奧地利研究人員發(fā)布一款可3D打印顱骨植入物的自動(dòng)化設(shè)計(jì)軟件

來源：極果網(wǎng)

近日據(jù)外媒報(bào)道，奧地利研究人員發(fā)布了一款免費(fèi)的自動(dòng)化設(shè)計(jì)軟件，據(jù)悉它可以3D打印顱骨植入物，這無疑是醫(yī)療史上的一大進(jìn)步。

顱骨缺損通常指的是頭部外傷，一般是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(jìn)入大腦。為了修復(fù)這種損害，通常會(huì)使用鈦或生物相容性聚合物來制造合成替代物，這是因?yàn)樵嫉墓趋澜Y(jié)構(gòu)過于受損或受污染而無法重復(fù)使用。

當(dāng)前顱骨成形術(shù)的生產(chǎn)過程主要依賴于高質(zhì)量的植入物設(shè)計(jì)和專業(yè)公司制造的顱骨植入物，既昂貴又耗時(shí)，執(zhí)行該過程所需的高級(jí)專業(yè)知識(shí)，加上對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化所需的商業(yè)軟件，將使成本更高。另外如果想完成植入的手術(shù)，患者至少需要進(jìn)行兩項(xiàng)手術(shù)：顱骨切開術(shù)和顱骨成形術(shù)，這使他們?cè)馐芨嗤纯唷?br />

目前奧地利研究人員已經(jīng)把該程序集成到TU Graz的Studierfenster基于云的平臺(tái)中，可實(shí)現(xiàn)使用深度學(xué)習(xí)算法自動(dòng)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，生成針對(duì)患者特定植入物的STL文件。此過程允許在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行3D打印植入物，大大減短了醫(yī)療植入物的交付周期，此外還減輕了患者的痛苦和不適感。

盡管3D生物打印技術(shù)的進(jìn)步加速了醫(yī)療植入設(shè)備的制造，但仍然還沒有找到更快速、低成本的替代產(chǎn)品。例如，一名西班牙患者在等待使用植入物，但想實(shí)現(xiàn)它必須使用多種軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)并在英國制造，然后才能進(jìn)行手術(shù)。

而目前降低生產(chǎn)過程中的成本和交貨時(shí)間的其中一種方法是開發(fā)用于顱骨植入物設(shè)計(jì)的臨時(shí)免費(fèi)CAD軟件，不過這需要設(shè)計(jì)和操作的高水平專業(yè)知識(shí)，因此低成本的全自動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)計(jì)和制造軟件是才是解決根本問題的理想方案。

設(shè)計(jì)自動(dòng)化仍然是一個(gè)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，并對(duì)大腦進(jìn)行保護(hù)。如果不能完美地重建植入物的邊界、厚度和形狀一致性，則該部件可能會(huì)使患者容易受到輕傷。

就在研究人員焦頭爛額之際，兩名格拉茨大學(xué)的學(xué)生啟動(dòng)了Studierfenster網(wǎng)站。一個(gè)基于云的開放科學(xué)平臺(tái)，可用于醫(yī)學(xué)圖像處理。自最初發(fā)布以來，該平臺(tái)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(dòng)脈夾層、自動(dòng)主動(dòng)脈界標(biāo)檢測(cè)和自動(dòng)顱骨植入物設(shè)計(jì)。這些交互式功能背后的大多數(shù)算法都在服務(wù)器上運(yùn)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(tái)可以在計(jì)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(dòng)顱骨植入物設(shè)計(jì)系統(tǒng)就已納入該軟件，并從那時(shí)起經(jīng)過迭代優(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(jì)算兩個(gè)頭骨之間的差異來生成植入物。這將產(chǎn)生一個(gè)表面模型，在醫(yī)院現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)進(jìn)行3D打印，從而消除了額外的交貨時(shí)間和外部制造成本。另外，這款程序還具有從重建的顱骨體積中減去有缺陷的顱骨的能力，使得該過程能夠自動(dòng)進(jìn)行。

他們的用于自動(dòng)顱骨植入物設(shè)計(jì)的在線系統(tǒng)可以大大改善當(dāng)前顱骨成形術(shù)的臨床常規(guī)，不過平臺(tái)也有缺點(diǎn)，它的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，研究人員仍然相信它有可能在未來的臨床環(huán)境中使用。