3D打印在眼科的應用

魔猴君  知識堂   77天前

3D打印在醫學領域，尤其是眼科領域，占據著越來越重要的地位。例如，3D打印眼鏡可以根據患者的需求和偏好完美定制。增材制造通過提高治療的精度和個性化提供了新的可能性。據Research And Markets稱，到2026年，3D打印醫療器械市場預計將達到49億美元，年增長率為24.5%，說明技術進步的速度之快。本周，我們為您詳細概述3D打印在眼科領域的眾多應用。在我們的排名中，我們將向您展示各種植入物、儀器、創新項目，甚至是通過3D打印制造的隱形眼鏡。了解這項技術如何改變視力以及它為患者和醫生帶來的好處。

眼睛植入物和假肢

逼真的3D打印義眼

2021年11月，Moorfields眼科醫院宣布第一位英國患者接受了3D打印眼睛，驗光和3D打印領域取得了歷史性突破。這一壯舉的實現得益于醫院、NHS和倫敦大學學院的研究人員以及Fraunhofer和Ocupeye之間的合作，共同開發了該軟件。假眼提供真實的瞳孔深度和清晰的清晰度。接受者史蒂夫·韋爾茲(Steve Verze)用這個新版本取代了他的傳統假肢，并指出，由于對他另一只眼睛的數字掃描，它看起來非常棒，幾乎完美貼合。

Steve Verze和他的新型3D打印假眼（照片來源：Moorfields Hospital）

Fraunhofer和OCUPEYE的3D打印義眼

弗勞恩霍夫研究所的研究人員與OCUPEYE Ltd.合作開發了3D打印人造眼的創新技術。該技術旨在滿足對人造眼不斷增長的需求，將生產時間縮短80%，并能夠在短短90分鐘內制造出完整的假肢。事實上，這大大減少了眼科醫生的工作量。3D打印假肢根據患者功能性眼睛的掃描進行建模，確保完美貼合眼窩并具有逼真的外觀。然后，生成的數據由創建設計的人工智能(AI)模型進行處理。打印是通過J750多噴打印機使用VeroVivid材料完成的。該打印機的分辨率為每立方厘米180億個液滴，可精確、逼真且美觀地生產與剩余眼睛協調一致的眼部植入物。未來，團隊計劃改進這種方法，進一步降低生產成本。

圖片來源：Fraunhofer IGD、Johann Reinhard

VisioPrinTech提供定制3D打印角膜

我們的人口正在老齡化，健康問題隨著年齡的增長而增加。這些問題不僅影響關節、骨骼和血液循環，還影響視力。一個已知的問題是角膜變形，它會導致限制視力的角膜疾病。這些病癥通常可以通過外科手術來治療，例如角膜移植。然而，角膜捐贈很少見，而且被拒絕的風險很高。為了解決這種情況，卡爾斯魯厄理工學院(KIT)與Carl Zeiss Meditec AG和Evonik Healthcare一起開發了一種使用3D打印來治療這些疾病的解決方案。他們的過程稱為VisioPrinTech，使用由患者干細胞和化學修飾的膠原纖維組成的生物模型，在手術期間直接打印。這種方法克服了捐贈和拒絕的挑戰，同時提供了更高的準確性和功能。因此，3D打印的角膜有助于恢復患者的視力。

圖片來源：KIT

3D打印和手工制作的人造眼睛

尼古拉斯·普爾斯(Nicholas Puls)是澳大利亞皇家布里斯班婦女醫院的眼科醫生，為因癌癥或受傷而失明的患者制造義眼。該生產過程需要很長時間，尤其是醫院每年必須為大約100名患者提供眼部假體。赫斯頓生物制造研究所通過進行患者評估研究，探索3D打印如何改進這種生產。目標是將3D打印的眼睛與手工制作的眼睛進行比較。該研究所使用3D掃描和高分辨率攝影。然而，3D技術目前還無法與手工制作的假肢競爭，盡管這兩種工藝將來可能會結合起來。

該假體可以由傳統眼假體或3D打印制成（圖片來源：ABC新聞：Chris Gillette）

OMFS-IMPATH優化眼假體的開發

當眼睛缺失、喪失或縮小時，有必要擁有一個合適的、個性化的眼假體，以促進患者的身體和心理康復。許多患者出現無眼綜合癥，其特征是假體和眼瞼下垂，導致滿意度低并影響生活質量。OMFS-IMPATH專家開發了一種創新流程，利用3D掃描、規劃和打印來設計個性化且精確的眼假體。這種方法可以精確地再現自然眼睛，確保精確的解剖學貼合，改善患者的功能能力和外觀。

照片來源：OMFS-IMPATH

項目、儀器和隱形眼鏡

3D打印人工眼瞼

在因斯布魯克大學，醫學生有機會學習和培訓3D打印人工眼瞼。這些眼瞼是根據人體模型重建的，可以分析和比較人體組織與打印模型的機械性能。該項目不僅對于培訓未來的醫生和外科醫生至關重要，而且對于為患者提供更好的護理也至關重要。因此，外科醫生可以在手術室進行手術之前，對特定患者眼瞼的忠實再現進行練習。

圖片來源：因斯布魯克醫科大學

3D生物打印眼組織

美國國家眼科研究所(NEI)的科學家利用患者干細胞和3D生物打印來生產眼組織，以加深對導致失明疾病機制的了解。研究小組打印了形成眼睛外血視網膜屏障的細胞組合，該屏障支持視網膜中的感光感光器。該技術允許使用患者來源的組織來研究視網膜退行性疾病，例如年齡相關性黃斑變性（AMD）。

到目前為止，由于缺乏人體模型，人們對AMD的發病和進展到晚期的機制知之甚少。對3D打印織物的分析以及基因和功能測試表明，打印的織物與人類外部血視網膜屏障相似且行為相似。該研究正在繼續更好地了解這些疾病的起源并測試有針對性的預防治療。

3D打印的眼組織中的血管生長。（來源：Kapil Bharti博士，NEI）

3D打印隱形眼鏡

我們已經討論了3D打印眼鏡的話題，但您知道還有3D打印隱形眼鏡嗎？哈利法科技大學(KUST)于2021年開展的一個項目致力于實現這些目標。研究人員利用DLP 3D打印和計算機輔助設計(CAD)軟件開發了隱形眼鏡。打印后，鏡片經過后處理平滑，以確保完美的表面光潔度。更好的是，這些隱形眼鏡是“智能”的，并且具有內置傳感功能。

圖片來源：KUST

借助增材制造技術進行首例眼睛和面部移植手術

在復雜的手術過程中，手術器械的質量至關重要。在美國進行的眼睛和部分面部移植手術就說明了這種重要性，這要歸功于比利時公司Materialise的規劃和增材制造。亞倫·詹姆斯(Aaron James)因工作事故而失去了左眼和部分臉。在等待移植期間，紐約大學蘭格尼健康醫院的醫療團隊與Materialise臨床工程師一起制定了手術計劃。Materialise在這一復雜手術的規劃和執行中發揮了關鍵作用。他們利用計算機斷層掃描(CT)掃描制定了虛擬術前計劃，詳細說明了手術過程的每個步驟。找到捐贈者后，Materialise在不到24小時內設計并3D打印了必要的器械，包括定制的醫療設備、精確的骨骼模型以及適合患者和捐贈者解剖結構的切割導板。這些儀器的定制化和精度降低了風險。

Materialise為捐贈者（左）和患者Aaron James（右）制作的定制手術導板。學分：實現。

用于白內障治療的定制隱形眼鏡

東安格利亞大學的研究人員在眼科設備技術方面取得了重大突破。他們開發了一種用于3D打印的新型樹脂，能夠制造屈光和白內障手術中必需的眼部植入物。由此產生的人工晶狀體（IOL）可以輕松、安全地植入。這種類型的印刷鏡片可以根據每個患者的眼睛形狀和特定視覺需求進行定制，提供更好的視力矯正和舒適度。盡管這些鏡片仍處于開發階段，但研究人員相信它們還可以矯正近視、遠視和老花眼等屈光不正。

圖片來源：東安格利亞大學

使用3D打印模擬眼外傷的模型

英國國王學院醫院的研究人員利用3D打印開發了眼外傷模擬模型。該模型采用Fusion 360設計并通過Stratasys J850打印，基于真實的臨床案例。經過14名眼科醫生和5名臨床醫生的評估，它顯示出用戶對評估和縫合技術的信心顯著提高。3D打印具有關鍵優勢，例如縮短生產時間和加速原型制作。這些模型可以在醫院批量生產，使醫生能夠更有效地磨練他們的技能，同時為手術訓練提供動物眼睛和尸體的替代方案。

圖片來源：國王學院醫院

3D打印眼鏡可治愈色盲

哈利法大學的研究人員開發出了可以治療色覺障礙的3D打印眼鏡。這些眼鏡將有色鏡片插入MSLA 3D打印制造的鏡框中，過濾掉不需要的波長，同時允許其余可見光譜通過。使用SOLIDWORKS設計出原型后，研究人員在Prusa SL1S上使用ASIGA DentaClear和Grey樹脂進行打印，每層打印時間為6秒，厚度為25微米。據該團隊稱，這些3D打印鏡框為當前的商用眼鏡提供了一種更具可定制性且可能更有效的替代品。

圖片來源：哈利法大學

3D打印眼鏡用于治療變形角膜

中國北京同仁醫院眼科醫生兼研究員宋洪九博士利用3D打印技術為角膜扭曲患者設計眼鏡，特別是治療圓錐角膜。這種眼病的特點是角膜變形，限制了患者的視力，需要專門設計的鏡片來穩定視力。使用3D打印，可以定制鏡片以精確貼合各種角膜形狀。Hongix博士受到NASA開發的自適應光學技術的啟發，該技術通過糾正地球大氣層造成的扭曲來提高望遠鏡圖像的質量。

圖片來源：新京報

編譯整理：3dnatives