快速成型技术在临床医学外科领域的应用

马首骉

濮阳市油田第一中学

快速成型技术在临床医学外科领域的应用

马首骉

濮阳市油田第一中学

随着科技的发展快速成型技术已经在很多领域都有了广泛的应用，在临床医学外科更是发挥中重大的作用。因为其显著的优越性，使其在口腔医学、骨科领域、神经外科领域等都具有重要的意义。

快速成型技术；临床医学；应用

前言

快速成型技术是从美国发展起来的新型制造技术，它的本质是材料的累加和层叠制造，与传统的工艺相比较，它不使用车、铸造、电镀等传统方法，借助高科技技术使用自动化技术制造零件。我国的快速成型技术研究开始于1991年，几所高校联合研发取得显著成果。近年来，随着科学技术的飞速发展，快速成型技术应用越来越广泛。

1.快速成型技术

1.1 快速成型技术成形原理

采取分层得到堆积的路径、条件和方式，通过堆积的方法把材料叠加成三维实体就是快速成型的工作原理。具体过程分为两步，首先把CAD模型离散化处理，把几何体从某一方向切成很多薄片，完成分层工作，其次把这些有一定边界轮廓的片层通过分层信息的控制，依次堆积起来，三维实体零件制作完成。分层堆积原理的实质非常简单，通过离散的方法将三位制造转变为一系列二维制造的叠加，总的来说就是分解-综合的过程。

1.2 数据的获取方式

通过CT得到图像数据是医学领域上最常用的方法。CT影响反映出来的是物体中每个部分的密度信息，通过对密度范围的制定，就能够得到相应区域的图像数据。MRI也常用于获取三维模型重建的断层图像数据，这项技术用于对特定区域数据的获取还需要继续研究。激光扫描技术也能够提供图像数据，这个数据采集于物体所有表面点，不具有分层的性能，数据精度极其高，缺点是提供不了物体内部的图像数据。这些方法得到的数据需要合成CAD模型之后转变成STL文件格式，这时就能用在快速成型技术上。

1.3 快速成型技术优越性

快速成型技术具有很强的优越性，它具有很高的自动化程度，由数字模型转化为物理模型的过程都由计算机控制完成，全过程都不需要人工进行干预。快速成型技术能够制造复杂度极高的零件，在结构复杂的人体组织器官上的应用效果非常好，同时成形精度非常高，其工艺水平最多能达到波动范围不大于0.01。在快速成型技术中，材料的堆积是由小到大进行的，所以对材料的利用率非常高。快速成型技术能够形成非常广泛的材料，包括塑料、陶瓷等，还能制造各种复合材料，有时能能够对金属零件直接进行制造。因为是使用计算机控制完成整个过程，所以能够有效节省时间，还能降低成本。

1.4 常见的快速成型技术工艺

目前，常见的快速成型技术工艺主要有四种，立体光固造型、选择性激光烧结、叠层实体制造、融积造型。

立体光固造型的成形材料是丙烯酸光聚合物，借助紫外激光器，分层扫描材料进行固化，制作精度非常高，在快速成型技术中最为成熟，也是最早用作商用的。选择性激光烧结工艺的成形材料是固体热融型粉末材料，借助大功率的红外激光器进行分层烧结连结，现在能够达到很高的精度。叠层实体制造工艺的成形材料是热敏感类箔料，用激光器及进行分层切割并且累积，精度也相对较高。融积造型工艺的成形材料是加热到临界液态的热塑材料，用计算机来确定喷嘴的轨迹运动，同时挤出来半流动的材料，进行逐层的堆积。

2.速成型技术在医学领域中的应用

2.1 口腔医学领域的应用

快速成型技术在口腔医学领域的应用非常广泛，一般都是通过CT扫描颅面，从而得到相关的图像数据，所使用的像素是512x512，选择的像素灰度是16ibt。通过选定灰度值范围来区分骨组织和软组织，如果涵盖在范围内，那么选择保留数据。之后进行格式转换，在SLT格式的基础上借助快速成型系统建立其相应的生物模型。这样的生物模型能够有效优化手术计划，对患者的骨组织的解剖结构进行直观、细致的观察和分析，达到模拟手术过程的效果，从而有效减少手术过程所花费的时间，同时提高手术的成功率。这项技术还能增进医患之间的沟通，让患者对自己要做的手术有更深层的了解。经过统计学计算，借助生物模型一般情况下能够提高速度接近20%。

2.2 骨科领域的应用

快速成型技术应用在骨科领域能够重建骨质疏松症患者的骨结构。在医学上骨质疏松症被认为是以骨量的丧失和骨小梁结构的退化为主要表现的一种疾病，对骨量丧失和骨的三维结构及骨功能三者之间的关系进行深入研究，有利于治疗骨质疏松症的新方法的研究。采用的具体方法是，借助缩微图像技术和磁共振缩微图像技术，从而获得骨头三维结构图的数据，之后对其进行分析与处理，运用快速成型技术对骨小梁结构进行复制，便于直接观察。

2.3 神经外科领域的应用

快速成型技术能够为颅骨成形术提供定值的假体。在颅骨手术中，最好的假体是能够与剩余颅骨组织最紧密的结合。传统的制作技术很难满足这一要求，用CT扫描患者头部，得到相应的数据信息，重建三维颅。在获得颅骨和假体的图像数据后，运用快速成型技术随颅骨和假体的模型分别进行制作，并达到最好效果。病例失败最主要的原因在于，假体恢复凸度过大，所以要最大程度减小凸度，在减小手术风险的同时达到美学效果。

结束语

综上所述，快速成型技术是一项集合各种先进技术的综合体，在医学领域的应用对很多问题都有了很好的解决。从理论上来说，快速成型技术能够制造出任意形状的模型。通过各种扫描技术获得人体的局部数据信息，在计算机软件处理后重新建立三维模型，快速成型技术就能以最快的速度制造出所需要的模型，辅助临床医学治疗。通过对快速成形技术的各种工艺进行分析，针对不同的情况选择最优的工艺方法，从而使其在医学领域发挥最大的功能。

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