医药卫生领域,该技术已在牙科、耳鼻喉科、心血管外科、整形外科和神经外科等学科广泛应用。1999年,神经外科的医师开始运用这一新兴技术制造患者个体化的颅骨结构、脑血管及颅内病灶来帮助进行术前规划、手术模拟、科学研究等工作。

1.3D打印技术概述
1.1 3D打印技术的生产流程
3D打印技术是一种快速成型技术,一般要历经数据采集→建模→编程→选材→打印五个步骤。
(1)数据采集
依靠医学数字技术获取患者可疑病变器官的二维数据,目前常采用电子3D 打印技术在医学领域已有数十年的发展历史,并得到一定程度的应用。3D打印技术不成熟、管理标准不统一等诸多问题仍限制其在医学领域的发展。该文就3D打印技术在医疗卫生领域的发展、现状及问题进行分析,阐述其在医学技术领域应用的作用及意义。在监管到位、标准统一、管理规范的情况下,该技术将对医疗卫生的发展产生重大意义,能够更好地服务于患者。

计算机断层扫描(Computer tomography, CT) and magnetic resonance imaging,MRI)技术分别取目标器官冠状位、矢状位、横断位的二维影像作为三维模型重建的原始资料。

(2)建模
将不同角度的影像数据导入计算机,由算法整合成三维数字化模型,依据此模型构建出机器需要打印的虚拟模具,再将该模具投影回二维平面中与原始数据比对,在误差范围内者才最终作为初代模具。在三维重建的过程中,可以利用线框建模、表面建模、实体建模、特征建模等方法实现建模的还原度和精确度。

(3)编程
计算机建模后,再将模型转化成STL格式进行储存。STL格式能够以一系列小的三维三角形近似表达数字模型,而且能够将三维模型切割成多个二维薄片,记录每个二维薄片的平面数据作为打印机工作的指令,分割的二维薄片越薄,打印出的产品尺寸就越接近原始数据。

(4)选材
安全性是贯穿整个工艺的第一原则。而材料选取是决定产品质量的直接因素。人体不同组织密度不同、硬度不同、透明度不同,各种材料搭配使用才可能还原人体的真实解剖结构。在加工制造时,温度是不可或缺的因素,因此对材料的耐热性也有严格的要求。有些复杂的系统往往难以直接打印生产,需要分步打印组件再装配,组装用的连接结构同样是决定成品应用价值的关键。

(5)打印
3D打印是一个逐层堆积的制造过程,选取合适的材料后,打印机的喷射装置在x-y平面上移动喷出材料,当一个层面完成后,继续喷一层可去除的材料例如胶水作为支撑结构,再进行下一个平面的工作,如此反复直至产品成型。初胚的支撑材料在后期加工中可经特殊工艺去除,为了达到使用标准,还需经过打磨、抛光、上色、修整等处理才能得到最终产品。

(责任编辑:中国3D打印机网)