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解析数字化3D打印技术在OSAHS治疗中的应用

导读: 数字化3D打印技术近年来发展迅猛,已逐渐发展成为第三次科技革命的支柱型技术,被广泛应用于军事、精密仪器制造和生物医学等领域中,正在逐步改变人们的生活。

数字化医学作为数字化技术与医学结合的产物,近年来得到了快速的发展。数字化3D打印技术近年来发展迅猛,已逐渐发展成为第三次科技革命的支柱型技术,被广泛应用于军事、精密仪器制造和生物医学等领域中,正在逐步改变人们的生活。根据2016年上半年3D打印项目投资相关数据,其在生物医疗的投入大幅增加,相关技术在医疗行业具有广泛的应用前景。

解析数字化3D打印技术在OSAHS治疗中的应用

1. 数字化3D打印技术的理论基础
3D打印是一种先进的增材制造技术,是快速成型技术的一种,以数字模型文件为基础,运用粉末状金属或塑料等可粘合材料,通过逐层打印的方式来构造物体。它与普通打印机工作原理基本相同,打印机内装有液体或粉末等“打印材料”,与电脑连接后,通过电脑控制把“打印材料”一层层叠加起来,最终将计算机上的蓝图变成实物。3D打印技术的工作原理主要有3 种,即熔融堆积(FDM)、立体光刻(SLA)和激光熔化(SLM)。

2. 数字化3D打印技术在医学中的应用

在数字化医学领域中,3D打印技术已展现出诸多优势和光明的应用前景。主要应用于打印医学模型,制作手术导板,医用钛合金植入物修复颌面部缺损,打印新的修复材料,与生物组织工程结合修复器官及组织缺损等领域。其价值在于实现精准化治疗,提升医患沟通效率,实现青年医师的锻炼与培训。假肢、皮肤、模型支架(特别是牙科模型)、牙齿正畸装置等的直接打印使临床和研究工作不断深入。

解析数字化3D打印技术在OSAHS治疗中的应用

首先,利用3D打印技术制造金属修复体植入物,已得到了广泛的应用,但在修复体的设计优化和制造上还要深入研究。其次,制造具有生物活性的组织和器官。目前,利用3D打印技术制造的软质半透明心脏,病变区域清晰可见,可1∶1再现病区空间的相对位置,为类硅胶材质,有弹性,可切割。

利用3D打印技术制造的硬质心脏模型,具有心脏房室结构,可完整展现心脏的复杂外形和内腔,可用于教学和展示。利用3D打印技术制造的软质透明肝脏,癌变区域与血管清晰可见,1∶1再现病区空间的相对位置,为类硅胶材质,有弹性,可切割。3D打印技术制造的软质透明肾脏,肾小盏与肾结石清晰可见,为类硅胶材质,有弹性,可切割。数字化3D打印技术在口腔医学领域也得到了广泛的应用,如可按照医生要求制作出各种复杂的个性化修复体,打印出个性化的义齿等。

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2012年,Figliuzzi等利用3D打印制造的种植体,完成了即刻种植。在颌面外科最初应用主要是原型制造和模型外科,由此设计制作个性化修复体。1∶1的精确模型可使医生在手术前直观地看到病变,进行精确的手术计划,辅助设计制造个性化修复体,从而使手术简单易行,缩短手术时间,患者外形和功能恢复较为理想。2011年6 月,世界首例由3D打印技术制作的个性化全下颌骨移植手术成功地恢复了患者的语言表达和进食能力。数字化3D打印技术将对医学产生深远的影响。

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3. 数字化3D打印技术在OSAHS治疗中的应用

数字化3D打印技术已被广泛应用于OSAHS治疗手术的各个阶段。在欧美发达国家,数字化3D打印技术在OSAHS治疗中的作用已经得到了学术界的广泛认可,并在临床治疗中取得了良好的效果。在我国,3D打印技术已经得到了初步应用,效果显著。在评估病情时,医生根据数字化3D打印技术获得的模型了解颌面部软硬组织畸形情况,从而准确判断阻塞部位。数字化3D打印技术可以进行手术全过程的模拟,帮助医生预判手术难度,调整手术方案并进行手术预测,在手术过程中,数字化3D打印技术具有重要的引导潜力。通过3D技术制作的导板与模板能够帮助确认截骨的位置,最终实现精准手术。

目前,数字化3D打印技术在OSAHS手术治疗中主要体现在以下几方面;

(1)术前评估3D气道状态;

(2)模拟手术过程,优化手术设计方案;

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(3)制作个性化牵张器;

(4)打印术中截骨导板并制作个性化固定钛板,从而提高手术精度,节省手术时间;

(5)预测术后气道改善效果及面型的改变。

OSAHS患者中有一类是小颌畸形伴颞下颌关节强直,对于这类患者来说,由于无法开口取牙模和进行模型外科,使手术模拟与设计显得尤为困难。而数字化3D打印技术可轻易解决这些问题。利用3D打印技术可制作颌骨模型,模拟手术。利用计算机软件设计与模拟手术方案,可进行骨块移动及咬合拼对。结合3D打印制作手术导板,将计算机模拟手术准确转移到实际手术中,提高手术效率与准确性。

数字化3D打印技术在治疗OSAHS中得到了广泛的应用,其特性决定了在OSAHS治疗中应用的关键在于医生与工程师的紧密合作,医生需要工程师的辅助来实现数字化3D打印技术的最大优势,而工程师充分理解医生设计的手术方案对数字化技术发挥最大优势至关重要。在设计阶段,医生需要根据患者CT或MRI数据进行手术设计,与此同时,应与工程师进行有效沟通。

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然后基于手术方案,工程师应用数字化技术完成医生的设想,模拟手术过程,应用3D打印技术打印出医学模型。医生在随后的临床应用阶段对制作成品进行评估并提出调整建议,以达到术中完成设计构想的目的。数字化3D打印技术在OSAHS的应用关键在于医工联合,深刻理解数字化3D打印技术的特点,选择合适的适应证,加之良好的医工联合是数字化技术在治疗OSAHS 中发挥最大效应的前提。在目前时代进步与科学技术高速发展的大背景下,数字化3D打印技术具有强大的生命力,在治疗OSAHS以及整个医学领域具有广泛的应用前景。

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