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详解 3D 打印在医学领域的应用

发布时间:2016-11-18作者:范则杨

如今,3D 打印产品的市场规模是 40 亿美元/年。在珠宝行业、电池行业、医学移植方面有着广阔的应用。在 2015 年北美放射学会(RSNA)大会上,专家认为影像医生需要了解 3D 打印的原理、技术和医学领域的应用。先来看个医学 3D 打印小视频:

医学 3D 打印的过程大致分为 4 步:

  • 第 1 步:图像获取,使用最多的是 CT 扫描图像,因为它应用广泛且具有足够的分辨率。

  • 第 2 步:图像处理,即从医学影像 PACS 系统(Picture archiving and communication system)提取所需的部分进行后处理,包括计算机辅助设计 CAD(Computer-aided design),从而获得需要打印物体的表面信息,得到所需的 DICOM(Digital imaging and communications in medicine)格式的图像。

  • 第 3 步:DICOM 转换 STL(Standard Tessellation Language)格式图像。STL 格式是 3D 打印机识别的格式。

  • 第 4 步:3D 打印过程。

总结如下图:

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图 1 3D 打印流程 

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图 2 计算机辅助设计过程 

临床应用非常广泛且发展迅速,在外科手术指导,医学生技能教学方面发挥着非常重要的作用,未来随着 3D 生物打印技术的发展,期望实现人造器官,为广大患者带来福音。

临床应用举例:

1. 颌面部头颈外科手术指导

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图 3 依据患者影像 3D 打印出患者模型,清晰显示患者血管、神经情况 

2 神经外科手术指导

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图 4 清晰还原患者鞍上肿瘤与血管关系,指导外科手术 

3. 骨科手术指导

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图 5 依据患者 CT 图像打印的脊柱模型 

4. 呼吸系统应用

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图 6 左图示 3D 打印患者气管走形,中图示模拟支气管镜镜下情况,右图示患者真实支气管镜情况 

5. 心血管系统应用

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图 7 左图示腹主动脉瘤情况,右图示 3D 打印模型,指导腔内成形术应用 

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图 8 左图是患者动脉瘤 3D 打印模型,右图是该模型在数字血管剪影(DSA)下的支架释放过程 

3D 打印指导骨科手术病例:

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图 9 46 岁女性,车祸后出现左外踝疼痛,保守治疗不缓解 

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图 10 左图示该患者左足情况,提示腓骨距骨骨质移位,右图是患者右足正常关节间隙情况 

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图 11 计算机辅助设计手术方式 

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图 12 计算机设计结果,需要将腓骨小头向下、向前移位 

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图 13 术中真实情况 

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图 14 术后复查

总结:成功的 3D 打印技术推广可以使患者获益,需要影像医生在图像获取后处理等方面提供技术与经验,同时与外科医生充分沟通,指导手术进行。在将来,该领域的广阔发展定会带来翻天覆地的变化。


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