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

來源：極果網(wǎng)

近日據(jù)外媒報道，奧地利研究人員發(fā)布了一款免費的自動化設(shè)計軟件，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，這是因為原始的骨骼結(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，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，將使成本更高。另外如果想完成植入的手術(shù)，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。

目前奧地利研究人員已經(jīng)把該程序集成到TU Graz的Studierfenster基于云的平臺中，可實現(xiàn)使用深度學(xué)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，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，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，但想實現(xiàn)它必須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)。

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

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，并對大腦進行保護。如果不能完美地重建植入物的邊界、厚度和形狀一致性，則該部件可能會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)生啟動了Studierfenster網(wǎng)站。一個基于云的開放科學(xué)平臺，可用于醫(yī)學(xué)圖像處理。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)就已納入該軟件，并從那時起經(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，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。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進行。

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)，不過平臺也有缺點，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。