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3D打印模型使医疗奇迹栩栩如生

文章来源:未知   发布时间:2020-02-16 20:55   点击数:   【
在奥兰多模拟与培训研究所的3D打印模型UCF原型开发和3D打印实验室中,研究人员展示了一个很小的喉镜刀片,这是一种可以用来治疗婴儿的仪器实例。

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致力于实现宏伟目标(增加手术成功率,改善药物安全性和消除器官短缺)的研究人员有一些共同点。


他们正在采取分层的医学方法。

并且可能性是巨大的。

三维打印技术是在1980年代首次开发的,它可以一次一层地从数字文件中构建对象,但是在过去的15年中,这项技术的进步加速了其使用。佛罗里达州的研究人员正在全美范围内努力解决持续存在的医疗问题,老年人有望从中受益。

医疗专业人员越来越多地使用该工具来计划复杂的手术和开发修复设备。研究人员也在关注其他潜在的应用,例如3D打印器官的创建。

“毫无疑问,这将改变游戏规则,”卡罗尔·巴克利(Carol Buckley)说,他虽然自己并不等待肾脏,却与The Villages的肾脏支持小组进行了协调。“我希望我能看到那个。”

印刷器官可能还差得远一些,但是研究人员有信心该技术将比我们想象的更快受益于许多医学领域。

“这是未来,”中佛罗里达大学原型开发和3D打印实验室主任Jack Stubbs说。“我认为在接下来的几年中看到它被接受的速度将是一个非常有趣的旅程。”

3D打印的演变

尽管最近涌入该领域,但3D打印已经使用了数十年。

工程师查尔斯•查克•赫尔(Charles“ Chuck” Hull)于1983年发明了第一类3D打印技术,为新的生产方式打开了大门。

从那时起,这些多维打印机的功能得到了发展,包括增加了可用于创建的材料类型。而且成本下降了,从而使消费者可以为自己的房屋购买打印机。

传统上,制造始于用各种工具对材料进行整形的材料块,称为减法制造。

对于3D打印或增材制造,材料的薄层依次堆叠以形成基于数字文件的对象。

Stubbs说:“您可以通过3D打印方法设计出能够以更低的成本,更轻的重量和更少的材料改变形状或具有更多功能的事物。”

它还减少了浪费的材料,因为打印机仅使用所需的东西。

但是,根据美国国会无党派研究组织美国国会研究服务局(Congressional Research Service)2019年的一份报告,许多专家目前预计3D打印不会超过简单零件的大规模生产。

该报告估计3D打印可能占制造长期的5%至10%。

但是,在医学领域中发现它的目的是推进针对患者的个性化医学。

付诸实践

医用3D打印开始蓬勃发展的领域之一是外科手术计划,在进入手术室之前就调整策略以适应患者的需求。

布法罗大学生物医学工程和神经外科助理教授Ciprian Ionita说,处理复杂病例的外科医生可以从这种技术中受益。

Ionita使用大脑扫描来制作个性化的3D打印大脑模型。然后,外科医生可以使用这些模型来测试其在切入患者之前治疗复杂病例的方法。

爱奥尼塔说:“具有人类本性的东西,当我们掌握了某些东西时,我们会做得更好。” “我们感受到了手术的技巧。”

在实践了这些模型之后,爱奥尼塔说,外科医生通常会将原始方法改变70%。他们还使用了更少的设备,例如支架,这些设备是打开堵塞通道的管子,从而减少了25%的手术时间。

爱奥妮塔说:“这是一个很大的进步,因为任何时候在手术室里度过的时间都会增加发生并发症的机会。” “它可能会成为标准。”

UCF的实验室正在为奥兰多的Nemours儿童医院打印模型,以帮助医生计划儿科患者的手术。

因此,当计划切除肿瘤时,外科医生可以使用3-D模型来更好地了解如何到达肿瘤,将使用何种仪器以及应该如何定位患者,Stubbs说。

UCF的原型开发和3D打印实验室的首席研发工程师Fluvio Lobo说,提供者现在可以转向探索性手术,以了解体内的真实情况并做出诊断。

他说:“借助3D打印,这是希望将来完全消除的一件事。”

爱奥尼塔说,另一种应用是印刷针对患者的手术指南。

他说:“它会卡在病人身上,您的切割或钻孔方向只能对准该方向。”

患者专用设备

Village Dental是使用3D打印制作手术指南的提供商之一。牙科诊所于2018年12月在其Southern Trace Plaza办公室购买了3D打印机。

牙医计划并与合作伙伴实验室进行协调,以设计工具,以确保精确放置。

规划完成后,将在现场打印指南。

Village Dental还使用3D打印制作研究模型,供牙医评估患者。

Ed Farrell博士说:“我们可以将其握在手中,看看其骨骼结构是什么样的。” “这对患者都是有益的,很高兴能在The Villages中使用它。”

Villages Dental临床协调员Jessica Earls说,通过扫描和数字化印象,他们可以在一个半小时内完成整个过程。在此之前,花几天的时间来制作粘稠的印模,然后倒入并安装模型。

“这正在全面加快我们的流程,” Earls说。

并且在两个月内,当练习开始进行3D打印临时表冠时,用途也将扩大。Farrell说,一旦这些材料获得美国食品和药物管理局的批准,其目标就是也印刷永久性冠,用于修复牙齿的帽。他说,他们希望将来能印刷其他工具,例如假牙。

当村民受到这些用途的影响时,一些研究人员正在研究其他定制打印的设备如何使年轻患者受益。

在UCF,他们正在努力制造3D打印的喉镜刀片,医生可将其用于检查和呼吸管插入的设备,用于无法自行呼吸的婴儿。

Stubbs说:“如果您正在寻找一个早产三个月的早产儿,体重为两磅半,那么就没有适合该孩子的标准医疗器械。”

Stubbs说,由于病例数少,制造商不为婴儿患者制造喉镜刀片。因此,他们正在研究基于这些患者的CT或MRI扫描快速打印定制喉镜刀片的可能性。

其他研究人员正在为人体定制零件。

假肢的新维度

2006年,高中生Albert Manero对3D打印的这种用途产生了兴趣。

他说:“能够看到您可以在计算机上进行设计的东西,然后能够实现印刷并将其变为现实,真是令人兴奋。”

Manero后来与他人共同创立了Limbitless Solutions,这是UCF的一家非营利组织,生产3D打印的儿童假肢。

2014年,Limbitless发行了第一支手臂。总共为36个孩子和青少年提供了40支手臂。

该团队使用孩子家庭提供的测量值来创建自定义插座,并与医院合作伙伴合作以确保其适合他或她的需求。

孩子们可以通过选择调色板和更改外套管的形状来帮助设计艺术元素或手臂。

2015年,钢铁侠本人(演员罗伯特·唐尼(Robert Downey Jr.))向当时热爱超级英雄的7岁男孩交付了Limbitless金色和红色3D打印手臂。

定制美学对于改变生活的设备是一种奖励,这种设备有时很难掌握。

对于儿童而言,高成本和持续增长会限制他们使用传统假肢的机会。

但是,无边缘手臂是使用塑料材料进行3D打印的,从而可以以比医疗市场上其他假肢更低的成本制造它们。

手臂上可以印有垫片,以使孩子进一步成长,而不需要随着年龄的增长而需要其他假肢。

为了增加获得3D打印武器的机会,Limbitless正在接受FDA批准的路上进行首次临床试验。

Manero说:“我们的目标是最终使武器的采购量大大少于目前市场上的武器。” “通过这种方式,保险公司可以承担全部费用,并且家庭没有财务负担。”

但是,对于需要假肢的人来说,拥有3D打印肢体并不是那么简单。

根据Amputee Coalition的说法,虽然网上有一些3D打印的假脚设计可用于家庭打印,但由于大多数3D打印塑料的强度不足以支撑体重,因此假肢的数量并不多。

但是,能够使用能够使用钛等材料的更先进的3-D打印机的研究人员已经成功开发了一些假肢模型。

领导村庄的截肢者支持小组的Rich Cole截肢了一条腿。尽管没有为自己寻找印刷假体的过程,科尔还是希望它们将来能够被截肢者使用。

“毫无疑问,3D打印模型是一项新兴技术,它将带来许多好处,包括将来改善假肢的贴合度和功能,” Cole说。“唯一真正的问题是距离有多远?”


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