馬首骉

濮陽市油田第一中學

快速成型技術在臨床醫(yī)學外科領域的應用

馬首骉

濮陽市油田第一中學

隨著科技的發(fā)展快速成型技術已經在很多領域都有了廣泛的應用，在臨床醫(yī)學外科更是發(fā)揮中重大的作用。因為其顯著的優(yōu)越性，使其在口腔醫(yī)學、骨科領域、神經外科領域等都具有重要的意義。

快速成型技術；臨床醫(yī)學；應用

前言

快速成型技術是從美國發(fā)展起來的新型制造技術，它的本質是材料的累加和層疊制造，與傳統(tǒng)的工藝相比較，它不使用車、鑄造、電鍍等傳統(tǒng)方法，借助高科技技術使用自動化技術制造零件。我國的快速成型技術研究開始于1991年，幾所高校聯(lián)合研發(fā)取得顯著成果。近年來，隨著科學技術的飛速發(fā)展，快速成型技術應用越來越廣泛。

1.快速成型技術

1.1 快速成型技術成形原理

采取分層得到堆積的路徑、條件和方式，通過堆積的方法把材料疊加成三維實體就是快速成型的工作原理。具體過程分為兩步，首先把CAD模型離散化處理，把幾何體從某一方向切成很多薄片，完成分層工作，其次把這些有一定邊界輪廓的片層通過分層信息的控制，依次堆積起來，三維實體零件制作完成。分層堆積原理的實質非常簡單，通過離散的方法將三位制造轉變?yōu)橐幌盗卸S制造的疊加，總的來說就是分解-綜合的過程。

1.2 數據的獲取方式

通過CT得到圖像數據是醫(yī)學領域上最常用的方法。CT影響反映出來的是物體中每個部分的密度信息，通過對密度范圍的制定，就能夠得到相應區(qū)域的圖像數據。MRI也常用于獲取三維模型重建的斷層圖像數據，這項技術用于對特定區(qū)域數據的獲取還需要繼續(xù)研究。激光掃描技術也能夠提供圖像數據，這個數據采集于物體所有表面點，不具有分層的性能，數據精度極其高，缺點是提供不了物體內部的圖像數據。這些方法得到的數據需要合成CAD模型之后轉變成STL文件格式，這時就能用在快速成型技術上。

1.3 快速成型技術優(yōu)越性

快速成型技術具有很強的優(yōu)越性，它具有很高的自動化程度，由數字模型轉化為物理模型的過程都由計算機控制完成，全過程都不需要人工進行干預。快速成型技術能夠制造復雜度極高的零件，在結構復雜的人體組織器官上的應用效果非常好，同時成形精度非常高，其工藝水平最多能達到波動范圍不大于0.01。在快速成型技術中，材料的堆積是由小到大進行的，所以對材料的利用率非常高?？焖俪尚图夹g能夠形成非常廣泛的材料，包括塑料、陶瓷等，還能制造各種復合材料，有時能能夠對金屬零件直接進行制造。因為是使用計算機控制完成整個過程，所以能夠有效節(jié)省時間，還能降低成本。

1.4 常見的快速成型技術工藝

目前，常見的快速成型技術工藝主要有四種，立體光固造型、選擇性激光燒結、疊層實體制造、融積造型。

立體光固造型的成形材料是丙烯酸光聚合物，借助紫外激光器，分層掃描材料進行固化，制作精度非常高，在快速成型技術中最為成熟，也是最早用作商用的。選擇性激光燒結工藝的成形材料是固體熱融型粉末材料，借助大功率的紅外激光器進行分層燒結連結，現(xiàn)在能夠達到很高的精度。疊層實體制造工藝的成形材料是熱敏感類箔料，用激光器及進行分層切割并且累積，精度也相對較高。融積造型工藝的成形材料是加熱到臨界液態(tài)的熱塑材料，用計算機來確定噴嘴的軌跡運動，同時擠出來半流動的材料，進行逐層的堆積。

2.速成型技術在醫(yī)學領域中的應用

2.1 口腔醫(yī)學領域的應用

快速成型技術在口腔醫(yī)學領域的應用非常廣泛，一般都是通過CT掃描顱面，從而得到相關的圖像數據，所使用的像素是512x512，選擇的像素灰度是16ibt。通過選定灰度值范圍來區(qū)分骨組織和軟組織，如果涵蓋在范圍內，那么選擇保留數據。之后進行格式轉換，在SLT格式的基礎上借助快速成型系統(tǒng)建立其相應的生物模型。這樣的生物模型能夠有效優(yōu)化手術計劃，對患者的骨組織的解剖結構進行直觀、細致的觀察和分析，達到模擬手術過程的效果，從而有效減少手術過程所花費的時間，同時提高手術的成功率。這項技術還能增進醫(yī)患之間的溝通，讓患者對自己要做的手術有更深層的了解。經過統(tǒng)計學計算，借助生物模型一般情況下能夠提高速度接近20%。

2.2 骨科領域的應用

快速成型技術應用在骨科領域能夠重建骨質疏松癥患者的骨結構。在醫(yī)學上骨質疏松癥被認為是以骨量的喪失和骨小梁結構的退化為主要表現(xiàn)的一種疾病，對骨量喪失和骨的三維結構及骨功能三者之間的關系進行深入研究，有利于治療骨質疏松癥的新方法的研究。采用的具體方法是，借助縮微圖像技術和磁共振縮微圖像技術，從而獲得骨頭三維結構圖的數據，之后對其進行分析與處理，運用快速成型技術對骨小梁結構進行復制，便于直接觀察。

2.3 神經外科領域的應用

快速成型技術能夠為顱骨成形術提供定值的假體。在顱骨手術中，最好的假體是能夠與剩余顱骨組織最緊密的結合。傳統(tǒng)的制作技術很難滿足這一要求，用CT掃描患者頭部，得到相應的數據信息，重建三維顱。在獲得顱骨和假體的圖像數據后，運用快速成型技術隨顱骨和假體的模型分別進行制作，并達到最好效果。病例失敗最主要的原因在于，假體恢復凸度過大，所以要最大程度減小凸度，在減小手術風險的同時達到美學效果。

結束語

綜上所述，快速成型技術是一項集合各種先進技術的綜合體，在醫(yī)學領域的應用對很多問題都有了很好的解決。從理論上來說，快速成型技術能夠制造出任意形狀的模型。通過各種掃描技術獲得人體的局部數據信息，在計算機軟件處理后重新建立三維模型，快速成型技術就能以最快的速度制造出所需要的模型，輔助臨床醫(yī)學治療。通過對快速成形技術的各種工藝進行分析，針對不同的情況選擇最優(yōu)的工藝方法，從而使其在醫(yī)學領域發(fā)揮最大的功能。

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