科技网

当前位置: 首页 >智能

研究3D打印在耳鼻咽喉科领域的现状

智能
来源: 作者: 2018-10-26 13:16:56

研究3D打印在耳鼻咽喉科领域的现状

导读:

近年来,随计算机技术的进步,借助于新型设计软件的开发以及新材料、新工艺的应用,3D打印技术在多个领域得以迅速发展。

3D打印技术被认为是制造业的一次革命。基于计算机技术的发展、生产工艺的进步和新型材料的问世,目前3D打印已经在包括生命科学在内的多个领域获得长足进步在生物医学领域.其发展过程是从早期的探索性术前模型复制,到成功打印适形性假体修复骨质缺损,再到目前多种新型医用材料乃至细胞制备技术,在医学修复的应用领域取得了可喜的进展。南极熊接下来为大家介绍近年来3D打印技术在生物医药领域的研究与进展,介绍其在耳鼻咽喉头颈外科领域研发现状。   3D打印技术是一种基于预先设计,通过特定材料的逐层添加,构建三维物体的变革性、数字化制造技术。该技术在20世纪80年代由美国麻省理丁学院率先提出,如同许多开创性技术一样.早期的3D打印技术因工艺复杂、效率低下、设备昂贵、成品粗糙而未能推广。近年来,随计算机技术的进步,借助于新型设计软件的开发以及新材料、新工艺的应用,3D打印技术在多个领域得以迅速发展。   3D打印技术的基本原理、制造过程及主要类型   根据分段制造、逐层叠加的原理.3D打印工作流程分为3步。   第1步为图像获取。通过光学扫描或全息照相获得人体的影像数据,而体内部分可以通过CT、MRI甚至正电子发射计算机断层显像(positron emission tomography,PET)来获得高分辨率和高对比度的医学影像资料。   第2步为图像后处理。光学扫描或全息照相可以获得标准的3D模型文件(stereo lithography,STL)格式;CT、MRI、PET等医学影像学获取的数据通常储存为医学数字影像和通信标准(digital imaging and communications in medicine,DICOM)格式,此格式文件进行数据转化后被读取,实现目标物体3D切分和可视化,并用计算机辅助设计(computer aided design,CAD)模型最终输出至3D打印设备。   第3步为快速成形。即将CAD数据转化为三维实际物体,最终实现计算机辅助制造(computer aided manufacturing,CAM)。   根据成型技术的原理及打印材料的不同,可将3D打印技术细分为以卜几种模式:光固化立体印刷(stereolithography apparatus,SLA),熔融沉积成型(fused deposition modeling,FDM),选择性激光烧结(selective laser sintering,SLS),分层实体制造(laminated object manufacturing,LOM),喷墨印刷(inkjet printing)等。在实际应用时,将根据打印材质的不同和打印精度、假体强度的差异而选择不同的打印模式。   3D打印在耳鼻咽喉头颈外科领域的研究与应用    1、耳外科解剖训练及医学教育:颞骨是人体内最为复杂的骨骼系统,其内不仅有错综的骨性和软组织结构,而且包括有许多精细的含气与含液问隙。其中包含面神经、颈内动静脉、耳蜗、前庭与半规管等重要的结构。由于颞骨内结构的个体差异较大,解剖变异时有发生。熟练掌握颞骨解剖是耳科医生的必备技能,然而由于其立体形态不规则、微观结构精细复杂,传统二维图像示教具有相当的局限性,而解剖材料(尸头)的极度匮乏,使得实体颞骨解剖的训练难以推广。长期以来,熟练掌握颞骨手术的解剖结构一直是制约耳科医师技能发展的瓶颈。    自3D打印技术问世以来,外科解剖训练领域也已有长足进步。Vorwerk和Begall利用颞骨CT扫描数据,结合CAD技术,使用SLA技术制作了最早的人体颞骨模型,并用于基本的显微解剖练习和手术操作模拟。其后Suzuki等通过高分辨CT扫描,使用SLS技术制作更为精细的颞骨模型,并可使用传统手术器械在显微镜下进行解剖和手术练习。2012年,美国华盛顿大学的Monfared等报道通过3D打印技术制作了高保真且成本低廉的手术用中耳模型,并采用不同材质分别模拟骨质和软组织该模型在精细度、真实性和力学触感反馈方面表现良好,得到业内的认可,并建议将此纳入住院医师训练指南。此外,3D打印亦可精确放大展现微观结构,德国汉堡Wulf等以高分辨CT采集人类听小骨,采用该技术制作放大20倍的塑料解剖模型,达到完美精确展示听小骨结构的示教效果。   2、术前虚拟现实与3D建模:3D打印技术还可用于手术汁划或虚拟建模,即手术前带妆彩排。外科医师会使用与他们即将实施手术的同尺寸的器官和部位进行操作训练,使得术者预先胸中有丘壑。3D手术演练可缩短手术时间,发现术中可能发生的问题并预测手术结局,避免潜在风险,确实提高手术质量和安全性。如芬兰奥卢大学耳鼻咽喉科医生在一例复杂电子耳蜗植入术前,提取患者颞骨高分辨CT数据,利用SLA技术复制出其颞骨模型,精确显示了面神经管、椭圆窗、圆窗等结构,进行了术前模拟,降低了手术风险。除此以外,手术建模还有助于医生向患者及家属进行必要的术前沟通。   3、骨组织缺损的填充与修复:颌面部大块硬组织(如下颌骨、上颌骨)缺损后的修复常规用自体腓骨或髂骨进行,其拆东墙补西墙的弊病不言而喻。随着人造骨骼研究的深入,3D打印技术在处理人体骨骼复杂曲面,外形差异方面显现出独特优势。除可直接打印高生物相容性钛金属骨赝覆体并根据孔隙率大小,调节盘架材料粉末粒径外,还可通过改变切层的填充方式来调整孔隙率和微孔径,构建适应细胞生长的活性支架。现已成功制作出下颌骨、椎骨等,并初步用于临床。   运用计算机辅助,设计制成与患者下颌骨缺损区正常外形相同的个体化钛赝复体并予以术中植入,术后患者面部外形恢复正常,咬合关系及张口度恢复良好。比利时Hasselt大学BIOMED研究所运用SLS技术,利用数控激光使得逐层叠加的钛粉粒子准确融合,打印出与外形完全一致的下颌骨,辅以表面喷涂生物陶瓷层,以降低排斥反应;其后与荷兰外科医生合作,成功为一位83岁的患者植入了3D打印的钛质下颌骨。由于羟基磷灰石(hydroxyapatite,HA)具有优良的骨诱导性能,因此HA与光敏高分子一起作为原料,用于制备具有生物活性的骨组织工程支架。日本东京医科大学的Matsuo等以聚L-乳酸/HA(PLLA/HA)为原料,使用SLA技术制作制备了可吸收多孔托架,辅助牙齿移植材料一起,用于下颌骨肿瘤切除后的下颌骨重建,获得了比金属钛支架更好的修复效果。

滨江铂金海岸
万科MixTown
美联联邦生活区

相关推荐