第四屆國際康復醫(yī)學與康復工程前沿技術(shù)臨床轉(zhuǎn)化會議—3D技術(shù)在康復醫(yī)學及康復工程的應用實例

2018年11月16-18日，由上海交通大學、上海交通大學醫(yī)學院附屬第九人民醫(yī)院、國家康復輔具研究中心、上?？祻洼o具與老年福祉產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟共同主辦的“第四屆國際康復醫(yī)學與康復工程前沿技術(shù)臨床轉(zhuǎn)化會議暨第一屆3D打印與醫(yī)療機器人前沿技術(shù)臨床轉(zhuǎn)化高峰論壇”在江蘇省昆山皇冠國際會展酒店隆重召開。

本次會議以“數(shù)字化時代的醫(yī)學3D打印與智慧康復”為主題，聚焦上下肢康復機器人、醫(yī)療手術(shù)機器人、虛擬現(xiàn)實技術(shù)、移動護理機器人、外骨骼機器人、生物3D打印、3D打印假肢與矯形器技術(shù)、康復云社區(qū)、智能家居及臨床康復醫(yī)學最新發(fā)展等國際前沿研究領(lǐng)域，邀請400余名來自國內(nèi)外知名大學、醫(yī)院、康復醫(yī)學機構(gòu)、科研院所及產(chǎn)業(yè)界的嘉賓齊聚一堂，共鑒盛舉。

會議設(shè)立主會場與四個分會場的并行論壇，為中外學者及產(chǎn)業(yè)尖端人才搭建了學術(shù)交流平臺，打通了醫(yī)工交叉產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化壁壘，以學術(shù)推動產(chǎn)業(yè)發(fā)展，以產(chǎn)業(yè)支撐學術(shù)創(chuàng)新。

先臨三維帶來的“數(shù)字化設(shè)計和3D打印輔助康復工程的方案設(shè)計”論文榮獲本次高峰論壇“優(yōu)秀青年康復論壇-浦江康復轉(zhuǎn)化醫(yī)學獎”鼓勵獎，是對我們在將3D掃描和3D打印這種數(shù)字化技術(shù)應用于輔助康復領(lǐng)域工作的肯定以及激勵。

增材制造在醫(yī)療和矯形康復領(lǐng)域的應用越來越廣泛，論文介紹了三維數(shù)字化設(shè)計和3D打印用于改善制作預防瘢痕增生面具工藝，輔助設(shè)計軟組織擴張器，漏斗胸疾病病情評估和治療效果評價三個方面的案例，探討了其中傳統(tǒng)的實現(xiàn)方式和引入三維數(shù)字化設(shè)計和3D打印后的新流程，并對利弊做了分析。

預防瘢痕增生面具

燒傷后導致的瘢痕增生，是一種循環(huán)不良，結(jié)構(gòu)不正常和神經(jīng)分布錯亂的假性組織。燒傷過，接受完治療后的皮膚，在愈合過程中皮膚組織的成纖維組織反應增高，形成瘢痕后結(jié)締組織過度增生，會產(chǎn)生局部充血瘢痕組織。

傳統(tǒng)通過石膏取模的方式存在諸多弊端：

1）面具制作時間一般都是在患者康復早期，這時候皮膚較為脆弱，石膏取型方法對于皮膚存在一定的刺激性。

2）取型時，需要患者等到石膏凝固，時間長，石膏和傷口接觸，患者會感到痛苦，難以配合。

3）石膏在凝固的時候，體積會發(fā)生變化，模型的準確度就會發(fā)生變化，這樣做出來的面具會出現(xiàn)精度的偏差。

先臨三維和上海瑞金醫(yī)院，昆明醫(yī)院附二院，西京醫(yī)院合作，利用3D掃描代替?zhèn)鹘y(tǒng)石膏取模的過程，3D打印出面具模型，最終制成內(nèi)表面有硅凝膠的面具。

引入三維掃描儀的新型工藝流程是：

（1）使用EinScan Pro系列手持式三維掃描儀，快速獲取面部數(shù)據(jù)。

（2）對獲取的數(shù)據(jù)，使用geomagic studio進行簡單的修復編輯；

（3）使用光敏樹脂3D打印設(shè)備打印出面部的數(shù)據(jù)模型，本文嘗試了兩種解決方案。

第一種解決方案：由3D打印設(shè)備，使用普通光敏樹脂材料獲得打印的面部數(shù)據(jù)，向打印的模型當中灌入石膏，凝固后的模型即為人體面部陽模，然后加熱面具的材料板，使之軟化易成型，用真空吸塑的技術(shù)，將軟化后的材料板緊緊貼于模型表面，冷卻后的材料板會再次定型，裁剪下來，進行微調(diào)和裝配彈力帶，最后再在上面附上硅凝膠，完成整個面具的制作。

第二種解決方案：由3D打印設(shè)備，使用透明的生物兼容性光敏樹脂材料，打印出面罩，對于面具進行微調(diào)，內(nèi)層面將硅凝膠附著上去，加上壓力帶，最終做成一個完整的面具完成。

相比于傳統(tǒng)石膏取模方式，引入三維數(shù)字化技術(shù)的優(yōu)勢非常明顯：

1）非接觸式成像，采集過程病人無不適感；

2）高精度相機采集，制作出來的面具和病人的貼合性更高，施壓更為均勻；

3）三維數(shù)字化技術(shù)，整個制作周期更短。

軟組織擴張器

皮膚軟組織擴張術(shù)是在疤痕周圍的皮膚內(nèi)部，埋入一個硅膠做成的水囊，然后通過后來的慢慢注水，使周圍正常的皮膚擴張生長，通過這樣的方式長出額外多出來的皮膚。

使用傳統(tǒng)方式制作軟組織擴張器存在一些弊端：

1）進行低溫熱塑版取模時，會有一個加熱、取型、冷卻的過程，整個過程時間較長，導致患者不容易配合完成；

2）受物理測量工具所限，所測得的尺寸誤差較大，導致建模出來的模型與人體貼合性差；

3）需要多次調(diào)整模具，制作周期較長，人工成本很高。

先臨三維和上海第九人民醫(yī)院合作，嘗試引入三維數(shù)字化的新型工藝，通過三維掃描和3D打印快速軟組織擴張器模具。

主要步驟是：

1）使用EinScan Pro系列手持式三維掃描儀，快速獲取醫(yī)生標記的植入擴張器的區(qū)域。

2）對獲取的數(shù)據(jù)在solid edge當中進行裁剪，快速曲面，抽殼，建面，拉伸等操作進行編輯設(shè)計，建立軟組織擴張器的模型。

3）使用3D打印設(shè)備，打印出相應的模具模型，和患者進行實際的匹配，進行修改調(diào)整。

4） 通過和患者的實際結(jié)合，確認好最終模具形態(tài)，做出相對應的軟組織擴張器，供醫(yī)生植入患者體內(nèi)。

引入三維數(shù)字化技術(shù)存在許多優(yōu)勢：

1）非接觸式成像，采集過程病人無不適感；

2）傳統(tǒng)工藝流程中，由于模具加工復雜，每個軟組織擴張器的制作，需要反復和病人對接匹配，進行多次模具的制作調(diào)整，整個生產(chǎn)周期很長，而3D打印大大減少生產(chǎn)周期，使病人能夠及早就醫(yī)；

3）利用三維數(shù)字化技術(shù)，通過非接觸式高精度三維重構(gòu)，獲取數(shù)據(jù)精確，與病人貼合性更高。

漏斗胸疾病評估

漏斗胸(pectus excavatum,PE;funnel chest)是人類最常見的胸壁畸形,發(fā)生率約為1/300～1/800,男∶女之比約為4∶1。

傳統(tǒng)的漏斗胸病情評估方式，借助CT或者MRI數(shù)據(jù)，獲取凹陷最低點的斷層面，測得相對應的A和B的值，由B/A的值，行業(yè)內(nèi)稱為Haller  Index（行業(yè)標準） ，以此值作為相應的病情評估標準。但使用CT掃描， 存在放射線，對人體有一定的影響；使用MRI獲取數(shù)據(jù)的時間較長，年齡較小的孩童不易保持。

先臨三維和浙江大學醫(yī)學院附屬兒童醫(yī)院合作，引入三維數(shù)字化，利用EinScan Pro系列手持式三維掃描儀，進行人體掃描，快速獲取人體相關(guān)數(shù)據(jù)。將掃描獲得數(shù)據(jù)導入geomagic studio中，找到我們所需要的截面，進行點與點間的測量，測量A值和B值。

從下圖中可以看到，由三維掃描儀獲取的數(shù)據(jù)和由CT獲取的模型完全吻合，由多組掃描對象的數(shù)據(jù)分析可以得出，兩種方法得出的分析結(jié)果存在線性關(guān)系，可以由三維掃描儀獲取的數(shù)據(jù)結(jié)果來替代由CT獲取數(shù)據(jù)，作為一種新的病情評估方式。

EinScan Pro系列新品請查看下方鏈接：

先臨三維推出手持式三維掃描儀新品EinScan Pro 2X綜合先臨三維和多家醫(yī)院、保健院、康復中心等合作的經(jīng)驗，選取了預防瘢痕增生面具，軟組織擴張器，漏斗胸疾病評判，三個方面的案例，探討了傳統(tǒng)工藝流程及其存在的一些弊端，闡述了三維數(shù)字化設(shè)計和3D打印在醫(yī)療康復工程中起到的積極作用。

先臨三維正嘗試利用數(shù)字化和3D打印技術(shù)的醫(yī)療方案，和更多有能力的醫(yī)院合作，以及在?？漆t(yī)院部署數(shù)字化和3D打印實驗室，以更快推進增材制造在醫(yī)療的應用開發(fā)，解決傳統(tǒng)方式的弊端，為患者帶來福音。

參考文獻：

1.   李玲, 黃潤文, 石慧. 58例四肢燒傷康復期病人健康教育效果分析[J]. 當代護士：綜合版（上旬刊）,2004(1):24-26.

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3.   ParkH J, Lee S Y, Lee C S, et al. The Nuss procedure for pectus excavatum:evolution of techniques and early results on 322 patients.[J]. Annals ofThoracic Surgery, 2004, 77(1):289-295.