格拉茨工業(yè)大學（TU Graz）和奧地利格拉茨醫(yī)科大學的研究人員設(shè)計了一種用于顱骨植入（或顱骨成形術(shù)）設(shè)計的自動化系統(tǒng)。該程序已集成到TU Graz的Studierfenster基于云的平臺中，該程序使用深度學習算法自動恢復(fù)頭骨的缺失部分。通過從已完成的頭骨中減去有缺陷的頭骨，可以概括生成針對患者特定植入物的STL文件。此過程允許在現(xiàn)場進行3D打印植入物，并大大減少了用于常規(guī)手術(shù)的植入物的現(xiàn)有交付周期，此外還減輕了患者的痛苦和不適感。

3D打印顱骨植入物

顱骨缺損通常是頭部外傷，先前與顱骨畸形矯正或腦瘤切除術(shù)相關(guān)的外科手術(shù)所致，在此期間，外科醫(yī)生需要切除一部分顱骨才能進入大腦。為了修復(fù)這種損害，通常會使用鈦或生物相容性聚合物來制造合成替代物，因為原始的骨骼結(jié)構(gòu)過于受損或受污染而無法重復(fù)使用。

當前用于顱骨成形術(shù)的生產(chǎn)過程主要依賴于高質(zhì)量的植入物設(shè)計和專業(yè)公司制造的顱骨植入物，這既昂貴又耗時。執(zhí)行該過程所需的高級專業(yè)知識，加上對其進行優(yōu)化所需的商業(yè)軟件，將使這些成本更高。此外，該程序的人力成本也值得考慮。在目前的過程中，患者至少需要進行兩項手術(shù)：顱骨切開術(shù)和顱骨成形術(shù)，這使他們遭受更多痛苦。這可能要花費幾天的時間，所有這些患者的頭骨都是不完整的。

盡管生物3D打印技術(shù)的進步加速了醫(yī)療植入設(shè)備的制造，但仍然需要一種快速，低成本的替代產(chǎn)品。例如，在研究人員參考的一個案例研究中，一名西班牙患者必須等待植入物使用多種軟件進行設(shè)計并在英國制造，然后才能進行手術(shù)。研究團隊使用這樣的實例將現(xiàn)有的植入物設(shè)計過程確定為當前臨床工作流程中的主要瓶頸。

奧地利的研究人員開發(fā)了一種自動化流程，允許用戶設(shè)計顱骨植入物。圖片來自格拉茨工業(yè)大學。

格拉茨工業(yè)大學的在線平臺

降低生產(chǎn)過程中的成本和交貨時間的一種方法是開發(fā)用于顱骨植入物設(shè)計的臨時免費CAD軟件。這仍然需要設(shè)計和操作的高水平專業(yè)知識，因此研究人員得出結(jié)論，低成本的全自動現(xiàn)場設(shè)計和制造軟件是理想的解決方案。而且，設(shè)計自動化仍然是一個挑戰(zhàn)。 3D打印的植入物需要精確地適合頭骨的缺損區(qū)域，并提供其前任所做的對大腦的保護。如果不能完美地重建植入物的邊界，厚度和形狀一致性，則該部件可能使患者容易遭受輕傷。

兩名格拉茨大學的學生啟動了Studierfenster網(wǎng)站。一個基于云的開放科學平臺，用于醫(yī)學圖像處理，可以通過任何Web瀏覽器訪問該軟件。自最初發(fā)布以來，該平臺已添加了許多功能，例如從2D圖像重建3D面部，修復(fù)和修復(fù)主動脈夾層，自動主動脈界標檢測和自動顱骨植入物設(shè)計。這些交互式功能背后的大多數(shù)算法都在服務(wù)器上運行，并且可以使用通用的瀏覽器界面輕松訪問它們，從而使該平臺可以在計算能力較低的小型設(shè)備上使用。

從其早期開發(fā)階段開始，Studierfenster的自動顱骨植入物設(shè)計系統(tǒng)就已集成到該軟件中，并從那時起進行了迭代式優(yōu)化。該程序通過在開顱手術(shù)前后將患者的CT掃描上傳到軟件中來工作，該軟件通過計算兩個頭骨之間的差異來生成植入物。這將產(chǎn)生一個表面模型，該模型將在醫(yī)院現(xiàn)場自動進行3D打印，從而消除了額外的交貨時間和外部制造成本。此外，該程序能夠從重建的顱骨體積中減去有缺陷的顱骨，從而使該過程能夠自動進行，這與以前的工作不同。

研究小組得出結(jié)論，他們的用于自動顱骨植入物設(shè)計的在線系統(tǒng)可以大大改善當前顱骨成形術(shù)的臨床常規(guī)。該平臺有缺點，其有效性在某種程度上仍然取決于硬件和互聯(lián)網(wǎng)，而將顱骨體積轉(zhuǎn)換為網(wǎng)格的速度可能很慢。盡管如此，研究人員仍然相信，盡管該軟件目前已用于教育和研究目的，但它有可能在未來的臨床環(huán)境中使用。

研究小組的新自動程序允許制造和設(shè)計完全與患者在同一家醫(yī)院進行

研究小組的新自動程序允許制造和設(shè)計完全與患者在同一家醫(yī)院進行。圖片來自格拉茨工業(yè)大學。

增材制造中的顱骨創(chuàng)新

在過去的幾年中，3D打印一直被用于輔助顱骨重建手術(shù)。例如，來自西北大學和伊利諾伊大學芝加哥分校（UIC）的研究人員使用3D打印的超彈性骨骼來再生大鼠的顱骨缺損。該研究可能會導致開發(fā)出一種具有成本效益的顱面骨移植解決方案。

得克薩斯州A＆M大學的研究人員將3D打印，生物材料工程學和干細胞生物學相結(jié)合，以創(chuàng)建新型，更高效，可定制的骨移植材料。科學家使用這種技術(shù)生產(chǎn)了3D打印的高成骨支架，該支架可促進骨細胞生長，并作為定制形狀的骨骼再生的堅固平臺。

英國的北曼徹斯特總醫(yī)院（NMGH）使用其3D打印實驗室創(chuàng)建了DCIA骨移植物，用于重建癌癥患者的上頜或下頜。該過程為醫(yī)院節(jié)省了大量時間和成本。      

3D打印網(wǎng)編譯文章！

來源：中國3D打印網(wǎng)