医疗专业人员如何使用数字制造来创建下一代解剖模型

数字制造正在对医学的许多领域产生重大影响，从铝试管支架的加工等小事到钛植入物的 3D 打印等未来实践。

在数字制造的众多医疗应用中，一个突飞猛进的特定领域是创建解剖模型——器官、骨骼和其他身体部位的物理复制品，医疗专业人员可以使用这些复制品来培训医生或为患者的手术做准备.

这些解剖模型可以使用不同的制造技术和不同的材料制成，并且它们的使用在全球范围内呈上升趋势。

为什么要创建解剖模型？

借助 3D 建模软件和 3D 打印机等数字制造技术，现在比以往任何时候都更容易快速且经济地创建逼真的解剖模型，用于教育、培训或外科手术。

这些模型可以是通用的，用于在讲座或课堂上说明健康或受影响的身体部位，也可以是特定于患者的，使用医学成像数据创建，以物理复制个体患者的身体部位。

特定于患者的解剖模型是数字制造技术最令人兴奋的应用之一，因为它们可以让外科医生看到并感觉到他们需要手术的受损或患病器官的逼真副本——有时甚至在实际手术之前很早.

通过掌握物理比例模型，外科医生可以更好地为手术做好准备，在必须进行真正的手术之前在塑料复制品上尝试各种切口或动作。这种增加的动手准备水平有助于增加患者获得积极结果的机会。

将医学图像转换为 3D 模型

创建特定于患者的医学模型的过程的很大一部分是从患者的身体中获取数据。这样做需要使用 CT 或 MRI 扫描仪，这是医院用于检查患者和检查各种问题的设备。

这些扫描仪使用 X 射线或强磁场来获取患者大脑、肺部或其他身体部位的照片。

不幸的是，医学成像设备并非旨在捕捉 3D 图像。相反，它们会生成一系列 2D 切片，作为一个整体，医生可以分析患者的身体。

但是这些 2D 切片可以很容易地转换为 3D 形状：一旦医疗专业人员拥有他们通常以医学数字成像和通信 (DICOM) 格式存储的 2D 图像集，就可以使用软件将数据转换为一个数字 3D 模型。

然后可以对屏幕上的模型进行更改、调整大小甚至上色，然后在发送到 3D 打印机或其他机器之前以相关方式进行处理。

解剖模型的数字化制造

增材制造或 3D 打印是创建解剖模型（患者特定和通用类型）的最佳新方法之一。

使用熔融沉积建模 (FDM) 或立体光刻 (SLA) 3D 打印机，医疗专业人员可以使用来自 CT 或 MRI 扫描的转换数字信息快速制作模型。而且由于 3D 打印机可以放在实验室甚至办公室里，所以完成整个构建过程只需要很短的时间。

虽然 FDM 是最常见且价格合理的 3D 打印技术，但医疗领域的许多人更喜欢 SLA 用于解剖模型。基于光的技术与半透明和半透明树脂兼容，使用此类材料进行 3D 打印可用于呈现具有内部部分的复杂器官（进而可以用独特的颜色进行装饰）。

对于具有更广泛用途的解剖模型（例如，用于教育而非手术目的的解剖模型），其他技术可能与增材制造一样有用。

例如，注塑成型是一种经济高效的方法，可以制作单个模型的多个副本，然后供医院或教育机构的多个用户使用。

解剖模型的实际好处

解剖模型的数字化制造不仅仅是一种昙花一现的趋势。事实上，由于复制塑料车身零件，全世界已经挽救了无数人的生命。

今年早些时候，伦敦盖伊和圣托马斯医院的外科医生使用多材料 3D 打印为一名两岁儿童进行复杂的肾移植做准备。

“能够以不同的纹理打印患者解剖结构的 3D 模型，其中血管的复杂性清晰可见，这使我们能够区分结构之间的关键解剖关系，”医院移植登记员 Pankaj Chandak 说。 “柔性材料还让我们能够更好地模拟腹部器官的柔性，以模拟手术环境。”

在此之前，中国吉林省人民医院的医生使用 3D 打印模型来帮助治疗患有称为全肺静脉异常引流的心脏缺陷的婴儿。

“通过模型，我们可以准确地知道应该在哪里、如何切割，以及切口应该有多大，”张学勤医生解释说。 “而且有了这么周密的计划，我们只用了预期完成手术的一半时间。”

随着越来越多的医疗专业人员采用数字化制造来创建准确的解剖模型，医生们变得更加了解情况，并且能够更好地挽救患者的生命。

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