3D列印模型助力精准醫療

3D列印的患者解剖模型和手術導板可大幅縮短手術時間和減少醫療成本。

—《Academic Radiology》

以上是上周發表在《Academic Radiology》上的一項新研究得出的結論。研究人員根據多個分析報告進行了以下推斷：因有效縮短手術時間，這類解剖模型可説明每個病患節省超過3,700美元，並且在手術導板上的花費也可節省近1,500美元。

聖路易斯華盛頓大學醫學院Mallinckrodt放射學研究所的David H. Ballard博士及其同事寫到：「醫療也可以通過3D列印，從而降低手術成本，縮短手術時間。雖然消耗資源較大，3D列印構造用於患者手術治療為健康衛生系統提供了相當大的下游價值。」

通過分析30多項3D模型在骨科和頜面外科手術中的使用方面的研究，作者們估計，使用解剖模型平均可以縮短約62分鐘的手術時間，每分鐘的成本為62美元。同時，使用3D列印的手術導板估計可以節省23分鐘的手術時間。

3D列印為醫生提供了很大的幫助，但是，作者也指出協力廠商保險通常不會覆蓋此類援助。這些模型的典型用途只包括術前規劃、手術過程中的指導、培訓實習生以及給患者傳達關於治療的資訊。

作者認為，儘管這些服務一直得不到應有的補貼，但3D列印的解剖模型可以為自己買單。因為醫生們有信心去進行平時沒機會接觸的複雜手術，有效縮短手術時間，節省資金。

研究人員表明，在節省了成本的基礎上，開發一種財務模式來資助使用3D列印進行手術輔助這一舉措，是對於正在考慮運用3D列印技術的實驗室、醫療系統、放射科來說是有好處的。

該團隊補充說，行業貿易團體對這一話題也很感興趣。去年秋天，美國醫學協會當前程式術語編輯小組批准創建四個新的CPT代碼，以便跟蹤和詳細說明在美國各地使用模型和指南的情況。作者指出，美國放射學院和RSNA都表示同意且支持提出這些新代碼。

這兩個團體還在今年秋天推出了一個醫療3D列印註冊表，以收集護理點的資料，並進一步記錄這些模型的使用和實施。

對於精准醫療，Stratasys的J750 DAP 3D印表機就是一台為醫療而生的3D印表機，能製造出無與倫比的解剖模型和部件，為醫生提供逼真的測試環境、為患者提供精准的治療方案。

上圖: Stratasys J750 DAP 3D印表機

全球首例由3D列印的中耳移植手術已獲成功

長期以來，人們一直認為聽力損失是衰老過程的一部分。根據美國國家衛生研究院的資料，65歲至74歲的美國人中約有三分之一的人患有聽力損失，75歲以上的人中有近一半人有聽力障礙。

3D列印這種新方式給那些患有一種特殊類型的聽力障礙的人帶來了希望。

改變傳導性聽力損失患者生活

世界上首例使用3D列印部件移植中耳骨的手術，使一名患有傳導性聽力損失的40歲男子恢復了聽力。

這一開創性的手術過程是由南非普利托里亞大學（UP）健康科學學院耳鼻喉科系主任、醫學博士Mashudu Tshifularo及其醫療團隊在Steve Biko學術醫院率先完成的。

聽力的部分工作原理是通過中耳的三塊小骨頭（稱為聽小骨）將振動從鼓膜傳到耳蝸（聽覺的感覺器官）。

當聽小骨受損時，就會出現耳骨傳導性聽力損失。例如，這位患者是在一次車禍中，耳朵受到了嚴重的創傷。

巴爾的摩馬里蘭大學醫學院(UMSOM)放射學助理教授、醫學博士Jeffrey D. Hirsch說：“聽小骨是非常小的結構，手術失敗的原因之一被認為是由於假體的尺寸不正確。如果你能定制設計一個更精確的假體，那麼手術的成功率應該更高。”

這也正是Hirsch博士和他的同事們所做的。他們研究了3D列印技術，以此來為傳導性聽力損失的患者製作定制化的假體。 研究人員從三具人類屍體上取下聽骨鏈的中間連接骨，用CT對結構進行成像，然後列印出屍體專用的植入物。

並要求四名外科醫生將每個假體植入相應的鼓室，即使在他們並不清楚其中的對應關係的情況下，這四位元醫生還是能夠成功地將假體模型與其對應的顳骨相匹配，包含耳朵中間和內側部分的骨頭。

這種情況隨機發生的幾率為1/296，這項研究突出了3D列印的核心優勢—能夠非常準確地重現空間中的解剖關係，達到亞毫米級，有了這些模型，幾乎是一氣呵成。—Hirsch 博士

利用3D列印骨骼完成移植

這次的手術非常成功，讓Hish博士的工作更進一步。這是世界上第一例使用3D列印骨骼的中耳移植手術。

利用3D列印技術，他的團隊能夠進行掃描，得到同樣大小的骨頭，位置、形狀、重量和長度，並把它準確地放在需要的地方，結果幾乎就像自己長得一樣。

通過只更換功能不正常的聽骨，該手術的風險明顯低於已知的假體及其相關手術程式。

“我們在這個手術中使用了鈦合金，它具有生物相容性，並使用內窺鏡進行替換，所以移植手術很快，只需要不到兩個小時，而且疤痕很小。手術兩周後，當他的繃帶被拆掉時，患者的聽力有了明顯的改善。”

簡化手術過程、降低手術風險

“3D技術使我們能夠做我們從未想到的事情。”—Tshifularo博士

研究人員希望減少傳統手術相關的風險，包括通過中耳間隙的面神經受到損害而可能誘發面癱。

到目前為止，這種手術可以在任何年齡段的人身上進行，已經用於治療兩名患者。Tshifularo博士將3D列印的耳骨移植到第二位中耳發育不全的患者身上，取代了之前的傳統用具。

J750DAP解剖用3D列印機 「骨骼」列印新功能

J750 DAP數位解剖3D列印機是超寫實解剖模擬的最先進解決方案，使醫療保健專業人員能夠為各種應用創建準確的生物力學模型。

機台系統上的最新功能─新的進階骨骼功能，為整形外科應用提供了更高的準確性，您可以創建看起來像真實物體的整形外科模型，並具有經過驗證的生物力學準確性。

BoneMatrix™和數位解剖軟體的增強功能

透過強大而又柔韌的BoneMatrix材料以及對Digital Anatomy數位解剖軟體的更新，您可以創建更準確的骨科模型。匹配骨密度並創建在施加力時表現得像天然骨骼的模型，從而可以從椎間盤切除術，鑽孔，擴孔或鋸切中獲得準確的結果。

軟體增強功能包括改進工作流程和擴展建模選項，可創建頭骨，長骨頭，肋骨，小關節，神經，椎骨等。

模型的屬性選擇包括：

•緻密到多孔

•正常到退化

•柔韌到強硬

現在，Digital Anatomy數位解剖軟體允許您創建可自定義的應力釋放部位，該部位可進行螺釘插入而不會造成模型破裂的風險。您還可以更好地控制長時間的骨骼操作，並具有自動生成骨骼的遠端和近端區域並將復雜的內部結構匹配到適當區域的能力。另外，此增強功能引入了骨骼分析器工具，該工具可讓您可視化內部模型結構並確認病理學，材料和方向選擇。

▲一對3D列印的股骨

新的生物力學數據

將天然骨骼的生物力學特性與3D列印的骨骼模型進行比較的研究發現，Digital Anatomy數位解剖軟體以幾種關鍵方式提供了準確的生物力學結果。數字解剖模型可精確複製皮質厚度，脊柱運動範圍，腰椎間盤僵硬以模仿疾病病理和骨科螺釘拔出力。數位解剖骨骼模型在受力情況下（例如，在鑽孔或鋸切時）對天然骨骼的反應類似。

這個進階新的骨頭功能為醫療設備公司，醫院和研究機構提供了新的可能性。無需依賴屍體，動物對象或不代表目標病理學的通用合成模型，只需在內部創建所需的模型即可。

列印患者特定的解剖結構，以實現最高的置信度和手術前的準備。無論是測試醫療設備，培訓學生還是準備進行複雜的手術，Digital Anatomy列印機均可為骨科應用提供準確，定制的解決方案。

▲Stratasys J750 DAP 3D印表機

讓醫學模型栩栩如生

前言

Stratasys® 攜手領先醫療設備公司、醫院和研究機構，再現真實心臟組織的外觀與觸感，為用戶提供業經驗證的心臟病學應用機會。

每一個模型都逼真、精確且具有功能，模擬人體解剖體的外觀與觸感——這一切都源於 J750™Digital Anatomy™ 列印機專用的全新數字材料。
 

從可視化到模擬

• 讓醫生有機會在進入手術室之前進行學習和提升技能

• 打造逼真的心臟環境，助力外科醫生培訓和手術規劃

• 不受空間限制在無風險的手術環境中探討一系列病理

• 減少因使用屍體和動物實驗室造成的成本與不便
 

使用PolyJet制作逼真的功能性解剖模型
Jacobs Institute 是一處醫療創新中心，專註於加快血管醫學領域的設備開發。在進行神經血管血栓切除術之前，他們設計了這種神經血管模型來評估患者特有的解剖變化，這些變化存在於圍繞腦底動脈環的腦循環中。現在，該模型用於凝塊取回訓練以及比較各種凝塊取回裝置的效果。
 

類橡膠 Stratasys® PolyJet™ 材料 Agilus30™ 與凝膠狀支撐材料 GelMatrix™ 相結合，支持設計和清潔角度高、血管小、分支多、血池大的複雜解剖模型： 

• 讓醫生能夠用更大、更覆雜的解剖模型進行術前規劃

• 讓醫療設備制造商能夠為產品測試生產具有精確解剖結構的功能性體外模型

• 延長模型的壽命，以供醫生培訓使用
 

Digital Anatomy 應用：心臟病學

精確

• 再現極為精細的解剖體，例如腱索和瓣葉
 

逼真

• 使用超柔軟材料模擬心臟組織的觸感和反應

• 制作具有功能性束狀結構、環形結構、瓣膜和鈣化的心臟

• 為設備插入和部署提供臨床上逼真的觸覺反饋

• 可在彎曲解剖體中靈活移動
 

功能性

• 模擬臨床手術，助力醫生培訓和手術規劃 

• 維持合規性和耐久性，同時支持：

> 切割和縫合

> 設備插入和部署

> 膜片形成
 

「這些 3D 打印的模型對於培養外科醫生的技能具有巨大價值……學生們認同 3D 打印的心臟模型對他們非常有幫助。」

「這更貼近現實。這些模型使用柔軟的材料制成，可以用於手術練習……新材料具備更好的彈性和強度。」

Shi-Joon Yoo，醫學博士，博士

臟放射學家

加拿大多倫多病童醫院

Digital Anatomy 應用：血管

精度

• 制作內直徑低至 1 毫米、壁厚低至 1.5 毫米的精細血管結構

• 調整各血管的壁厚，模擬血管的順應性

• 複製健康組織和患病組織，只需輕輕一按，剩下的交給3D列印機——它會相應地自動調整血管的順應性
 

逼真

• 為設備插入和部署提供臨床上逼真的觸覺反饋

功能性
 

• 模擬臨床手術，助力醫生培訓和設備開發

• 插入導絲和導管

• 安放設備（TAVR、AAA 移植物、LAAC）

• 模擬具有活躍流動環路的真實血液流動

• 使用熒光檢查法觀察鈣化

• 快速進行設計驗證與確認

• 取得客觀可測量的定量性能數據

• 驗證新設備以實現其預期目標，在提升速度的同時控制成本
 

「Stratasys 模型讓我們可以制作人類解剖體，反映從血管和軟組織器官到動脈、靜脈和骨骼中的不同組織質地的細微差別。」

「這些模型為我們提供了絕佳的機會，讓我們在結構基礎上複製人體的生理條件，從而模擬臨床情況，並在將新設備用於患者之前研究它們的有效性。」
 

Adnan Siddiqui，醫學博士，博士

首席醫務官，Jacobs Institute

血管內神經協會主任

Kaleida Health，布法羅大學，神經外科

3D列印成醫學培訓工具

隨著COVID-19大流行，患者人數遠遠超過醫務人員，全球範圍內迫切需要為處於這一中心的一線醫護人員提供必要的醫療用品。在需求遠遠超過供應的爭奪戰中，3D列印在解決短缺方面穩步上升。

事實證明，COVID-19是3D列印的轉折點，它引領了其從設計直接生產到按需生產的道路，從而快速生產了諸如鼻拭子，呼吸機，面罩框架和醫療設備。

隨著我們適應新加坡對抗COVID-19的新常態，越來越迫切需要培訓更多的拭子，以支持和加大在前所未有的時代中進行更廣泛的拭子測試工作。

拭子測試是對抗COVID-19的組成部分，因為它可以確定一個人是否被感染。通常，它涉及將拭子穿過鼻腔或嘴插入鼻子和喉嚨的後部，並通過輕輕旋轉拭子來擦拭壁以收集標本。

在新加坡，許多衛生專業人員進行了棉籤收集方面的培訓，他們自願抽出時間給經常沒有醫學知識的特定平民。市場上現有的醫學人體模型被認為缺乏代表性的特徵，無法促進以下三個基本過程的執行：

●鼻中鼻拭子
●鼻咽拭子
●口咽拭子

一線培訓機構與總部位於新加坡的3D列印解決方案提供商Creatz3D取得了聯繫，以生產可以模擬棉籤收集場景的真人大小的3D醫學人體模型。Creatz3D的銷售和應用經理Sally採取了特別的措施，以有效地理解項目啟動的要求。

在其姊妹公司AuMed（由定制的醫療模擬器公司Catherine擔任高級生物醫學工程師）中紮根，然後使用衍生自AuMed CT和MRI庫的幾個解剖3D模型設計人體模型，然後使用Materialize的Mimics Innovation將它們融合成一個大塊套房（MIS）醫療。

同時，醫生和護士不斷的反饋和建議，以及Creatz3D AM工程團隊的技術建議，使設計變得更加完整和功能全面，可用於教學和動手操作。

使用Stratasys J750可以一次列印多種材料和多種顏色，該團隊能夠將傳統製造的幾個月的交貨時間縮短到包括設計和3D列印在內的只有4天。

3D列印的人體模型提供了與現有培訓材料和安排（培訓幻燈片，動手實踐等）一起更有效地培訓的機會。與可用的普通人體模型（例如，用於氣道模擬）相比，3D列印人體模型以呼吸拭子採集專用的關鍵解剖結構為目標。

3D列印的人體模型以前被認為是黑匣子，它們提供了以下培訓增強功能：

●觀察鼻，口和喉嚨的內部結構，否則用真實的人擦拭是不可能的。
●使培訓師能夠清楚地演示程式，並特別注意特殊警告，以確保使用標準的醫用級拭子更安全地進行拭子採集。
●通過引用相同的有形3D列印人體模型來鼓勵培訓人員和受訓人員之間的互動。

用戶的反饋令人鼓舞，許多人對使用壓舌板進行模擬的可彈跳的舌頭印象深刻，並且關鍵的解剖結構（例如，鼻甲，咽和小舌）作為進行拭子採集的指標。最重要的是，人體模型具有真實尺寸，非常適合使用標準的醫療級拭子棒。由於用戶的反饋，已經開始對3D列印的醫學人體模型進行進一步的設計改進。

最終，這場危機凸顯了3D列印如何能夠在短的周轉時間內按需生產出急需的必需品，以適應用戶的需求。

如果您有任何疑問，我們的團隊隨時準備與您互動為你COVID-19項目進行了深入的討論-通過  接觸形式。

3D列印技術創新應用於醫療領域

Varun Bhatia 是醫療解決方案的全球領導者美敦力 (Medtronic) 的高級首席科學家。利用他在生物力學、醫學成像和 3D 列印方面的背景，Bhatia 每天都在量化解剖變異，並利用這些資訊為新程式設計醫療設備。Medtronic 使用 3D 列印技術創建用於程式和設備開發、測試以及培訓和教育的解剖模型。 

Justin Ryan 在聖地亞哥的拉迪兒童醫院經營 3D 創新實驗室，這是一家服務於南加州、亞利桑那州、夏威夷和關島的非營利性兒科機構。他的部分研究重點是 3D 列印機技術在臨床環境中的整合。 

“我代表一家中型非營利性醫院，該醫院正試圖為我們的患者實施 3D 列印技術，”Ryan 說。“證明將 新技術引入醫院的合理性具有挑戰性，因為它是非營利性的，我不得不擴大我們的預算。” 

韋伯斯特基金會 3D 創新實驗室擁有六台內部 3D 列印機，每年可生產150多個解剖模型。

“我們拍攝醫學圖像- CT 掃描和MRI   -我們創建 3D 數據集並 3D 列印它們，”Ryan 說。“這為我們的外科醫生和介入醫師提供了寶貴的資訊，因為他們現在可以將患者的心臟或股骨握在手中。外科醫生現在可以將這些模型用作特定患者手術的路線圖，甚至可以開發新的治療方法。 

“傳統上，3D 列印並未出現在醫療系統中。但隨著我們實施 3D 列印，它為新的考慮打開了大門，包括增加收入的機會、行業合作、員工的新培訓模式、更快更好的手術、縮短住院時間、降低發病率、降低整體醫療保健成本和更好的數據用於研究。” 

Bhatia 和 Ryan 都同意 3D 列印的醫療應用正在迅速改變當今醫療保健專家行醫的方式。學術醫療中心、醫院和醫療設備公司正在使用 3D 列印來推進患者護理，而數字解剖列印機等進步為他們提供了前所未有的選擇。 

“幾年前，當我們使用較舊的 3D 列印機時，我們正在設計一種新的輸送導管，將心臟起搏器導線放置在心臟的一個非常特定的位置，”Bhatia 說。“傳統的測試方法包括臨床前、動物研究和屍體研究；但是，我們決定使用 3D 列印模型和工作臺模型來量化原型在臨床中的潛在效果。” 

“在設計和材料方面進行了很多改進，以更好地模擬正確的邊界條件來測試類別。我們能夠獲得新產品性能的定量數字，”Bhatia 說。 

“我們正在設計 3D 列印模型，以最好地刺激超大心臟的邊界條件。屍體很貴，你得到你得到的。沒有辦法知道我們得到的屍體是否有一顆大心臟，”巴蒂亞說。“但使用數字解剖技術，您在製造複合材料方面擁有更大的靈活性，與五年前相比，質量和一致性存在巨大差異，”Bhatia 說。

“Stratasys 是 3D 列印的先驅。我們的數字解剖技術旨在在 3D 列印解剖模型中實現最高水準的真實感，”Stratasys 醫療保健市場准入總監 Jessica Coughlin 說。“自 Digital Anatomy 推出以來，我們一直在不斷創新我們的解決方案，以創建當今市場上生物力學最精確的 3D 列印模型。” 

“最近，我們通過 Digital Anatomy Creator 軟件提升了我們的軟件功能，它允許我們的用戶以前所未有的方式創建多結構。像 Medtronic 和 Rady Children's 的創作者可以在數字材料上進行合作，以逐片滿足他們的確切規格。他們有完全的自由來創造和繼續推動精準醫學的界限。” 

◆文章出處：https://bit.ly/3bW2kHr

上海康得萊醫療科技有限公司

既2019年12月23日，Stratasys與上海康得萊醫療科技有限公司（以下簡稱康得萊醫療）在上海正式簽訂戰略合作，雙方的合作標誌著未來將共同對焦精准醫療領域。2020年1月8日，在雙方團隊的緊密合作下，亞洲第一台Stratasys J835全彩3D印表機在廣州安裝到位，並立即開始列印，服務醫院的手術模型。

Stratasys專業技術工程師在現場悉心指導康得萊技術團隊，共同完成設備安裝調試並開始列印；之後在現場對康得萊技術團隊進行了3天的現場設備及使用技術培訓，康得萊醫療技術團隊專業能力保證了培訓和學習的高效，為未來整個項目的執行提供堅實的基礎。

在設備安裝完成當天，就收到了客戶列印的需求Stratasys 工程師現場指導康得萊團隊完成模型導入，上機列印 ，後處理等工序，最終成功交付模型。

 
這代表著此次“里程碑式的合作”，SSYS將聯合康得萊醫療向市場提供高精度、全彩的醫療模型協助提供精准醫療的基礎資料和模型目標已經邁出了堅實的一步。

與此同時， 康得萊和Stratasys的業務團隊也一起馬不停蹄的拜訪了福建，廣東，江西，上海，北京，天津等地大醫院和醫療合作夥伴，並達成協議一起部署列印服務業務。

有了堅實第一步以及整個醫療行業對醫療3D列印服務的推動，康得萊和Stratasys一起必將開始醫療3D列印的新篇章，推動醫工結合的進程，為患者提供高效精准的診療方案。

康得萊醫療以“創新驅動發展，科技引領未來”為企業的願景，通過多年在醫療領域的深耕發展，連續多年被上海市評為“上海製造業企業百強”，產品先後榮獲 “上海名牌產品”、“上海市著名商標”以及國家行業協會的優秀品牌產品等稱號。

Stratasys始終在增材製造行業引領未來科技的發展，在全球3D工業級列印行業發展的30多年時間裡，已經成為在醫療、航空航太、汽車、消費品和教育等行業的應用型增材技術解決方案的全球領導者。