3D打印在骨科诊疗中的应用.docx

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1、3D打印在骨科诊疗中的应用摘要医学影像经过多年的发展，并且随着多螺旋CT和MRT的出现，医学影像的信息量越来越盘大，数据的处理能力也变得十分重要。众多的技术使得影像学在骨科的诊疗中扮演着十分重要的角色。可是，由于这些影像是3D影像，无法在2D的平面上体现出真正的效果，所以急需一种技术来弥补目前的空缺。随着3D打印技术的成熟，这一格局终于被打破。3D打印技术可以使得抽象数据变成真实的三维物体。关键词：医学，骨科，影像，3D打印Theapplicationof3DprintinginorthopedicsAbstractAftermanyyearsofdevelopmentofmedicalima

2、ge,andwiththeemergenceofmultispiralMRTandCT,theinformationofmedicalimagebecomesmoreandmorelarge,andtheprocessingabilityofthedatabecomesveryimportant.ManytechniquesmaketheimagingplayaveryimportantroleinthediagnosisandtreatmentoftheDepartmentoforthopedics.However,becausetheseimagesare3Dimages,cannotre

3、flecttherealeffectinthe2Dplane,soitisurgenttomakeupforthecurrentvacancy.With3Dprintingtechnologymatures,thispatternhasfinallybeenbroken.3Dprintingtechnologycanmaketheabstractdataintoarealthree-dimensionalobject.Keywords:Medical,orthopedics,image,3Dprinting目录1前言41.1 选题背景41.2 相关研究现状及前景41.3 研究目的41.4 可行

4、性分析41.5 论文的主要内容51.6 3D打印流程图523D打印机62.1 选择3D打印机62.2 3D打印机的材料选择62.3 3D打印的工艺62.4 3D打印机的使用方法72.5 特点93需求分析103.1 引言103.2 骨科诊疗需求分析103.3 用途103.4 意义104建模124.1 前言124.2 CAD建模124.3 照片合成建模124.4 照片浮雕制作124.5 三维重组建模125应用实例135.1 骨骼固定器145.2 填充材料155.3 可吸收性填充材料155.4 手术预演156总结17参考文献24致谢错误!未定义书签。1前言.选题背景3D打印也被称为快速成型技术，最早

5、出现于二十世纪八十年代。3D打印是利用可粘合性材料，以数学模型为基础来制作3D物体。随着技术的不断发展,3D打印技术也日益的成熟，其成本的降低及平民化的趋势，使得3D打印技术逐渐走入我们的生活中来。骨科的诊疗在目前来说也存在一定困难性，所以在这个大数据时代急需一种可以将数据实物化的技术，那就是3D打印技术。1.2 相关研究现状及前景骨科疾病在我们的生活中可以说是时常发生，然而我们却对某些骨科问题没有十分有效的解决办法。例如有些病人膝关节出现问题，但是却没有及时接受治疗，或者受限与当时的医疗条件，导致最终膝关节严重变形。但是如果要进行关节置换那么风险却又会会十分的高。又例如酸臼骨折修复手术，因为

6、髅臼骨折修复手术需要在病人身上开一个20至30厘米的切口，而且手术时间十分的长，这样会使病人伴随有大出血的危险，并且给病人带来巨大的痛苦。所以骨科疾病所带来的痛苦是不言而喻的。目前我们急需一种有效，安全的方法来解决骨科治疗的这个问题。然而3D打印的出现则打破了这个格局。3D打印不仅可以应用于模具制造、珠宝、工业设计、汽车、航天航空、牙科、教育等应用，也可以在骨科领域中有着出色的表现。它的出现使人们对于骨科的治疗又多了一种有效的方法。而且目前3D打印技术也只是初露头角，后续的发展和完善将对骨科治疗做出不可以估计的巨大贡献叫1.3 研究目的由于目前骨科的治疗当中存在许多难以解决的问题，则3D打印在

7、骨科诊疗中的应用研究就显得相当的重要。所以，通过对3D打印技术的研究，来解决难以解决的骨科问题，完成难以完成的骨科手术，这是饱受骨科疾病折磨的人们所迫切希望的。而且，3D打印技术发展至今成本已经相对合适，对于患者来说这也是一个好消息，因为这能减少他们在医疗中的花费并且取得有效的治疗效果。1.4 可行性分析从材料上来看：目前，3D打印的材料有ABS/PLA,光明树脂液体，尼龙粉末，金属粉末，陶瓷粉末，石膏粉末，等等，而金属粉末比较适合运用于骨科当中O从材料的获取途径来看：这些原材料获取的途径相对方便，并且成本也不会过高，所以不用担心3D打印的材料问题。从3D打印需要的骨科模型来看：3D打印的骨科

8、模型可以通过CT扫描实现1比1的真实还原，也可以通过手工建模来实现。从3D打印所需要的时间来看：目前普通的3D打印机打印所需要的时间也不会过长，一般10个小时左右即可成型。所以3D打印在骨科中的应用是可以实现的。1.5 论文的主要内容论文主要分为两个方面，第一个方面是3D打印的购买及使用方法来简单叙述3D打印的一个流程。第二个方面从骨科模型的获取方法来进行一个简述。第三个方面是从3D打印在骨科中可以使用的几个方面来进行一个详细的论述。1.6 3D打印流程图23D打印机2.1 选择3D打印机目前3D打印机的总类十分繁多，而且价格也有很大的差距，所以3D打印技术首先需要挑选一款合适的3D打印机作为

9、基础。目前3D打印机有3种分类。一种类别是通过打印尺寸区分的3D打印机，一种则是通过工组区分的3D打印机，还有一种则是通过打印速度来区分的3D打印机。骨科诊疗中因为打印的物件不会过大，但是需要多组打印和较快的打印速度，所以需要的3D打印机则应具备的条件是小尺寸，多工组，高速度的类型。2.2 3D打印机的材料选择目前3D打印的材料有许多种，他们的用途各有不同。目前常用的3D打印材料有ABS/PLA,光明树脂液体，尼龙粉末，金属粉末，陶瓷粉末，石膏粉末等等，目前还研究出了“可吸收材料镁合金，和骨质材料。相对于骨科应用来说“可吸收材料”和骨质材料更适合运用于骨科诊疗当中。随着3D打印的发展可能未来也

10、会展现出更加适合用于骨科诊疗中的材料。2.3 3D打印的工艺3D打印目前使用的工艺有四种：1 .利用激光固化树脂材料的光造型法。光造型装置是美国3DSYSTEMS公司独占鳌头的产品。如图2-1所示，其工作原理是通过激光器发射紫外光，然后光学系统将其汇聚成一束细光。细光通过计算机的控制，有选择的扫描液体光敏树脂表面，利用光敏树脂遇到紫外光凝固的原理，一层一层固化光敏树脂。2纸张叠层造型法。目前纸张叠层造型法是以HELISYS公司开发的LOM装置应用最为广泛。如果2-2所示，纸张叠层造型法的工作原理是通过专用的滚筒纸，用加热辑使纸张加热，并用激光切断纸张，等加热辐自动离开后，再通过激光将纸张裁剪成

11、所需要的形状。图2-2纸张叠层造型法3熔融造型法。熔融造型法是以美国Stratasys公司所研发的FDM应用最为广泛。工作原理是通过计算机控制喷头挤出热材料，按照层面的几何信息从下而上制作模型。其最大的优点是成型速度快且无污染，是目前应用最为广泛的方法。4热可塑造型法。热可塑造型法是以DTM公司所研发出来的选择性激光结应用最为广泛。其工作的原理是使用C02激光熔融烧结树脂粉末的方式制作样件。工作时,由C02激光器发出的光束在计算机控制下,根据几何形体各层横截面的几何信息对材料粉末进行扫描,激光扫描处粉末熔化并凝固在一起。然后,铺上一层新粉末,再用激光扫描烧结,如此反复,直至制成所需样件。2.4

12、 3D打印机的使用方法目前3D打印机主要两种使用方式，第一种是利用3D的打印软件将目前主流的STL文件生成geode文件，如图2-3。再将geode文件拷入SD卡当中。图2-3骨端STL文件转化为G代码插入SD卡，然后通过3D打印机的显示屏，选则PrintfrOmSD,进入后,选择我们所要进行3D打印的文件名字即可，如图2-4o于InF口screenPrepareCjrtrol_PrintfromSD图2-43D打印机打印选择如果打印过程中发现打印速度和温度不适宜，可以通过3D打印机的三个按钮进行调节,如图2-5：（一）SPEED-打印速度，打印速度是以百分比的方式显示出来，即打印速度与编译速

13、度的比值。（二）NOZZLE-挤出机的温度，可以通过调节旋钮调整喷头温度。（三）BED.热床温度，同样可以通过旋钮调节热床的温度。今21A75MairSpeed：Nozzle三Bed：图2-53D打印机打印控制第二种方法是在计算机安装3D打印的软件，目前支持3D打印的软件有很多种，例如3DBuilder,CUra,xbuilder,makebot等。需要通过在计算机上安装相关的软件及驱动，然后打开所要进行3D打印的文件，然后选择对打印机发送geode代码或者直接选择打印，如图2-6,CUra向3D打印机发送G代码控制其打印。FOCOde起曲WMJSlicedc：(day)(4ate)ti*e;

14、XncMctia4:Uy*rMigt:Uyr_h*i:KIR3pia-fcdtwfxrrJXlS83njtew*rwm);6:nns31;G21:aatxicvXujOM1ab0lutepo”UCaU4NIN:mccrul*r8bo3utaod20，工lc2iwjCJeZO:aovZto*&an4atcpa0121S.0?“rvtl_etd)：5tueUcfot“2KO;wrothewtroClF20QUr*struA3mcffGMEOsrcthee三te图2-6 cura向3D打印机发送G代码GlF(UrrvlasVpMd:futPtiaciftgmm*cgLCfiexefi如图2-7所示，

15、目前3DBuilder还提供在线3D打印服务。HHWl3DHv图2-7 3D打印在线服务2.5 特点从本质上看，SD卡的打印方式与3D打印和计算机相连接的打印方式都一样，都是通过对3D打印机发送geode命令让打印机进行操作。而从实际的使用过程中来看，SD具有更好的便捷性。而通过与3D打印机相连接的计算机，能够更好方便的去调整打印的温度，速度及XYZ轴等。3需求分析1.1 引言3D打印技术在骨科诊疗中应用的研究目的是为了解决目前科技水平无法解决的骨科问题，使处于病痛折磨的患者能够早日脱离苦海，免受病痛的煎熬。为了能够更好的在骨科中应用3D打印技术，所以我们需要对骨科诊疗进行一个分析，分析什么样的骨科疾病需要应用到3D打印技术。1.2 骨科诊