3D打印可做的非常多，比如模拟小朋友的头骨
约翰·米拉(John Meara)医生的两只手上各拿着一个透明的白色塑料眼窝，慢慢地将两个塑料眼窝分开，展示着维奥莱特·皮特洛克(Violet Pietrok)出生时的两眼间距。接着，他又把两个塑眼窝靠近，这是19个月大…
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今日搜狐热点美国患者成功用3D打印头骨替代75%自身头骨
来源：光明网
　　美国的一名患者成功接受一例具有开创性的手术，用3D打印头骨替代75%的自身头骨
　　研究人员表示他们打印的替代头骨可用于替代因疾病或者外伤受损的头骨，例如癌症患者、车祸受害者和伤兵。
(责任编辑：樊立涛)您的位置：&&&&&&&&&&&3D打印可做的非常多
比如模拟小朋友的头骨3D打印可做的非常多
比如模拟小朋友的头骨约翰&米拉(John Meara)医生的两只手上各拿着一个透明的白色塑料眼窝，慢慢地将两个塑料眼窝分开，展示着维奥莱特&皮特洛克(Violet Pietrok)出生时的两眼间距。接着，他又把两个塑眼窝靠近，这是19个月大的皮特洛克接受手术后的两眼距离。皮特洛克快2岁了，出生时就患有罕见的Tessier面裂疾病(头盖骨有较大裂缝)，两只眼睛之间的距离很大，视力和视线与鸟类有些相似。她的鼻子下面没有软骨，形成胎儿面部的骨头没有正确地融合。皮特洛克的父母爱丽西娅&泰勒(Alicia Taylor)和马特&皮特洛克(Matt Pietrok)不远千里从俄勒冈州来到了波士顿儿童医院，找到了米拉医生。因为在之前的三年，米拉医生已经进行了四起类似的手术。在对皮特洛克进行手术前，米拉希望更精确地了解其骨骼结构。为此，他求助同事彼得&韦恩斯托克(Peter Weinstock)基于磁共振成像图片打印出皮特洛克头盖骨的3D模型。韦恩斯托克帮助米拉打印了4个3D模型。第一个3D模型用来帮助米拉决定手术应该怎样做，然后与皮特洛克的父母讨论治疗计划。其他三个3D模型用来模拟实际的手术操作，米拉可以朝多个方向转动头盖骨的3D模型，而这是普通的二维图像所无法做到的。然后，米拉通过切割和调整3D模型来确定最佳的手术方案。这样的3D打印模型为医疗市场带来了极大创新，不仅为医生提供了新视点和新的实践机会，同时也能让患者及其家人更深入地了解复杂的手术过程。另外，医院也能打印自己的培训工具和个性化的手术设备。最终，医生们还希望能打印出可移植的人体器官。渥太华医院(Ottawa Hospital)医疗成像部门负责人弗兰克&雷比茨基(Frank J. Rybicki)称：&毫无疑问，3D打印将成为一项颠覆性医疗技术。它不仅能缩短手术时间，还能提高精确度。尤其是当生物打印真正到来时，将改变一切。&3D打印机的原料是液态塑料，而不是墨水。第一层打印完毕后，接着是第二层，第三层，直至最终打印成完整的头盖骨或胸腔。该程序同样适用于打印人体细胞。到目前为止，研究人员已经打印出血管，简单的器官和一些骨骼。去年，密歇根大学的两位专家还利用3D打印成功挽救了一名气管软化婴儿的生命。米拉医生的同事韦恩斯托克认为，3D打印模型能提高手术技术和效果。他说，包括波士顿儿童医院在内的全球10几家儿童医院已经利用3D打印模型开发出了手术模拟程序。这不仅能提升团队沟通和信任感，还能提升医护人员对复杂手术的信心。此外，它还能缩短患者的麻醉时间。韦恩斯托克认为，如果这些手术模拟程序能阻止一起重大医疗事故，就能抵消价值40万美元的3D打印机成本。而事实上，韦恩斯托克认为这些程序能阻止许多重大医疗事故。皮特洛克这些非同寻常的3D头盖骨模型能让米拉医生提前意识到，在真实的皮特洛克这张脸的背后会看到什么。米拉医生之前也接到过别人打印的3D头盖骨模型，但打印一个模型需要数周，甚至几个月的时间，且每个模型价值数千美元。而韦恩斯托克的3D打印机则不同，数日内即可打印出4个相同的3D头盖骨模型，每个成本仅为1200美元，且精确度在一根头发丝范围内。在对其中一个模型的手术试验中，米拉注意到在一个完美的位置上，两个眼窝骨骼会发生摩擦，影响皮特洛克的视力。于是，米拉又重新进行了手术以避免摩擦。米拉说：&在这方面，3D打印模型的作用是巨大的。否则，你将是首次在手术室中这样做。&去年10月初，也就是在皮特洛克接受手术的当天，米拉在手术室里又反复研究了其中一个3D模型。最终，手术按计划顺利完成。布莱根妇女医院(Brigham and Women&s Hospital)还拥有一台更高级的3D打印机，不但能打印肉体和骨骼，还能打印手术中要用到的医疗工具。雷比茨基说：&到了手术时，你无需再反复折腾，因为万事具备。你拥有史无前例的手术计划，拥有前所未有的准确度。&雷比茨基还称，对比手术前后的3D模型，你还能找出为什么一些移植组织遭遇排斥的线索。雷比茨基认为，随着3D打印机的日趋完善，手术结果也会更加完美。例如，在不久的将来，医生能将医用导管穿过打印的血管，利用3D模型绕过动脉瘤，甚至是感觉到肿瘤和健康组织之间的触觉差异。韦恩斯托克利用3D打印机打印了许多手术工具，监视器，甚至是手术中渗出红色的液体，摆放在波士顿儿童医院的三楼，与旁边的真实工具几乎完全一样。他说，医院的神经外科医生、心脏病专家和其他科室医生经常来使用这些模拟工具练手。对于3D打印和手术模拟，目前还很少有研究报告来证明其裨益。但美国退伍军人事务部(DVA)研究人员已经证明，手术室中的团队意识能在很大程度上降低患者死亡或受伤的几率。韦恩斯托克说：&解决一个问题，避免一处错误，识别出一个潜在安全威胁，就能挽救一个生命。&此外，它还能降低成本。韦恩斯托克还称，对手术过程的模拟和演练，能使医生和护士对手术更具信心，尤其是对于像皮特洛克这样的复杂手术。皮特洛克的父母也表示，他们感觉到米拉医生在手术前做了充分准备。皮特洛克的母亲泰勒说：&医生走出手术室后满脸笑容，他说手术很完美。&虽然手术很成功，皮特洛克的完全康复还面临一些挑战。他头盖骨上的皮肤目前还不足以承受缝线，头盖骨裂缝还有可能开裂。第二次手术是要恢复正常的眼睑功能，但也只是局部的。皮特洛克将来还要接受多次手术，将两眼间的距离进一步拉近，并增加鼻软骨。总之，皮特洛克要恢复正常还需要很长一段时间。但皮特洛克本人并没有意识到这一点。她与陌生人玩着躲猫猫游戏，用手推着一个能行走的粉色玩具。由于视线分散，她之前已经失去了走路的稳定性。而如今，她又可以稳定地站着了。当妈妈在后面逗她时，她也会回过头咯咯笑个不停。母亲泰勒说：&刚刚发生在她身上的一切令人惊异。&（生物谷）文章原标题：Off the 3-D Printer， Practice Parts for the Surgeon原文地址：/3ddayin/（本文内容/图片转自网络，仅供参考，一切诊断及医疗的依据请遵从医生的指导。）关键字：&相关文章····编辑推荐······频道热文精选相关好评医院····商家合作相关器械推荐·····器械专题E问医答(C) 版权所有
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3D打印，10个小时1个“头骨”（附照片
作者：要3D打印组织 器官
　　本报记者 施嘉奇　　3D打印机打印的不是平面文字，而是三维立体的实物。在医疗领域，计算机将CT摄片获取的数据重组成立体形象，并借助某种材料，可以将患者的头部复制出来。　　交大的3D打印实验室共有三代3D打印机。最“古老”的是“纸质”打印机，靠胶水将纸粘合起来；第二代打印机使用的是ABS塑料丝；第三代打印机的材料是PSB塑料，能够丝毫不差地打印出头骨模型。　　在医疗界，3D打印以及它所带来的学科交叉、人才培养、配套服务等环节的变化，使得治病救人的方式浮现革命性的曙光。　　“打印的头骨！”主刀医生、上海交大医学院附属第九人民医院眼科主任范先群教授轻轻地说了一声。话音刚落，范先群的博士生炜已从两个袋子里，取出两个白色头骨模型，放在了绿色的手术铺巾上。　　这是一台眼眶整形手术。之所以变得有点特殊，是因为手术的关键除了精湛的医术，又增添了一个高环节用上了由3D打印机打印出来的人体组织模型。　　范先群是国内眼整形外科的一流专家。在3D打印机出现之前，他在进行眼眶修复手术曾留下遗憾：尽管已做到极致，但术后拆开纱布，患者那是一位小姑娘眼眶还是显得有点歪。　　在脸上动刀，医生都不希望有毫厘之差。而要实现最个性化、最高效、最精准的“容颜恢复”，用上3D打印机是目前最有潜力的技术路线。　　在不同领域，3D打印机能展现的魔力各不相同。在工，它被认为是缔造新一轮产业革命的标杆性技术，具备重整传统制造业面貌、流程和分工方式的能力。而在医疗界，3D打印以及它所带来的学科交叉、人才培养、配套服务等环节的变化，使得治病救人的方式浮现革命性的曙光。　　3D打印，以及与之密切相关的数据处理、加工、新材料研发等，正在逐渐改变从病人容貌到医学技术等经济社会的各个环节。而通过上海的一台眼眶整形术，可以有助于普通人了解这一幕正在发生的变革。　　修复眼眶，用上了打印的头骨模型　　李寅炜从袋子里取出的两个白色头骨模型，有着明显的区别，一个模型的左眼眶部位是垮塌的，左侧颧骨已经“掉”到了嘴巴处；而另一个头骨则完好无损。　　李寅炜解释说：“这两个都是患者的复制头骨，垮塌的是他如今的模样，完好的则是医生希望修复的样子。”　　手术台躺着的是一名遭遇车祸的男性小宋，从陕西西安转诊上海九院，猛烈的撞击使他的左眼眶、额头和颧骨都出现骨折，左眼球深深地凹了进去，两个眼球无法处于同一水平位上，大脑难以构建立体三维图像，看到的物体都是重影，好比摘下3D眼镜看3D电影。　　此外，车祸所致的骨折是粉碎性的。分隔脑与眼部的上壁骨断得粉碎，眼眶下壁也掉到了上颌窦内。　　范先群打了个比方说：“眼球原本住在2楼的房间里，如今，天花板塌了，地板也掉到了一楼。”这个“一楼”指的是口腔，患者术前已很难开口，进食也受到极大影响。　　这台手术的目的是修复眼眶，并让眼球复位。可令眼部整形医生为难的是，人脸部的手术要求比一般手术高，不仅需要恢复功能，还要求手术精确，以及尽量保证患者术后的容貌。　　在脸部手术中，外科医生不应额外增加刀疤。车祸造成患者额头和脸颊处留下两个长约10厘米的伤口，手术医生只能通过原有伤口为他修复眼部周围的骨头。因此，能获得的手术视野极为有限，医生必须非常熟悉脸部的结构，且事先精确设计手术。术中一毫一厘，都关乎患者未来的生活质量。　　手术医生林明说：“这样的眼眶修复手术难度很高，视野不清，我们很难清楚地看到断骨所在，也不能精确感受手术复位的进展等等。”　　即便对以整形外科为特色的九院，这例手术仍是一道难题，直到新科技带来了那两个头骨模型。　　这两个头骨模型都是根据患者CT片打印出来的。与办公室的打印机不同，它打印的不是平面文字，而是一个三维立体的实物。人们把它称为3D打印机。　　2004年起，交大就用起了3D打印机　　为九院眼科打印头骨的是上海交通大学机械与动力工程学院的一群老师。从2004年起，那些神奇的3D打印机就“站立”在交大MED-X学院一楼的实验室里，与九院的医生一起为治疗患者而努力。　　上海交通大学机械与动力工程学院、数字医学工程研究中心副主任焘教授是这一医工结合项目的负责人之一。他说：“真正的3D打印机是制造零件的，而这里，打印的仍是实物原型，因此称为快速成型技术（rapidprototyping，RP）。　　快速成型技术是国外在上世纪80年代后期发展起来的一门新兴技术，是指在计算机的协助下，根据物体的计算机辅助设计（CAD）模型或CT等数据，通过材料的精确堆积，制造原型的数字化成型技术。　　通俗点说，就是计算机将CT摄片获取的数据重组成立体形象，并借助某种材料，将患者的头部复制出来。　　3D打印是一个断层扫描的逆过程。在医学领域，CT断层扫描的应用，使得医生拥有了“透视眼”，他们能看见隐藏在皮肤、肌肉下的人体内部情况。CT扫描，是将人体“切”成无数薄片，一层一层为人体“留影”；每扫描一层，CT机就会获得相应的一组参数，这些参数中，肌肉、骨骼、内脏各不相同。而使用3D打印机，就需要先甄别这些参数。　　上海交大机械与动力工程学院袁建兵老师具体负责3D打印机。他说，在3D打印之前，医院会将患者的CT参数发给他，在计算机上实现三维重建时，他必须去除片子上的肌肉、内脏等其他数据，仅保留骨骼数据。根据他的经验，如果CT扫描切片的厚度大于0.2毫米，三维重建就会比较困难，无法实现精确复位。完成计算机重建后，袁建兵会将数据输入3D打印机里。　　最“老”8岁，目前使用最多的是第三代　　交大的这个3D打印实验室共有三代3D打印机。最“古老”的是“纸质”打印机，这个“老”家伙虽然只有8岁，却已经像文物般陈列着，不再工作。它的“肚子”里留存着最后一个作品一个纸质的骨盆模型。这个“骨盆”泛着老旧的黄色，也映衬着科技岁月的飞逝如梭。　　袁建兵说：“这台打印机是靠胶水将纸粘合起来，重建三维实物的。打印针头会先打一层纸，再打一层胶，就这样完成作品。”　　第二代打印机使用的是ABS塑料丝。　　目前使用最多的是第三代，打印材料是PSB塑料，名称叫激光快速成型机。九院车祸患者的头骨模型的打印，依靠的就是第三代打印机。　　术前2天，李寅炜将数据传送给袁建兵，袁建兵在计算机上完成三维重建将患者头部的CT断层扫描数据重新组合，还原患者的头骨。随后，所有的参数被输入第三代3D打印机内。　　机器很快开动了。透过玻璃观察窗，可以看到打印机有2组打印头，它们垂直向下，发射出激光束，将塑料加温至115℃―120℃。打印头对准的是一大盆长方形的PSB塑料粉末。打印过程，就是激光束高温熔融塑料的过程，打印头带着激光束在粉末表面来回移动，所到之处的塑料粉末被迅速融化，打印头一离开，融化的粉末又会即刻凝结。　　长方形的PSB塑料粉末盒又分为左右两部分，右侧是打印部分，左侧则是原料填补区域。每打一层，右侧区域就会下降0.2毫米，随后，打印机会将左侧的原料粉末抹向右侧，打印头就有了新的可以熔融的材料。袁建兵说：“打印完成后，头骨模型是埋在右侧的塑料粉末盒内的。”机器显示，打印这样一个头骨需要10个小时。　　打印完，冷却一小时后，袁建兵将头骨模型取出，在工作台上，扫去多余的粉末。此时的头骨非常脆弱，一敲即碎。为了加固，袁建兵将头骨模型放入另一台机器里，往表面喷涂一层环氧树脂，使之固化，耗时约2小时。　　经过处理后的头骨模型不怕摔打，非常坚固。在头骨模型里，最难处理的就是眼眶靠近鼻子的内壁。“它太薄了，有时CT都扫不出来。”为了显形，袁建兵将此处的数据特别处理，使头骨模型的眼眶内壁清晰且牢固。　　除了PSB塑料的激光快速成型机外，第三代打印机里，还有一种更为主流的机器液态光敏树脂固化快速原型机。它以光敏树脂为原料，在计算机控制下的紫外光、激光按预定设计的轨迹对液态树脂逐点扫描，使被扫描区的树脂薄层产生光聚合反应，从而形成一个薄层截面。　　在医学应用中，光固化成型主要用于制作手术导板。在手术里，医生有时无法对需要切除的内容精确下刀，而打印的手术导板就会帮助他们。在患者的模型上，有一块区域是可拆卸的，这个区域就叫手术导板，它与模型之间有一条直线接缝。手术中，医生切开皮肤、肌肉，暴露手术部位后，只需要将模型安放上去，手术刀沿直线接缝游走，切下导板的同时，也精确切除了患处。　　袁建兵说：“光固化成型的工艺精度高，但耗材的成本也很高。”在记者采访的时候，交大的光固化成型机正处于维修阶段。　　经过20个小时，九院眼科手术所需要的两个头骨模型打印完毕，看上去白得透亮。为了赶上手术的进度，袁建兵开车将两个模型送往九院手术室。　　只靠双手，手术精确度很难再提高　　按照规范，医生们完成了对两个头骨模型的消毒灭菌。　　在手术室里，看着破损的头骨模型，医生们看清了车祸患者眼眶的变形程度。“这个手术一共涉及两个科室，我们眼科和口腔颌面外科。”术前设计时，范先群提到了这一点。这一天手术，先动刀的是口腔颌面外科的医生，他负责将影响小宋张口的断骨进行截骨、复位和固定。　　骨折后，人骨会在断裂处开始愈合性生长。医生们必须先将这些错误连接的骨重新分开，他们称为截骨。随后才能像拼图一样，重新将移位的骨放回原处，或者清除一些已粉碎的小断骨。　　在口腔颌面外科医生做完截骨工作后，眼科医生就围绕眼眶“动手”了。将骨推回原位远没有想象中的那么简单，3个男医生不仅手上使劲，还用上了腰力。一个推骨，一个止血，还有一个去测量用来固定的钛板长度。测量的人正是李寅炜，他在一旁的头骨模型上不停计算所需要的钛板长度，并根据头骨模型的弧度弯曲钛板。取好之后交给主刀，范先群、林明依据术前模拟过的位置安装钛板。　　“过去做眼眶修复是凭经验，凭感觉。”范先群师从中国工程院院士、九院整复外科张涤生教授，现在，他已是亚太地区眼整形外科学会主席。但在3D打印机等新科技到来之前，他对自己的手术仍有很多不满意。　　“一个小姑娘的眼眶整形手术令我印象深刻。为了让她更漂亮，我做得非常仔细、耐心和尽力，在手术台上，可以说做得很漂亮了。但当我在病房里拆开纱布后，成就感被失望取代了她的眼眶歪了。”脸部手术中差之毫厘，患者的模样就会失之千里。　　手术怎么才能做得更精确？范先群曾一度陷入苦思。“只靠医生的双手，似乎很难再提高了。”此时，3D打印机和计算机导航出现在他的视野里。靠3D打印机，医生们能在术前为患者的手术做个性化设计，选择最合适的植入物；靠计算机导航，医生们就能在视野极小的情况下，精确定位。范先群说：“计算机导航系统辅助下的眼眶骨折整复手术，需要手术前精确设计手术方案，包括影像数据处理、模型镜像、配准、切割、移位等模拟手术；手术中精确导航，实时监控和修正，包括校准、定位、探测、示踪，指导手术操作；以及术后效果验证。现在的眼眶修复术，在计算机导航辅助下，可以达到眼眶对称性重建、眶壁解剖修复、眼球功能性复位，因此，一个懂得计算机的医生恐怕更加重要。”　　医工结合，懂计算机的医生更重要　　李寅炜就是范先群所说的那个懂计算机的医生。严格意义上讲，他还不算医生，目前，只是范先群的博士生。但从读硕士开始，这个26岁的小伙子已经开始与计算机和3D打印机打交道。　　“与专注于临床治疗的同学相比，我的工作中增加了许多工科的内容。”李寅炜说。　　为学习3D打印，李寅炜先跟着交大袁建兵学习计算机三维重建。这是最难的，他整整用了半年，摸索、看书、操作，才学会了袁建兵的部分本事。“原先我们使用计算机只有二维的概念。三维重建，不仅要顾及左右，还要学会看前后。”即使是现在，李寅炜每移动一块骨，就需要半个小时到2个小时的时间。“医生学会这套软件后，就能自己做手术设计了。”车祸患者完好无损的头骨模型，就是李寅炜设计出来的，这就是医生希望修复达到的样子。　　在李寅炜埋头学计算机的时候，他的同学在查房、开刀，可当李寅炜掌握了计算机软件和3D打印后，他很快成了眼科最受欢迎的手术助手。　　“飞速而来的新科技要求年轻的医生不再满足于当一名开刀匠，他们必须具备强大的操作计算机能力。而拥有这一能力后，他们的起步就会比以前的年轻医生更快些。”范先群说。　　医学和工学的结合，培养出的是高度复合型的稀缺人才。袁建兵更是一个典型，他原先只懂工科，如今，他对人体的各个骨头如数家珍，对眼科、整形外科、骨科手术的过程也略知一二。　　近几年，一些公司也曾想高薪聘请他。王成焘教授说：“我有两次差点留不住他。”　　在九院整复外科，也有医工结合的人才，科室还专门成立“快速原型工作室”。那里的医生曾拿着摄像机到王成焘、袁建兵的办公室录下他们的每一步操作。医生们说：“最难的是，交大的老师都使用计算机的快捷键，我们就必须对着录像，一个个地学，这才掌握了快速原型的计算机应用，以及3D打印机的使用。”　　要跟上新科技时代，医生要懂一点工科，工程师也要懂一点医学。但是，这样的人才目前极为匮乏。有人说：“医生和计算机工程师现在都是紧俏人才，他们平时又都太忙了，很少有人会愿意干融合的工作。”也正是因为如此，范先群才会让他的博士生李寅炜专门攻关这一领域。　　李寅炜说：“与同学们相比，我的临床实践的确少了一些时间，未来住院医师轮转时，我会好好地补课，将时间更多地用于患者床边。”　　中国工程院院士、九院骨科戴∪纸淌谠蚩春孟窭钜空庋泄た萍寄艿囊缴担骸拔蠢吹囊皆海こ淌Φ淖饔媒嚼丛酱螅撬怯米钚碌目萍贾缴槐壑Γ钪帐够颊呤芤妗Ｋ档酶峡嵋坏悖蠢床欢扑慊囊缴赡苣岩杂涤懈玫姆⒄骨熬啊！　　新的开拓，要能打印人体组织和器官　　术后5天，车祸患者小宋已经出院。医生认为，手术已经达到了满意的效果，他的脸不歪，双侧眼球对称，能够正常吃饭、说话。由于手术仍会在脸部造成水肿，视物重影的问题仍会存在一小段时间，但医生告诉他：“你已经能够像健康人一样生活了。”　　骨科手术、整形外科甚至口腔外科与3D打印的合作越来越密切，医生们做得也越来越顺手，这就意味着更关注前沿的科学家们需要重新起步。新3D打印机已经能够直接打印金属，更为廉价的3D打印机也已开始在国外普通人家推广……　　王成焘认为，自己在骨科的研发已基本成熟，如今，他们计划开拓新的领域组织、器官。国外的一些科研团队、IT企业已成功实现了器官在计算机的三维重建、手术设计等。要3D打印组织、器官，软件的开发是基础工程，王成焘正打算重新回到创业年代，进军新的3D打印。
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