第四届国际康复医学与康复工程前沿技术临床转化会议—3D技术在康复医学及康复工程的应用实例

2018年11月16-18日，由上海交通大学、上海交通大学医学院附属第九人民医院、国家康复辅具研究中心、上海康复辅具与老年福祉产业技术创新战略联盟共同主办的“第四届国际康复医学与康复工程前沿技术临床转化会议暨第一届3D打印与医疗机器人前沿技术临床转化高峰论坛”在江苏省昆山皇冠国际会展酒店隆重召开。

本次会议以“数字化时代的医学3D打印与智慧康复”为主题，聚焦上下肢康复机器人、医疗手术机器人、虚拟现实技术、移动护理机器人、外骨骼机器人、生物3D打印、3D打印假肢与矫形器技术、康复云社区、智能家居及临床康复医学最新发展等国际前沿研究领域，邀请400余名来自国内外知名大学、医院、康复医学机构、科研院所及产业界的嘉宾齐聚一堂，共鉴盛举。

会议设立主会场与四个分会场的并行论坛，为中外学者及产业尖端人才搭建了学术交流平台，打通了医工交叉产业转化壁垒，以学术推动产业发展，以产业支撑学术创新。

先临三维带来的“数字化设计和3D打印辅助康复工程的方案设计”论文荣获本次高峰论坛“优秀青年康复论坛-浦江康复转化医学奖”鼓励奖，是对我们在将3D扫描和3D打印这种数字化技术应用于辅助康复领域工作的肯定以及激励。

增材制造在医疗和矫形康复领域的应用越来越广泛，论文介绍了三维数字化设计和3D打印用于改善制作预防瘢痕增生面具工艺，辅助设计软组织扩张器，漏斗胸疾病病情评估和治疗效果评价三个方面的案例，探讨了其中传统的实现方式和引入三维数字化设计和3D打印后的新流程，并对利弊做了分析。

预防瘢痕增生面具

烧伤后导致的瘢痕增生，是一种循环不良，结构不正常和神经分布错乱的假性组织。烧伤过，接受完治疗后的皮肤，在愈合过程中皮肤组织的成纤维组织反应增高，形成瘢痕后结缔组织过度增生，会产生局部充血瘢痕组织。

传统通过石膏取模的方式存在诸多弊端：

1）面具制作时间一般都是在患者康复早期，这时候皮肤较为脆弱，石膏取型方法对于皮肤存在一定的刺激性。

2）取型时，需要患者等到石膏凝固，时间长，石膏和伤口接触，患者会感到痛苦，难以配合。

3）石膏在凝固的时候，体积会发生变化，模型的准确度就会发生变化，这样做出来的面具会出现精度的偏差。

先临三维和上海瑞金医院，昆明医院附二院，西京医院合作，利用3D扫描代替传统石膏取模的过程，3D打印出面具模型，最终制成内表面有硅凝胶的面具。

引入三维扫描仪的新型工艺流程是：

（1）使用EinScan Pro系列手持式三维扫描仪，快速获取面部数据。

（2）对获取的数据，使用geomagic studio进行简单的修复编辑；

（3）使用光敏树脂3D打印设备打印出面部的数据模型，本文尝试了两种解决方案。

第一种解决方案：由3D打印设备，使用普通光敏树脂材料获得打印的面部数据，向打印的模型当中灌入石膏，凝固后的模型即为人体面部阳模，然后加热面具的材料板，使之软化易成型，用真空吸塑的技术，将软化后的材料板紧紧贴于模型表面，冷却后的材料板会再次定型，裁剪下来，进行微调和装配弹力带，最后再在上面附上硅凝胶，完成整个面具的制作。

第二种解决方案：由3D打印设备，使用透明的生物兼容性光敏树脂材料，打印出面罩，对于面具进行微调，内层面将硅凝胶附着上去，加上压力带，最终做成一个完整的面具完成。

相比于传统石膏取模方式，引入三维数字化技术的优势非常明显：

1）非接触式成像，采集过程病人无不适感；

2）高精度相机采集，制作出来的面具和病人的贴合性更高，施压更为均匀；

3）三维数字化技术，整个制作周期更短。

软组织扩张器

皮肤软组织扩张术是在疤痕周围的皮肤内部，埋入一个硅胶做成的水囊，然后通过后来的慢慢注水，使周围正常的皮肤扩张生长，通过这样的方式长出额外多出来的皮肤。

使用传统方式制作软组织扩张器存在一些弊端：

1）进行低温热塑版取模时，会有一个加热、取型、冷却的过程，整个过程时间较长，导致患者不容易配合完成；

2）受物理测量工具所限，所测得的尺寸误差较大，导致建模出来的模型与人体贴合性差；

3）需要多次调整模具，制作周期较长，人工成本很高。

先临三维和上海第九人民医院合作，尝试引入三维数字化的新型工艺，通过三维扫描和3D打印快速软组织扩张器模具。

主要步骤是：

1）使用EinScan Pro系列手持式三维扫描仪，快速获取医生标记的植入扩张器的区域。

2）对获取的数据在solid edge当中进行裁剪，快速曲面，抽壳，建面，拉伸等操作进行编辑设计，建立软组织扩张器的模型。

3）使用3D打印设备，打印出相应的模具模型，和患者进行实际的匹配，进行修改调整。

4） 通过和患者的实际结合，确认好最终模具形态，做出相对应的软组织扩张器，供医生植入患者体内。

引入三维数字化技术存在许多优势：

1）非接触式成像，采集过程病人无不适感；

2）传统工艺流程中，由于模具加工复杂，每个软组织扩张器的制作，需要反复和病人对接匹配，进行多次模具的制作调整，整个生产周期很长，而3D打印大大减少生产周期，使病人能够及早就医；

3）利用三维数字化技术，通过非接触式高精度三维重构，获取数据精确，与病人贴合性更高。

漏斗胸疾病评估

漏斗胸(pectus excavatum,PE;funnel chest)是人类最常见的胸壁畸形,发生率约为1/300～1/800,男∶女之比约为4∶1。

传统的漏斗胸病情评估方式，借助CT或者MRI数据，获取凹陷最低点的断层面，测得相对应的A和B的值，由B/A的值，行业内称为Haller  Index（行业标准） ，以此值作为相应的病情评估标准。但使用CT扫描， 存在放射线，对人体有一定的影响；使用MRI获取数据的时间较长，年龄较小的孩童不易保持。

先临三维和浙江大学医学院附属儿童医院合作，引入三维数字化，利用EinScan Pro系列手持式三维扫描仪，进行人体扫描，快速获取人体相关数据。将扫描获得数据导入geomagic studio中，找到我们所需要的截面，进行点与点间的测量，测量A值和B值。

从下图中可以看到，由三维扫描仪获取的数据和由CT获取的模型完全吻合，由多组扫描对象的数据分析可以得出，两种方法得出的分析结果存在线性关系，可以由三维扫描仪获取的数据结果来替代由CT获取数据，作为一种新的病情评估方式。

EinScan Pro系列新品请查看下方链接：

先临三维推出手持式三维扫描仪新品EinScan Pro 2X综合先临三维和多家医院、保健院、康复中心等合作的经验，选取了预防瘢痕增生面具，软组织扩张器，漏斗胸疾病评判，三个方面的案例，探讨了传统工艺流程及其存在的一些弊端，阐述了三维数字化设计和3D打印在医疗康复工程中起到的积极作用。

先临三维正尝试利用数字化和3D打印技术的医疗方案，和更多有能力的医院合作，以及在专科医院部署数字化和3D打印实验室，以更快推进增材制造在医疗的应用开发，解决传统方式的弊端，为患者带来福音。

参考文献：

1.   李玲, 黄润文, 石慧. 58例四肢烧伤康复期病人健康教育效果分析[J]. 当代护士：综合版（上旬刊）,2004(1):24-26.

2.   梁英, 曹丽华, 宋丽. 烧伤后瘢痕增生患者的康复护理[J]. 中华护理杂志, 1999, 34(2):364-365.

3.   ParkH J, Lee S Y, Lee C S, et al. The Nuss procedure for pectus excavatum:evolution of techniques and early results on 322 patients.[J]. Annals ofThoracic Surgery, 2004, 77(1):289-295.