湛江3D打印

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3D打印的心脏模型为什么会更好?有什么优势?

    

我国每年有大量结构性心脏病患者需手术治疗,当前医学影像技术难以提供精准的心血管解剖结构信息,尤其是复杂结构性心脏病准确的诊断更是临床上的难题。3D打印技术特有的材料成型方式较适合制备具有复杂内部结构的医学实体模型。3D打印实体心脏模型可直观呈现心脏内部及血管的精确三维解剖结构,有助于精准理解结构位置和相对空间关系。目前该方向上研究大多是利用硬质材料打印患者的心脏模型,仅仅展示了心脏的解剖结构和各部分的空间位置关系。而3D打印构建软质的心脏模型,并以此为基础进行实体模拟手术,用于辅助诊断和手术规划的研究,国内还少见报道。另外,基于数字化技术的虚拟手术术前规划,难以真实直观的反映实际手术的操作,模拟效果往往与真实情况会有较大的偏差。与CT医学影像数据的对比显示,3D打印技术可准确构建实体室间隔缺损心脏模型,且尺寸精度达到了±5um。


3D打印技术又称快速成型技术或增材制造技术,指的是通过逐层打印方式来构造出三维立体空间模型的技术,它的优势为快速、可定制化、可重复性、精确性高,将3D打印技术和传统的影像学结合起来对结构性心脏病的个性化介入治疗,有着重要的应用潜力和价值。3D打印的成型工艺有很多种,现阶段应用于医学领域的打印方式有熔融沉积成型(FDM)、选择性激光烧结(SLS)、光固化快速成型(SLA)、聚合物喷射成型(PolyJet)、生物材料打印


其中聚合物喷射成型(PolyJet)技术在结构性心脏病的诊疗领域内,具有重大的应用前景,它是目前软性材料快速成型的主要技术之一,PolyJet打印技术使用多喷头将光敏树脂和起支撑作用的聚合物同时喷射到工作台,再使用紫外线照射,完全凝固后再喷涂下一层。由于支撑材料的存在,光敏树脂可以在完全不受力的状态下凝固成型,因此它可以完成体积较大的模型的快速制造,心脏组织是一种有弹性的软组织,外科手术医生可通过PolyJet成型技术打印具有一定柔软度的心脏模型,根据心脏模型可以精确制定出术中操作路径和步骤导航,再基于心脏模型进行经皮下的导管介入来进行模拟手术,评估手术方案的可行性。


3D打印模型也可更直观呈现心脏内部及血管的三维解剖结构,可以帮助医生更好的理解各解剖结构位置和它们之间的空间关系,而且选用合适的打印材料可以很好的模拟心脏的力学性能,对心脏模型打印材料的力学性能进行测试,根据测试结果选用一种和心脏组织力学性能接近的材料用于模拟操作的仿真材料,结合目前的模拟仿真技术比如有限元仿真技术,对基于心脏模型进行模拟手术的可行性进行评估,根据有限元模拟仿真可以准确构建实体软质心脏模型内部的内应力与应变分布,而在实体手术过程中很难得出精确的力反馈数据,据此可以进行高精度的手术过程仿真,为进一步开发基于3D打印模型的模拟手术操作与评估系统以及开发多材料非均质软性仿真心脏模型提供力学分析依据,进而可以帮助医生更真实的模拟手术操作情形,然后根据模拟手术的结果制定合适的手术方案,可以降低手术的风险,提高手术成功率。


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2019-11-18 11:19:07