張平

摘? 要：3D打印技術(shù)，能夠在充分了解患者身體數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計(jì)，精確地應(yīng)用解剖結(jié)構(gòu)相關(guān)原理，根據(jù)不同年齡、身高等信息進(jìn)行個(gè)性化定制，精確復(fù)制患者關(guān)節(jié)及肢體位置的解剖結(jié)構(gòu)，相較于傳統(tǒng)石膏矯正器有著明顯的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。3D打印數(shù)字化制作的假肢矯正器，其設(shè)計(jì)的靈活性更高，舒適性及安全性更符合患者的個(gè)性化需求，有著廣闊的發(fā)展前景。

關(guān)鍵詞：3D打印技術(shù);假肢矯形器;個(gè)性化;應(yīng)用前景

中圖分類號(hào)：R496? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2020）10-0172-02

Abstract： 3D printing technology can be designed on the basis of fully understanding the patient's body data， to accurately apply the relevant principles of anatomical structure and make personalized customization according to different age， height and other information. Besides， it can accurately reproduce the anatomical structure of the patient's joints and limbs， compared with the traditional plaster appliance has obvious application advantages. The prosthetic appliance made by 3D printing digitally has higher design flexibility， comfort and safety， which is more in line with the individual needs of patients and has a bright development prospect.

Keywords： 3D printing technology; prosthetic appliance; personalized; application prospect

當(dāng)前骨科醫(yī)生的診斷方法包括MR、x線診斷、CT等，影像診斷方式往往缺乏立體的視觸感，而將虛擬的影像轉(zhuǎn)換成三維實(shí)體，同時(shí)以打印的材料結(jié)構(gòu)與患者需求為基礎(chǔ)，結(jié)合病變位置的解剖學(xué)信息，能夠提供骨科疾病患者更優(yōu)化的診斷及治療方案，當(dāng)下三維組裝細(xì)胞及生物打印技術(shù)已經(jīng)在矯形器領(lǐng)域有初步應(yīng)用，打印3D實(shí)體精度高、速度快，有廣闊的發(fā)展前景[1]。

1 假肢矯正器領(lǐng)域3D打印技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

假肢矯正器是一種通過手工制作完成取模、修模及成型等多項(xiàng)加工手段后，應(yīng)用3D打印設(shè)備獲得肢體的方式，在完成初步設(shè)計(jì)后，通過相關(guān)軟件完成修改，最后打印成型。傳統(tǒng)的骨科器械制備方式無法滿足患者的個(gè)性需要，其舒適性以及佩戴后的康復(fù)效果也相對(duì)不佳，而通過3D打印技術(shù)，能夠在充分了解患者身體數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計(jì)，精確地應(yīng)用解剖結(jié)構(gòu)相關(guān)原理，根據(jù)個(gè)性化信息，應(yīng)用增材制作的數(shù)字化流程，將制造矯正器的時(shí)間縮短，同時(shí)精確復(fù)制患者關(guān)節(jié)及肢體位置的解剖結(jié)構(gòu)，相較于傳統(tǒng)石膏矯正器有著明顯的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。3D打印數(shù)字化制作的假肢矯正器，其設(shè)計(jì)技術(shù)水平更高，更符合患者的個(gè)性化需求，有著廣闊的發(fā)展前景。在制作假肢矯正器時(shí)，將CT掃描數(shù)據(jù)重建稱三維信息向打印機(jī)發(fā)送，隨后輸入1：1制作實(shí)物模型指令，能夠?qū)⒒颊叩牟∽冃畔⒓安钪庇^呈現(xiàn)。

3D打印能夠構(gòu)建組織工程支架，可以促進(jìn)骨肌組織再生修復(fù)，所應(yīng)用的材料包括聚合物質(zhì)、天然材料等生物活性物質(zhì)，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜組織超微結(jié)構(gòu)仿真構(gòu)建，能夠提供支架材料力學(xué)性能、降解性能優(yōu)勢(shì)，為細(xì)胞提供更加適宜的生長(zhǎng)空間[2]。3D打印技術(shù)應(yīng)用與仿生肌電手的制作，能夠通過對(duì)肌膚表面電信號(hào)的抓取，完成信號(hào)過渡。假肢的外殼方面也有定向制作流程，在進(jìn)行假肢的安裝時(shí)，能夠根據(jù)3D打印設(shè)備進(jìn)行定制，根據(jù)患者的肢體及價(jià)值數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)中進(jìn)行處理，完成信息對(duì)比疊加等，保證假體的最佳舒適性，患者根據(jù)自己的喜好進(jìn)行3D假肢外殼款式打印，其個(gè)性化符合程度更高，整體的美觀性、實(shí)用性更強(qiáng)[3]。

有研究報(bào)道指出，對(duì)于患有四肢麻痹的患者，通過3D打印設(shè)計(jì)手指矯形器，能夠更加輕松地抓取物品，打印材料的應(yīng)用也更加合理，如在脊柱側(cè)彎矯正中應(yīng)用尼龍材料，在佩戴后，其透氣性更高，可以完全隱藏在衣物中。部分矯正器還存在傳感設(shè)備，能夠根據(jù)患者穿戴的時(shí)間進(jìn)行壓力點(diǎn)檢測(cè)，保證其舒適性及功能優(yōu)化，通過動(dòng)態(tài)APP進(jìn)行個(gè)性化調(diào)整[4]。在矯形鞋墊方面應(yīng)用3D打印技術(shù)經(jīng)濟(jì)性更高，能夠節(jié)約更多的溝通成本及時(shí)間成本，3D打印能夠應(yīng)用聚合物凝膠足部掃描設(shè)備，在短時(shí)間內(nèi)獲得客戶的實(shí)體數(shù)據(jù)，同時(shí)即時(shí)將鞋墊打印出來。

近些年來我國的假肢矯正企業(yè)發(fā)展迅速，輔助用具應(yīng)用3D打印技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化平臺(tái)操作，提供更加先進(jìn)的輔助器具的制作工藝。如部分技術(shù)中心研發(fā)出具有更高透氣性的3D一體化小腿假肢、脊柱矯形器等，3D打印技術(shù)為殘疾人提供了更高的便利[5]。如表1傳統(tǒng)假肢矯正器制作與3D打印技術(shù)比較。

2 假肢矯正領(lǐng)域3D打印技術(shù)存在的問題

2.1 法律規(guī)范及政策問題

當(dāng)前假肢矯正領(lǐng)域的相關(guān)法規(guī)政策仍停留在傳統(tǒng)的制作工藝水平，設(shè)定的行業(yè)規(guī)范不符合市場(chǎng)發(fā)展需要，3D打印技術(shù)對(duì)于專業(yè)及場(chǎng)地均有更高的要求，需要進(jìn)行矯正器的臨床裝配，得到政府的資質(zhì)認(rèn)證。當(dāng)前的行規(guī)標(biāo)準(zhǔn)不適應(yīng)于現(xiàn)有的3D打印公司，所應(yīng)用材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能等無適用的假肢矯正操作標(biāo)準(zhǔn)，打印出的材料無可控范圍效果不能保證，因而需要在原有標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上進(jìn)行調(diào)整，將國家標(biāo)準(zhǔn)作出統(tǒng)一設(shè)定[6]。

2.2 專業(yè)技術(shù)問題

當(dāng)前3D打印領(lǐng)域缺乏專業(yè)的軟件支持，所需要的軟件盡管有成熟的零件構(gòu)造技術(shù)，但針對(duì)一系列結(jié)構(gòu)優(yōu)化及曲面設(shè)計(jì)軟件無專業(yè)軟件，且假肢矯正器的模型不符合標(biāo)準(zhǔn)化需求，整體設(shè)計(jì)過程較為復(fù)雜，研發(fā)成本較高，軟件設(shè)計(jì)難度及經(jīng)濟(jì)成本都較高。因?yàn)榧夹g(shù)材料等方面的限制，當(dāng)前3D打印技術(shù)相較于傳統(tǒng)的假肢矯正器制作效率更低，無法完成獨(dú)立的假肢制作，需要與傳統(tǒng)工藝配合應(yīng)用，如在完成小腿假肢的3D打印后，應(yīng)該根據(jù)打印的整體結(jié)構(gòu)，應(yīng)用石膏修模進(jìn)行內(nèi)襯套制作，所需要的制作及裝配時(shí)間更長(zhǎng)[7]。

2.3 材料問題

3D打印技術(shù)對(duì)于材料有著更高的要求，當(dāng)前的許多材料通用性較差，其力學(xué)性能、精度及加工性能無法滿足假肢矯正器的相關(guān)需要，耐熱性、耐磨性、抗腐蝕能力不達(dá)標(biāo)，因而在打印出產(chǎn)品后需要進(jìn)行進(jìn)一步強(qiáng)化[8]。

2.4 成本及人力資源問題

3D打印技術(shù)當(dāng)前批量生產(chǎn)無法高效實(shí)現(xiàn)，所需要的設(shè)備及成本較高，因而3D假肢矯正器的售價(jià)也較高，無法滿足廣大患者的需要，受眾群體較小，因而需要在性價(jià)比方面進(jìn)一步優(yōu)化。當(dāng)前我國專業(yè)假肢矯正領(lǐng)域的人才匱乏，部分優(yōu)秀人才更加偏重于臨床器械的裝配方面能力提升，對(duì)于計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)方面缺乏重視，實(shí)際操作能力水平不高，而專業(yè)的計(jì)算機(jī)人才又缺乏假肢矯正行業(yè)的理論知識(shí)。企業(yè)在考慮人才招聘時(shí)，需要綜合假肢矯正器裝配技術(shù)能力及計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)操作能力，同時(shí)與現(xiàn)有的人才進(jìn)行配合接洽，所需要的時(shí)間成本較高，工作效率低下[9]。且當(dāng)前我國在教育培訓(xùn)和社會(huì)推廣方面未形成“數(shù)字化設(shè)計(jì)”、“批量個(gè)性化生產(chǎn)”等理念認(rèn)知，先進(jìn)制造理念缺乏，未能站在戰(zhàn)略高度對(duì)3D打印技術(shù)重視，因?yàn)榇蛴C(jī)的價(jià)格及應(yīng)用范圍問題，部分企業(yè)未能購置足量的打印設(shè)備，且我國課程體系中相關(guān)知識(shí)內(nèi)容缺乏，假肢矯正裝配、康復(fù)等課程量較少，缺乏專業(yè)教育導(dǎo)致人才的綜合數(shù)量及素質(zhì)受到限制，學(xué)生僅停留在興趣研究層次。針對(duì)假肢矯形器方面的推廣培訓(xùn)體系也尚未建立[10]。

3 假肢矯正領(lǐng)域3D打印技術(shù)改善措施

對(duì)于假肢矯正領(lǐng)域3D打印技術(shù)存在的問題，首先應(yīng)該設(shè)定符合當(dāng)前假肢矯正領(lǐng)域的相關(guān)法規(guī)政策，調(diào)整用材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能等無適用的假肢矯正操作標(biāo)準(zhǔn)，將國家標(biāo)準(zhǔn)作出統(tǒng)一設(shè)定[11]。同時(shí)投入更多的成本在專業(yè)化軟件設(shè)計(jì)方面，設(shè)計(jì)出針對(duì)一系列結(jié)構(gòu)優(yōu)化及曲面設(shè)計(jì)軟件，提高打印的效率。材料涉及成品優(yōu)化方面，需要在進(jìn)行新材料的選用時(shí)，需要考慮技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，形成與技術(shù)相互依賴支持的局面，促進(jìn)材料研發(fā)及3D打印技術(shù)的共同前進(jìn)。

4 結(jié)束語

當(dāng)前隨著社會(huì)發(fā)展，我國康復(fù)行業(yè)的規(guī)模逐漸擴(kuò)大化，產(chǎn)品的類型多樣，其服務(wù)的質(zhì)量有顯著提升，但仍然存在一系列問題，未來需要通過不斷優(yōu)化改善當(dāng)前存在的短板及缺陷，開拓3D打印技術(shù)在假肢矯正器行業(yè)發(fā)展前景。

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