研究人員發(fā)布免費的自動化設計軟件以生產3D打印顱骨植入物

魔猴君  行業(yè)資訊   1583天前

格拉茨工業(yè)大學（TU Graz）和奧地利格拉茨醫(yī)科大學的研究人員設計了一種用于顱骨植入（或顱骨成形術）設計的自動化系統(tǒng)。該程序已集成到TU Graz的Studierfenster基于云的平臺中，該程序使用深度學習算法自動恢復頭骨的缺失部分。通過從已完成的頭骨中減去有缺陷的頭骨，可以概括生成針對患者特定植入物的STL文件。此過程允許在現(xiàn)場進行3D打印植入物，并大大減少了用于常規(guī)手術的植入物的現(xiàn)有交付周期，此外還減輕了患者的痛苦和不適感。

3D打印顱骨植入物

顱骨缺損通常是頭部外傷，先前與顱骨畸形矯正或腦瘤切除術相關的外科手術所致，在此期間，外科醫(yī)生需要切除一部分顱骨才能進入大腦。為了修復這種損害，通常會使用鈦或生物相容性聚合物來制造合成替代物，因為原始的骨骼結構過于受損或受污染而無法重復使用。

當前用于顱骨成形術的生產過程主要依賴于高質量的植入物設計和專業(yè)公司制造的顱骨植入物，這既昂貴又耗時。執(zhí)行該過程所需的高級專業(yè)知識，加上對其進行優(yōu)化所需的商業(yè)軟件，將使這些成本更高。此外，該程序的人力成本也值得考慮。在目前的過程中，患者至少需要進行兩項手術：顱骨切開術和顱骨成形術，這使他們遭受更多痛苦。這可能要花費幾天的時間，所有這些患者的頭骨都是不完整的。

盡管生物3D打印技術的進步加速了醫(yī)療植入設備的制造，但仍然需要一種快速，低成本的替代產品。例如，在研究人員參考的一個案例研究中，一名西班牙患者必須等待植入物使用多種軟件進行設計并在英國制造，然后才能進行手術。研究團隊使用這樣的實例將現(xiàn)有的植入物設計過程確定為當前臨床工作流程中的主要瓶頸。

奧地利的研究人員開發(fā)了一種自動化流程，允許用戶設計顱骨植入物。圖片來自格拉茨工業(yè)大學。

格拉茨工業(yè)大學的在線平臺

降低生產過程中的成本和交貨時間的一種方法是開發(fā)用于顱骨植入物設計的臨時免費CAD軟件。這仍然需要設計和操作的高水平專業(yè)知識，因此研究人員得出結論，低成本的全自動現(xiàn)場設計和制造軟件是理想的解決方案。而且，設計自動化仍然是一個挑戰(zhàn)。 3D打印的植入物需要精確地適合頭骨的缺損區(qū)域，并提供其前任所做的對大腦的保護。如果不能完美地重建植入物的邊界，厚度和形狀一致性，則該部件可能使患者容易遭受輕傷。

兩名格拉茨大學的學生啟動了Studierfenster網站。一個基于云的開放科學平臺，用于醫(yī)學圖像處理，可以通過任何Web瀏覽器訪問該軟件。自最初發(fā)布以來，該平臺已添加了許多功能，例如從2D圖像重建3D面部，修復和修復主動脈夾層，自動主動脈界標檢測和自動顱骨植入物設計。這些交互式功能背后的大多數算法都在服務器上運行，并且可以使用通用的瀏覽器界面輕松訪問它們，從而使該平臺可以在計算能力較低的小型設備上使用。

從其早期開發(fā)階段開始，Studierfenster的自動顱骨植入物設計系統(tǒng)就已集成到該軟件中，并從那時起進行了迭代式優(yōu)化。該程序通過在開顱手術前后將患者的CT掃描上傳到軟件中來工作，該軟件通過計算兩個頭骨之間的差異來生成植入物。這將產生一個表面模型，該模型將在醫(yī)院現(xiàn)場自動進行3D打印，從而消除了額外的交貨時間和外部制造成本。此外，該程序能夠從重建的顱骨體積中減去有缺陷的顱骨，從而使該過程能夠自動進行，這與以前的工作不同。

研究小組得出結論，他們的用于自動顱骨植入物設計的在線系統(tǒng)可以大大改善當前顱骨成形術的臨床常規(guī)。該平臺有缺點，其有效性在某種程度上仍然取決于硬件和互聯(lián)網，而將顱骨體積轉換為網格的速度可能很慢。盡管如此，研究人員仍然相信，盡管該軟件目前已用于教育和研究目的，但它有可能在未來的臨床環(huán)境中使用。

研究小組的新自動程序允許制造和設計完全與患者在同一家醫(yī)院進行

研究小組的新自動程序允許制造和設計完全與患者在同一家醫(yī)院進行。圖片來自格拉茨工業(yè)大學。

增材制造中的顱骨創(chuàng)新

在過去的幾年中，3D打印一直被用于輔助顱骨重建手術。例如，來自西北大學和伊利諾伊大學芝加哥分校（UIC）的研究人員使用3D打印的超彈性骨骼來再生大鼠的顱骨缺損。該研究可能會導致開發(fā)出一種具有成本效益的顱面骨移植解決方案。

得克薩斯州A＆M大學的研究人員將3D打印，生物材料工程學和干細胞生物學相結合，以創(chuàng)建新型，更高效，可定制的骨移植材料。科學家使用這種技術生產了3D打印的高成骨支架，該支架可促進骨細胞生長，并作為定制形狀的骨骼再生的堅固平臺。

英國的北曼徹斯特總醫(yī)院（NMGH）使用其3D打印實驗室創(chuàng)建了DCIA骨移植物，用于重建癌癥患者的上頜或下頜。該過程為醫(yī)院節(jié)省了大量時間和成本。      

3D打印網編譯文章！

來源：中國3D打印網