快速成型在医学中的应用.doc

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1、摘要：快速成型在医学中应用研究是集快速成型技术、CT扫描、医学图像处理技术、CAD技术等一体的综合性学科。医学应用仍然只占10%的RP市场，但医学又对RP的应用提出了更高的要求。历史上，RP已经运用于种植体原型、监视系统和很多其它医疗设备的原型的制作。运用生理数据的原型制作方法采用了SLA,LOM,SLS,FDM等技术。这些模型向那些想不通过开刀就可观看病人骨结构的研究人员、种植体设计师和外科医生提供了帮助。这些技术在很多专科如颅外科、神经外科、口腔外科、整形外科和头颈外科等得到应用，帮助外科医生进行手术规划，而如果没有物理模型，这是不可能实现

2、的。象其它的新技术一样，RP在医学中也是不断在走向成熟，不断地寻找其在产品开发周期中和外科医生手术箱中的位置。我们目前要考虑的是对每一种应用找出最合适的RP技术。将来的研究开发应集中在开发那些最能适合某些特定应用的工艺技术，例如制作能在人体中植入的人工骨。关键词：发展迅速应用广泛前途光明一、国内现状　　在国内，快速成型用于种植体设计已经有很长一段时间了，工程师利用CAD软件可以很快地设计一个产品，而RP设备的快速性允许设计师在很短的时间内多次验证并修改其设计，这样就在设计过程中节约了时间和金钱，从而以比从前快得多的速度实现"面向市场的设计"。另

3、外,针对于心脏、血管、血管瘤、气管等软组织方面的研究相对较少。准确复制软组织结构可以提供个性化软组织模型,在诊疗、手术和医学教学等领域具有很大的意义。与航空和汽车工业不同，整个医学工业已经把RP看作为缩短设计周期的一种方法。运用RP技术，设计师可以根据特定病人的CT或MRI数据而不是标准的解剖学几何数据来设计并制作种植体，这样极大地减少了种植体设计的出错空间，并且这种适合每个病人解剖结构的种植体确实能设计一个更好的手术结果。能制作出与病人完美配合的种植体这一点可帮助外科医生大大缩短手术操作的时间。这不但让病人减少了麻醉时间，还能减少费用。很明显

4、，RP的医疗应用在不断增长。这一块市场可能永远也不会超过汽车或航空，但它将持续影响很多生产医疗仪器的公司和众多需要复杂外科手术的病人。二、国外现状目前,国外针对快速原型在医学中的应用已经有了广泛研究,并且在个别区域已经发展得比较成熟。但是,大多数应用研究都集中在骨骼组织的三维重建与原型制作,很多都是限于模型参考,手术规划,并没有将快速原型模型直接应用到实际手术当中。同时，国外有许多单位在研究基于快速成形技术的人骨成型。以美国Daytou大学为首的研究小组采用具有生物相容的烃基磷灰石/玻璃薄膜材料。使用LOM快速成形制造人骨。美国Michigan

5、大学采用光固化技术将烃基磷灰石与紫外光化的烯丙酸树脂混合制造人骨。快速成形在医学界的应用很有前景，这也是在发达国家把他作为快速原型应用方面的原因之一。三、医学中快速成型成型过程的举例快速成型在医学中已经应用相当广泛了，下面以快速成型的人工生物活性骨骼的复合制造方法为例来说明成型过程。（１）人造骨的仿生ＣＡＤ设计：ａ、骨骼外形ＣＡＤ设计，通过ＣＴ特征断面测量或外表面测量，用特征数据点重构骨骼外形的三维ＣＡＤ，并将其以ＳＴＬ数据格式表达；ｂ、骨骼内部骨髓腔的三维ＣＡＤ设计，若基于ＣＴ断面数据，可以用重构的方法构造骨髓腔ＣＡＤ，若基于外表面的测量数据

6、，可以利用外表面形状建立数学模型来构造骨髓腔的ＣＡＤ；ｃ、骨骼骨质组织的ＣＡＤ设计，通过电子显微镜观察骨骼微孔的尺寸以及分布规律，建立骨质组织微结构数学模型，构造骨骼的三维ＣＡＤ，保证微孔空间完全导通；ｄ、通过以上三部分的仿生ＣＡＤ建模设计，将外形ＣＡＤ与内部ＣＡＤ复合起来，构造出完整的骨骼ＣＡＤ；（２）成型系统：ａ、以乳化糖作成型材料用熔融沉积的方法制造人工骨的反形（负型）；ｂ、对三维ＣＡＤ数据进行分层处理，用分层制造的方法快速成型出骨骼外形和内部微结构的负型（反形）；ｃ、制作一个带有可控加热系统的加压容器，容器底部开一个０．２ｍｍ的材料压出

7、孔，孔由电控开关控制开闭；ｄ、将整个系统安装在Ｘ－Ｙ工作台上，有一个可以在Ｚ方向运动的成型平台，组成一个分层成型系统，将乳化糖装入加压容器实现分层制造；（３）成型工艺：将乳化糖装入加压容器中，将加压容器的温度控制在８０－１２０℃、压力控制在０．８Ｐａ－１Ｐａ来控制乳化糖的流动性和塑性，乳化糖在加热后达到融化状态后由材料压出孔压出，研究乳化糖压出速度和Ｘ－Ｙ运动速度与乳化糖成丝直径的关系，以便通过速度来控制不同导管的直径，骨外形和骨髓腔通过常规的逐层制造方法实现；（４）骨生长因子和成骨细胞的复合：将骨生长因子制成悬液，加入成骨细胞，制成生物活性剂

8、，在无菌条件下将生物活性剂温度准确地控制在３６℃～３８℃，以保证成骨细胞的活性，将生物活性剂倒入成型好的骨型腔中培养，以便于骨生长因子和成骨细胞能够吸