3D建模打印，让医疗更“私人定制”

作者：王聪彬

3D打印作为增材制造技术的重要分支，不仅被应用在在造业，更在医疗领域展现出巨大潜力。想象一下，未来当你因骨骼损伤就医时，你的主治医生可能会为你量身定制一套3D打印的治疗方案。

由于传统关节置换术依赖于标准化假体，这些假体往往难以完全匹配每位患者的独特骨骼结构，尤其在面对复杂的骨缺损或疾病时，局限性更为明显。借助3D打印技术，医生可以根据患者的CT扫描数据，制作出高度精确的骨骼模型。

特拉维夫苏拉斯基医疗中心（Tel Aviv Sourasky Medical Center）就曾接诊过一位罕见的癌症患者，他的肩胛骨广泛受损，侵袭性肿瘤浸润周围肌肉。尽管化疗成功缩小了肿瘤，但患者仍需进行肩胛骨全切除术。

为此，特拉维夫医疗中心的专家与PTC和Hexagon（海克斯康）团队合作，设计并植入了一个定制化的3D打印钛合金肩胛骨，完美契合患者的独特解剖结构。这一创新不仅为患者带来了新的希望，也让人们看到了3D建模技术在医疗领域的无限可能，未来个性化治疗或许会成为常态。

个性化植入物是一门跨学科挑战

在采用定制3D打印植入物之前，特拉维夫苏拉斯基医疗中心医疗团队一直受困于传统植入物的挑战。因为传统植入物往往需要大范围切除，有时甚至涉及整个关节，这不仅增加了手术的创伤性，而且会给患者带来二次伤害，如恢复期延长和功能受损。

而自主设计的植入体为这一问题提供了更有针对性的解决方案，不仅提高了疗效，还最大限度地减少了不必要的手术，为患者带来更好的康复体验。

“定制肩胛骨植入物的创新之处在于，目前市面上没有现成的完整肩胛骨解决方案。”特拉维夫Sourasky医疗中心外科创新和3D打印部门负责人Dr. Solomon Dadia说道。患者要么选择定制设计的植入物，要么在某些情况下放弃植入物，导致手臂活动困难。3D打印技术可以实现个性化的方法，制造出其他方法无法制造的植入物，并与患者的解剖结构完美匹配。

为了实现植入物的完美匹配，医疗团队在CT分割验证中发挥了关键作用，确保微小的解剖变异和比例得到准确体现。通过分割技术重建患者的解剖结构，医疗团队能够充分患者的变化，从而定制出符合患者骨骼独特轮廓和比例的植入体。

当然，在个性化医疗植入物设计的过程中，挑战还是比比皆是，最大挑战是满足不同性质的约束和要求，包括：保留个性化解剖特性（形状、体积、运动学、质量特性）、设计保持个人骨骼特性的元材料、鼓励结缔组织和肌肉向植入体内生长、可制造性和认证限制。

这就需要找出一种方法，在解剖、医疗、工程、制造和认证限制之间实现理想的平衡。通过跨学科合作和先进技术的结合，为患者提供更安全、更有效的治疗方案。

从设计到康复的医疗革命

特拉维夫医疗中心的专家与PTC和Hexagon经过详细的论证，利用Creo快速成型制造和高保真模拟设计工具，成功制作出完全个性化的肩胛骨植入物，并通过Hexagon的技术成功制造和认证了该植入物。

最终个性化植入体与患者的解剖结构完美契合，通过Creo设计和Hexagon认证工具实现的精确定制部件在患者的快速康复中发挥了关键作用，患者在术后几天内便开始恢复活动能力，这也是植入物所蕴含的卓越工程技术的最好证明。

PTC在治疗方案中，贡献了整个植入物的工程设计，从系统工程阶段到详细数字模型、产品模拟和制造准备。项目使用的Creo Parametric软件的关键技术包括：导入功能、几何重建、细分建模、高级晶格结构建模、Creo实时仿真、设计优化、验证设计和构建准备工具。

如今，患者正在进行康复治疗，功能得到了恢复，生活质量也得到了提高。但在没有引入Creo之前，在特拉维夫医疗中心需要使用多种软件解决方案才能实现类似的结果，而现在，Creo的一体化设计能力大大简化了流程。

PTC以色列地区技术副总裁，该项目肩甲骨设计工程师Ronen Ben Horin表示，通过Creo先进的网格设计工具对元材料进行工程设计，可以控制质量特性和材料特性（密度、孔隙率、刚度等）。

Solomon Dadia补充道，在医院的3D实验室，我们在制作病人专用工具和植入物方面有足够的经验，有些甚至是自己生产的。PTC的加入让我们能以最好的方式制作植入物，确保不会留下任何问题，就像在现有系统上添加了一个附加组件。

三方的合作充分体现了先进数字工具如何提高效率和病人的治疗效果。通过软件模拟植入物的机械方面，特拉维夫苏拉斯基医疗中心缩短了设计和生产时间，同时解决了重量和残余材料去除等难题，提高了流程效率。

“3D打印”个性化治疗最有前途的技术

肩胛骨置换案例研究只是医疗技术行业中众多机遇的一个缩影，许多其他客户已经在使用 PTC制造个性化植入物。PTC CAD部门总经理Brian Thompson表示，创新的Creo技术可用于设计和制造定制的医疗和牙科应用、假体解决方案和医疗设备。

PTC CAD部门总经理Brian Thompson

“将生物活性材料与当前3D打印技术结合仍然是一项挑战，但生物活性打印植入物是植入物的未来！”Solomon Dadia说，复杂的可植入打印材料的开发，加上强大的增材制造和模拟软件，使我们能将智能植入物引入外科领域。这些植入物能够与组织相互作用，优化其在体内的存活，确保完美贴合并促进组织生长。

这些进步标志着个性化医疗进入了一个新时代。Solomon Dadia坚信，3D打印是一种关键的解决方案，迟早会融入每家医院。

个性化治疗是医疗技术领域最大的趋势之一，而3D打印技术是满足个性化治疗需求的最有前途的技术之一。这只是Creo提供CAD技术以支持医疗技术行业个性化医疗的一个例子，其还可以帮助协调设计和制造计划，提高成本、质量和上市时间。

目前，PTC正将重点放在医疗技术行业以及其他四个垂直行业，包括航空航天与国防、工业、医疗技术、汽车以及电子与高科技。Brian Thompson表示，PTC与所有F500医疗技术公司合作，提供数字化转型支持。

在庆祝成立40周年之际，PTC将在CAD、PLM、ALM和服务领域的成功基础上，进一步在医疗技术行业展示数字线程的巨大价值。