快速成型技術(shù)在臨床醫(yī)學(xué)外科領(lǐng)域的應(yīng)用

馬首骉

濮陽市油田第一中學(xué)

快速成型技術(shù)在臨床醫(yī)學(xué)外科領(lǐng)域的應(yīng)用

馬首骉

濮陽市油田第一中學(xué)

隨著科技的發(fā)展快速成型技術(shù)已經(jīng)在很多領(lǐng)域都有了廣泛的應(yīng)用，在臨床醫(yī)學(xué)外科更是發(fā)揮中重大的作用。因?yàn)槠滹@著的優(yōu)越性，使其在口腔醫(yī)學(xué)、骨科領(lǐng)域、神經(jīng)外科領(lǐng)域等都具有重要的意義。

快速成型技術(shù)；臨床醫(yī)學(xué)；應(yīng)用

前言

快速成型技術(shù)是從美國發(fā)展起來的新型制造技術(shù)，它的本質(zhì)是材料的累加和層疊制造，與傳統(tǒng)的工藝相比較，它不使用車、鑄造、電鍍等傳統(tǒng)方法，借助高科技技術(shù)使用自動化技術(shù)制造零件。我國的快速成型技術(shù)研究開始于1991年，幾所高校聯(lián)合研發(fā)取得顯著成果。近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，快速成型技術(shù)應(yīng)用越來越廣泛。

1.快速成型技術(shù)

1.1 快速成型技術(shù)成形原理

采取分層得到堆積的路徑、條件和方式，通過堆積的方法把材料疊加成三維實(shí)體就是快速成型的工作原理。具體過程分為兩步，首先把CAD模型離散化處理，把幾何體從某一方向切成很多薄片，完成分層工作，其次把這些有一定邊界輪廓的片層通過分層信息的控制，依次堆積起來，三維實(shí)體零件制作完成。分層堆積原理的實(shí)質(zhì)非常簡單，通過離散的方法將三位制造轉(zhuǎn)變?yōu)橐幌盗卸S制造的疊加，總的來說就是分解-綜合的過程。

1.2 數(shù)據(jù)的獲取方式

通過CT得到圖像數(shù)據(jù)是醫(yī)學(xué)領(lǐng)域上最常用的方法。CT影響反映出來的是物體中每個部分的密度信息，通過對密度范圍的制定，就能夠得到相應(yīng)區(qū)域的圖像數(shù)據(jù)。MRI也常用于獲取三維模型重建的斷層圖像數(shù)據(jù)，這項(xiàng)技術(shù)用于對特定區(qū)域數(shù)據(jù)的獲取還需要繼續(xù)研究。激光掃描技術(shù)也能夠提供圖像數(shù)據(jù)，這個數(shù)據(jù)采集于物體所有表面點(diǎn)，不具有分層的性能，數(shù)據(jù)精度極其高，缺點(diǎn)是提供不了物體內(nèi)部的圖像數(shù)據(jù)。這些方法得到的數(shù)據(jù)需要合成CAD模型之后轉(zhuǎn)變成STL文件格式，這時就能用在快速成型技術(shù)上。

1.3 快速成型技術(shù)優(yōu)越性

快速成型技術(shù)具有很強(qiáng)的優(yōu)越性，它具有很高的自動化程度，由數(shù)字模型轉(zhuǎn)化為物理模型的過程都由計(jì)算機(jī)控制完成，全過程都不需要人工進(jìn)行干預(yù)?？焖俪尚图夹g(shù)能夠制造復(fù)雜度極高的零件，在結(jié)構(gòu)復(fù)雜的人體組織器官上的應(yīng)用效果非常好，同時成形精度非常高，其工藝水平最多能達(dá)到波動范圍不大于0.01。在快速成型技術(shù)中，材料的堆積是由小到大進(jìn)行的，所以對材料的利用率非常高?？焖俪尚图夹g(shù)能夠形成非常廣泛的材料，包括塑料、陶瓷等，還能制造各種復(fù)合材料，有時能能夠?qū)饘倭慵苯舆M(jìn)行制造。因?yàn)槭鞘褂糜?jì)算機(jī)控制完成整個過程，所以能夠有效節(jié)省時間，還能降低成本。

1.4 常見的快速成型技術(shù)工藝

目前，常見的快速成型技術(shù)工藝主要有四種，立體光固造型、選擇性激光燒結(jié)、疊層實(shí)體制造、融積造型。

立體光固造型的成形材料是丙烯酸光聚合物，借助紫外激光器，分層掃描材料進(jìn)行固化，制作精度非常高，在快速成型技術(shù)中最為成熟，也是最早用作商用的。選擇性激光燒結(jié)工藝的成形材料是固體熱融型粉末材料，借助大功率的紅外激光器進(jìn)行分層燒結(jié)連結(jié)，現(xiàn)在能夠達(dá)到很高的精度。疊層實(shí)體制造工藝的成形材料是熱敏感類箔料，用激光器及進(jìn)行分層切割并且累積，精度也相對較高。融積造型工藝的成形材料是加熱到臨界液態(tài)的熱塑材料，用計(jì)算機(jī)來確定噴嘴的軌跡運(yùn)動，同時擠出來半流動的材料，進(jìn)行逐層的堆積。

2.速成型技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用

2.1 口腔醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用

快速成型技術(shù)在口腔醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用非常廣泛，一般都是通過CT掃描顱面，從而得到相關(guān)的圖像數(shù)據(jù)，所使用的像素是512x512，選擇的像素灰度是16ibt。通過選定灰度值范圍來區(qū)分骨組織和軟組織，如果涵蓋在范圍內(nèi)，那么選擇保留數(shù)據(jù)。之后進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換，在SLT格式的基礎(chǔ)上借助快速成型系統(tǒng)建立其相應(yīng)的生物模型。這樣的生物模型能夠有效優(yōu)化手術(shù)計(jì)劃，對患者的骨組織的解剖結(jié)構(gòu)進(jìn)行直觀、細(xì)致的觀察和分析，達(dá)到模擬手術(shù)過程的效果，從而有效減少手術(shù)過程所花費(fèi)的時間，同時提高手術(shù)的成功率。這項(xiàng)技術(shù)還能增進(jìn)醫(yī)患之間的溝通，讓患者對自己要做的手術(shù)有更深層的了解。經(jīng)過統(tǒng)計(jì)學(xué)計(jì)算，借助生物模型一般情況下能夠提高速度接近20%。

2.2 骨科領(lǐng)域的應(yīng)用

快速成型技術(shù)應(yīng)用在骨科領(lǐng)域能夠重建骨質(zhì)疏松癥患者的骨結(jié)構(gòu)。在醫(yī)學(xué)上骨質(zhì)疏松癥被認(rèn)為是以骨量的喪失和骨小梁結(jié)構(gòu)的退化為主要表現(xiàn)的一種疾病，對骨量喪失和骨的三維結(jié)構(gòu)及骨功能三者之間的關(guān)系進(jìn)行深入研究，有利于治療骨質(zhì)疏松癥的新方法的研究。采用的具體方法是，借助縮微圖像技術(shù)和磁共振縮微圖像技術(shù)，從而獲得骨頭三維結(jié)構(gòu)圖的數(shù)據(jù)，之后對其進(jìn)行分析與處理，運(yùn)用快速成型技術(shù)對骨小梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行復(fù)制，便于直接觀察。

2.3 神經(jīng)外科領(lǐng)域的應(yīng)用

快速成型技術(shù)能夠?yàn)轱B骨成形術(shù)提供定值的假體。在顱骨手術(shù)中，最好的假體是能夠與剩余顱骨組織最緊密的結(jié)合。傳統(tǒng)的制作技術(shù)很難滿足這一要求，用CT掃描患者頭部，得到相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息，重建三維顱。在獲得顱骨和假體的圖像數(shù)據(jù)后，運(yùn)用快速成型技術(shù)隨顱骨和假體的模型分別進(jìn)行制作，并達(dá)到最好效果。病例失敗最主要的原因在于，假體恢復(fù)凸度過大，所以要最大程度減小凸度，在減小手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)的同時達(dá)到美學(xué)效果。

結(jié)束語

綜上所述，快速成型技術(shù)是一項(xiàng)集合各種先進(jìn)技術(shù)的綜合體，在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用對很多問題都有了很好的解決。從理論上來說，快速成型技術(shù)能夠制造出任意形狀的模型。通過各種掃描技術(shù)獲得人體的局部數(shù)據(jù)信息，在計(jì)算機(jī)軟件處理后重新建立三維模型，快速成型技術(shù)就能以最快的速度制造出所需要的模型，輔助臨床醫(yī)學(xué)治療。通過對快速成形技術(shù)的各種工藝進(jìn)行分析，針對不同的情況選擇最優(yōu)的工藝方法，從而使其在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域發(fā)揮最大的功能。

[1]韓強(qiáng)，張富強(qiáng).快速成型技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用[J].國外醫(yī)學(xué)口腔醫(yī)學(xué)分冊，2002,29（4）：257-259.

[2]王延慶，吳玲，張輝等.基于CT與疊層實(shí)體制造義耳模型的快速成型[J].中國組織工程研究與臨床康復(fù)，2008，12（17）：3206-3208.

[3]徐小山，徐永清，靳安民等.應(yīng)用快速成型技術(shù)制作新生兒骨盆和股骨模型[J/CD].中華關(guān)節(jié)外科雜志：電子版，2009，3（4）：507-512.

[4]腰山嶺，宋小欣，隆強(qiáng).基于CT數(shù)據(jù)及快速成型技術(shù)的牙列三維重建研究[J].機(jī)電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新，2011，24（1）：97-98.