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关于3D打印脊柱侧弯矫形器,你不知道的事

发表时间:2021-12-23 14:39:46

 

关于3D打印脊柱侧弯矫形器,你不知道的事

 

一、 什么是脊柱侧弯?

脊柱侧弯即脊柱侧凸,它是一种脊柱的三维畸形。如果从正面看有双肩不等高或后面看到有后背左右不平,就应怀疑是否为脊柱侧弯。

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正常脊柱与脊柱侧弯

   

       这个时候应该拍摄患者站立位的全脊柱X线片,如果正位X线片显示脊柱有大于10度的侧方弯曲,即可诊断为脊柱侧弯。轻度的脊柱侧弯通常没有明显的不适,外观上也看不到明显的躯体畸形。较重的脊柱侧弯则会影响婴幼儿及青少年的生长发育,使身体变形,严重者可以影响心肺功能、甚至累及脊髓造成瘫痪。2017年中国儿童发展中心对上万名小学生进行了脊柱状况普查,脊柱不健康的孩子比例高达68.8%,不同程度脊柱侧弯发病率为20%。 

 

二、 脊柱侧弯的分类与成因是什么?

      脊柱侧弯又分为非结构性结构性,非结构性是指某些原因引起的暂时性侧弯,一旦原因去除,即可恢复正常,但长期存在者,也可发展成结构性侧弯。

      结构性脊柱侧弯有多种成因,其中以特发性脊柱侧弯最常见,占总数的75%~85%,发病原因不清楚,所以称之为特发性脊柱侧弯。其中青少年发生特发性脊柱侧弯是最为常见的。

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脊柱侧弯的C型与S型

三、 脊柱侧弯应该如何治疗?

      首先根据患者脊柱的畸形程度、年龄、躯干平衡程度等因素判断是否需要手术治疗;对于脊柱侧弯角度不大,一般20°以内特发性侧弯,可以暂不治疗,密切观察;如果侧弯角度大于20°不到40°或者因复查X线片侧弯角度每年增加超过5°,则需要进行保守治疗;如患者为青少年,应尽可能选择非手术治疗,手术治疗通常是在其他方式均无明显效果后最终采用的方式。支具疗法是目前对脊柱侧弯最常用的保守治疗方式

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脊柱侧弯的治疗方式

 

四、 脊柱侧弯矫形器是如何制作的?

1. 传统制作流程

传统矫形器一般采用石膏取型、修型、热塑板贴附、裁剪、打磨、安装内衬扎带的方式制作。优点是价格相对便宜、可以二次加热修整。缺点是整个工艺流程相对繁琐,石膏取型需要患者参与,降低患者的体验,制作效率较低,一个矫形师一天最多制作3-5个患者的支具,另外传统矫形器体积较大,难以隐藏,对青少年正常的学习、生活产生比较大的影响。

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传统脊柱侧弯矫形器的制作流程

2. 三维扫描与3D打印技术制作脊柱侧弯矫形器流程

      位于广东省中山市的陈星海医院始建于1958年,2020年改为中外合资混合所有制医疗机构。上海交通大学医学转化学院、中山陈星海医院上海弘普数字化医疗公司(博鱼体育投资成立的数字化医疗公司)合作从事3D打印与康养结合应用的研究,依托博鱼体育的激光烧结三维打印技术制造定制化的保健和康复产品,为病患提供精准医疗解决方案。

 

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上海交通大学、陈星海医院、博鱼体育合作成立的3D打印应用中心

 

 

 

      下面我们通过一个陈星海医院的实际案例来了解我们是如何利用新技术来制作脊柱侧弯矫形器的:

      患者是一名13岁的女孩,家长在一年前发现孩子疑似患有脊柱侧弯,在当地医院检查发现侧弯度数并不严重,于是家长选择观察处理。但今年复查拍片发现侧弯明显加重,于是到陈星海医院康复科就诊。医生检查时发现,孩子身体已经有明显倾斜和偏移,X 光片检查结果显示,胸椎侧弯15°,腰椎侧弯23°。孩子目前处于生长发育期,脊柱侧弯有进一步恶化的风险,于是医生建议定制3D打印侧弯支具对脊柱侧弯进行矫正。确定治疗方式后,就开始进入矫形器的制作过程。

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三维扫描

     矫形师使用iReal手持式白光扫描仪对患者的躯干进行三维扫描,患者无需穿着防护服,全程也不会产生接触,整个扫描时间在1分钟以内,一般在扫描完成后患者就可以返回家中等待矫形器完成,与石膏取模相比,体验大大改善

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三维扫描现场

 

矫形器设计

在扫描获取患者躯干曲面模型后,矫形师根据病情与治疗方案,结合X光片在专业矫形器设计软件中对曲面模型进行修型、加厚、轻量化,最终设计出可供3D打印的脊椎侧弯矫形器STL模型。整个过程根据具体复杂度不同用时约2-3小时。

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在Rodin4D中进行修型

 

3D打印

      在本案例中,我们选择博鱼体育P360进行打印,该机的成型尺寸为350×350×590mm,适合青少年矫形器的尺寸,一次任务可以打印一套矫形器和其他中小医疗模型,兼备灵活性稳定性。当然对于更大尺寸的矫形器,或者一次需要制作多个矫形器和模型的时候,我们还可以选择S480以及P550DL,前者是按照欧盟最高安全标准打造,并通过德国莱茵TÜV CE认证的工业级SLS 3D打印系统,后者则是采用双激光系统,打印效率更高的大成型尺寸工业级SLS 3D打印系统,能够满足批量生产的要求。

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博鱼体育P360、S480、P550DL、以及零件粉体全性能处理工作站(PPS)

 

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从左至右依次为P360、S480、P550DL的成型空间摆放矫形器情况

 

      另外在材料选择方面,我们使用博鱼体育Precimid1172Pro材料,这款通用型PA12材料具备良好的力学性能耐久性能,在满足对患者施加足够矫形力的同时,耐磨耐疲劳耐用,患者可以长期穿戴

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 博鱼体育Precimid1172Pro打印的脊柱侧弯矫形器

 

      打印完成后,还可以进行化学蒸汽平滑处理,使矫形器更具韧性,同时防水耐脏,有效避免细菌滋生

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博鱼体育AMT化学蒸汽平滑系统

 

      最后,安装上内衬和扎带就可以穿戴了。穿戴矫形器后,我们再次拍摄了患者的X光片,结果显示胸椎改善到9°腰椎改善到11°,侧弯度数矫正率超过50%,椎体旋转、骨盆偏移等现象均有所改善。在初次穿戴后,医生通过添加压力垫,进一步将胸腰侧弯控制在5°以内。后续计划每3个月复查一次,半年后根据脱下支具1天照X光片的情况调整治疗方案。总体来看,3D打印脊柱侧弯矫形器的矫正效果是比较理想的。

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患者第一次穿戴矫形器的X光片

      我们从案例中可以看出,相较于传统矫形器,3D打印脊柱侧弯矫形器能够起到良好的矫形效果,减少制作步骤,简化工艺流程,提高制作效率。并且改善患者治疗体验,让青少年佩戴上美观、重量轻的支具,最大程度降低对青少年日常生活的影响,符合数字医疗、精准医疗的理念和发展趋势。

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3D打印脊柱侧弯矫形器的制作流程

 

 

最后可一起通过视频详细了解整个过程。

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