膝關(guān)節(jié)的案例
膝內(nèi)、外翻畸形對(duì)膝關(guān)節(jié)影響的平面有限元計(jì)算分析和光彈實(shí)驗(yàn)研究
采用有限元和光彈的實(shí)驗(yàn)方法,研究膝內(nèi)、外翻畸形對(duì)膝關(guān)節(jié)生物力學(xué)影響。方法利用膝關(guān)節(jié)影像資料在Super-Sap軟件上建立平面有限元模型,在內(nèi)翻30°～外翻30°之間,按每2°加載受力,計(jì)算模型中各節(jié)點(diǎn)的應(yīng)力應(yīng)變情況。按膝關(guān)節(jié)彈性模量,制成各種膝關(guān)節(jié)畸形的環(huán)氧樹脂模型,加載后置于偏振光場中觀察應(yīng)力光圖。結(jié)果①正常膝關(guān)節(jié)內(nèi)、外側(cè)均為壓應(yīng)力。②膝內(nèi)翻:內(nèi)翻12°～18°開始顯著變化,應(yīng)力集中于脛骨平臺(tái)內(nèi)側(cè)。③膝外翻:角度逐漸增加,外翻20°后應(yīng)力顯著變化,集中于外側(cè)脛骨平臺(tái)。結(jié)論膝內(nèi)翻12°和膝外翻20°為膝關(guān)節(jié)應(yīng)力集中的臨界角度
膝內(nèi)、外翻畸形對(duì)膝關(guān)節(jié)影響的平面有限元計(jì)算分析和光彈實(shí)驗(yàn)研究.pdf
展開 利用HyperMesh 構(gòu)建自然膝關(guān)節(jié)模型
全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)后通過對(duì)股四頭肌肌力 進(jìn)行計(jì)算分析來改善患者的膝關(guān)節(jié)屈曲度
行業(yè)：醫(yī)療/生物力學(xué)
挑戰(zhàn)：如何使用計(jì)算分析來量化評(píng)估 膝關(guān)節(jié)屈曲/伸展過程中髕骨扣 狀物厚度對(duì)股四頭肌肌力變化所造成的影響。
Altair 解決方案：利用AltairHyperMesh構(gòu)建出極為精細(xì)的膝關(guān)節(jié)3D模型后進(jìn)行 有限元分析。
優(yōu)點(diǎn)：能夠構(gòu)建代表人體真實(shí)膝關(guān)節(jié) 結(jié)構(gòu)的基本3D模型。
背景介紹
膝前疼痛是全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)(TKA)的主要術(shù)后并發(fā)癥。患者膝關(guān)節(jié)無法自由伸 展/屈曲，對(duì)其行走、抬腿或從座位站起等日常活動(dòng)造成顯著影響。這種膝關(guān)節(jié)活動(dòng)嚴(yán)重受限的情況是需要進(jìn)TKA翻修術(shù)最常見的適應(yīng)癥之一。導(dǎo)致這一狀況的原因是手術(shù)過程中膝關(guān)節(jié)髕骨組件尺寸欠佳——這一“紐扣狀”組件的作用是改善股四頭肌伸展力的機(jī)械性能。克萊姆森大學(xué)生物工程系生物力學(xué)研究組通過應(yīng)用基于HyperWorks的有限元分析，評(píng)估了髕骨扣狀物厚度對(duì)股四頭肌肌力變化程度造成的影響。
50多年來，克萊姆森大學(xué)生物工程系始終注重對(duì)學(xué)生、教師和研究人員進(jìn)行 培養(yǎng)，為他們?cè)诶碚撝R(shí)、專業(yè)技能和個(gè)人發(fā)展上提供了諸多寶貴機(jī)遇。所有教師均擁有豐富的本科生和研究生科研指導(dǎo)經(jīng)驗(yàn)，在他們的帶領(lǐng)下，生物工程系的學(xué)生能夠有效利用工程原理來了解和治療疾病。此外，該系還與多名醫(yī)師和企業(yè)家展開合作，確保其研究課題始終著眼于高優(yōu)先級(jí)的醫(yī)療挑戰(zhàn)。在系主任MartineLaBerge 博士的領(lǐng)導(dǎo)下，克萊姆森大學(xué)和南卡羅來納醫(yī)科大學(xué)還在南卡羅來納州的查爾斯頓共同啟動(dòng)了生物工程項(xiàng)目，這使雙方的合作關(guān)系進(jìn)一步加強(qiáng)。
展開 內(nèi)馬爾遭10次犯規(guī) - 有限元助力膝關(guān)節(jié)保護(hù)及傷后恢復(fù)
其中膝關(guān)節(jié)是球員最容易受傷的部位。研究膝關(guān)節(jié)的生物力學(xué)行為，獲得膝關(guān)節(jié)骨組織和軟骨組織在生理載荷作用下的應(yīng)力分布對(duì)于認(rèn)識(shí)膝關(guān)節(jié)損傷機(jī)理和保護(hù)膝關(guān)節(jié)具有重要意義。通過建立膝關(guān)節(jié)三維有限元模型并進(jìn)行計(jì)算分析，可以很好的實(shí)現(xiàn)對(duì)膝關(guān)節(jié)的研究。
首先，我們需要建立有限元模型，將三維實(shí)體模型導(dǎo)入到有限元分析軟件Abaqus中，設(shè)置單元類型和材料屬性，劃分網(wǎng)格，最終得到膝關(guān)節(jié)三維有限元模型。計(jì)算模型中包括骨質(zhì)結(jié)構(gòu)17864個(gè)單元、軟骨88691個(gè)單元、半月板4485個(gè)單元及韌帶34033個(gè)單元，得到包括股骨、脛骨、腓骨、髕骨、軟骨、半月板以及關(guān)節(jié)韌帶的全膝關(guān)節(jié)有限元模型。
表1：膝關(guān)節(jié)有限元模型中各組成部分單元類型及材料參數(shù)
有限元模型與邊界條件
全膝關(guān)節(jié)模型中股骨與股骨軟骨、脛骨與脛骨軟骨定義為綁定接觸。股骨軟骨分別于脛骨軟骨和半月板相接觸，并且將半月板前腳和后腳固定于脛骨平臺(tái)。根據(jù)膝關(guān)節(jié)解剖結(jié)構(gòu)，將韌帶與相應(yīng)的韌帶附著點(diǎn)進(jìn)行綁定約束，韌帶包括前（后）交叉韌帶、髕韌帶、內(nèi)側(cè)副韌帶、外側(cè)副韌帶。腳踝處采取固定約束，其他位置均不采取任何約束限制，完全依靠韌帶約束膝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)，在股骨頭處施加集中力載荷，載荷方向沿力線方向，人體單腳站立時(shí)，股骨頂端收到上半身對(duì)其的壓力為體重的62%，考慮單腳站立和雙腳站立兩種載荷工況，單腳站立時(shí)，集中力大小為403N，雙腳站立時(shí)，集中力大小為202N。
展開 基于ABAQUS自然膝關(guān)節(jié)步態(tài)下接觸力學(xué)仿真模型
基于ABAQUS自然膝關(guān)節(jié)步態(tài)下接觸力學(xué)仿真模型
軟件版本：ABAQUS2019
模型運(yùn)動(dòng)條件：膝關(guān)節(jié)屈曲運(yùn)動(dòng)
基于ABAQUS的人工膝關(guān)節(jié)置換假體力控制接觸模型仿真
基于ABAQUS的人工膝關(guān)節(jié)置換假體力控制接觸模型仿真
軟件版本：ABAQUS2019
模型運(yùn)動(dòng)條件：ISO 14243-1 2009
基于ABAQUS的人工膝關(guān)節(jié)置換假體位移控制接觸模型仿真
基于ABAQUS的人工膝關(guān)節(jié)置換假體位移控制接觸模型仿真
軟件版本：ABAQUS2019
模型運(yùn)動(dòng)條件：ISO14243-3-2014
透骨消痛顆粒治療膝骨性關(guān)節(jié)炎骨內(nèi)高壓的成分模擬分析
目的預(yù)測透骨消痛顆粒對(duì)膝骨性關(guān)節(jié)炎骨內(nèi)高壓的影響。方法采用主成分分析、描述符計(jì)算等計(jì)算機(jī)方法來研究透骨消痛顆粒中分子和與血液循環(huán)系統(tǒng)相關(guān)藥物分子／類藥分子的化學(xué)空間。結(jié)果透骨消痛顆粒中分子有良好的多樣性，具有類藥性質(zhì)，存在與血液循環(huán)系統(tǒng)作用的分子。結(jié)論透骨消痛顆粒可通過改善血液循環(huán)來達(dá)到防治膝骨性關(guān)節(jié)炎骨內(nèi)高壓。
透骨消痛顆粒治療膝骨性關(guān)節(jié)炎骨內(nèi)高壓的成分模擬分析.pdf
案例分析：密蘇里大學(xué)-Adams 仿真幫助診斷膝蓋病
例如，膝關(guān)節(jié)處于足底到骨盆的動(dòng)力學(xué)鏈的中心點(diǎn)。但脛骨與股骨之間的連接所形成的幾何約束卻微乎其微。需經(jīng)由大量軟組織結(jié)構(gòu)的運(yùn)作來實(shí)現(xiàn)膝關(guān)節(jié)的穩(wěn)定性。
這些結(jié)構(gòu)的詳細(xì)工作方式在很大程度上仍是未知的。MSC 的 Adams 是一種多體動(dòng)力學(xué)仿真解決方案，可提供正確的深入分析，有助于更加透徹地了解膝關(guān)節(jié)的內(nèi)部運(yùn)作。
背景
典型的例子就是半月板的作用。半月板為其承坐的股骨形成杯狀結(jié)構(gòu)，從而幫助穩(wěn)定膝關(guān)節(jié)。此外，半月板還可以起到吸收沖擊的作用，緩沖來自股骨的壓縮力并傳播到更大范圍的脛骨上。但我們對(duì)于半月板的許多方面仍然一無所知。而這些方面正是 MSC 的 Adams 大顯身手之處。
不久之前，外科醫(yī)生還經(jīng)常會(huì)摘除受損的半月板，但如今這一做法已經(jīng)非常少見，這是因?yàn)槲覀冎腊朐掳逶诰S持膝關(guān)節(jié)穩(wěn)定性方面有著極其重要的作用。而半月板對(duì)于我們而言仍有很多未解之謎。例如，當(dāng)那些將半月板包裹至脛骨的韌帶松弛時(shí)會(huì)出現(xiàn)什么情況？容易誘發(fā)這種情況的起因是受傷還是年齡？更深入地了解膝關(guān)節(jié)的生物力學(xué)能帶來廣泛的潛在效益，例如預(yù)防受傷、改進(jìn)治療方法。
密蘇里大學(xué) Mizzou 運(yùn)動(dòng)分析中心（MAC）的研究人員認(rèn)為，加深對(duì)半月板的了解有可能需要對(duì)傳統(tǒng)分析法進(jìn)行提升。他們需要一種多體動(dòng)力學(xué)仿真工具，這種仿真應(yīng)能重現(xiàn)由肌肉驅(qū)動(dòng)的荷載和運(yùn)動(dòng)，并且擁有對(duì)所有的膝關(guān)節(jié)連接組織進(jìn)行建模時(shí)所需的計(jì)算能力。他們選定的軟件工具就是 Adams。
解決方案及其驗(yàn)證
MAC 研究人員采用 Adams 多體動(dòng)力學(xué)軟件來開發(fā)最全面、最逼真的膝關(guān)節(jié)仿真。他們首先為受試者配裝標(biāo)示器。他們利用一個(gè)運(yùn)動(dòng)捕獲系統(tǒng)來記錄受試者在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)行走、活動(dòng)時(shí)這些標(biāo)識(shí)器的移動(dòng)。通過核磁共振成像（MRI）技術(shù)捕捉骨骼、軟骨、半月板及韌帶的圖像。利用測力板來測量地面接觸力、利用 EMG（肌電圖）來測量肌肉活動(dòng)。
展開 USC肌肉骨骼生物力學(xué)研究室使用HyperMesh進(jìn)行開拓性研究
Altair 解決方案：利用HyperMesh創(chuàng)建有限元模型，借以分析關(guān)節(jié)處軟骨的應(yīng)力情況。
優(yōu)點(diǎn)：快速建立有限元分析模型；靈活
背景介紹
在USC的肌肉骨骼生物力學(xué)實(shí)驗(yàn)室，ShawnFarrokhi博士正在研究一項(xiàng)重 大課題：為什么很多人因膝關(guān)節(jié)痛而喪失活動(dòng)能力，而有些人卻安好無恙。對(duì)于患有關(guān)節(jié)炎的人來說，這是一個(gè)非常棘手的問題，因?yàn)榈侥壳盀橹梗?em>關(guān)節(jié)炎尚無根治之法。最終的解決辦法是使用假體來替換關(guān)節(jié)。不過，絕大部分患者無力承擔(dān)置換 假體的高額費(fèi)用，所以大多數(shù)人選擇服用止痛藥來緩解癥狀，還有人只是忍受疼痛。對(duì)于這類疾病，早期診斷會(huì)有所幫助，這也正是Farrokhi的研究重點(diǎn)。
他先將核磁共振圖像進(jìn)行處理，然后使用HyperWorksCAE工具集中的HyperMesh創(chuàng)建有限元模型，借以分析髕股關(guān)節(jié)處軟骨的應(yīng)力情況。這項(xiàng)研究工作為Farrokhi的博士論文提供了部分依據(jù)，其最終目標(biāo)是尋求最佳療法來消除膝蓋關(guān)節(jié)炎帶來的慢性病痛——這是一個(gè)代價(jià)高昂的世界性難題。
挑戰(zhàn)
Farrokhi的博士論文研究對(duì)象群體涵蓋18-40歲人群，其中大部分為女性。這 是因?yàn)樵诙喾N因素的影響下，女性患膝關(guān)節(jié)痛的幾率幾乎是男性的兩倍。“部分原因是身體構(gòu)造差異，另一部分原因是女性臀部肌肉力量往往較弱，還有就是運(yùn)動(dòng)量 的差異，”Farrokhi稱。不過，由于男性通常比女性更愛運(yùn)動(dòng)，所以他們也容易出現(xiàn)膝關(guān)節(jié)痛的癥狀，大運(yùn)動(dòng)量是膝關(guān)節(jié)痛的一大誘發(fā)因素。以軍隊(duì)新兵為例：約有三分之一的新兵會(huì)在基本訓(xùn)練期間出現(xiàn)膝關(guān)節(jié)痛——這在一些健康專家中是一大熱門主題。
當(dāng)膝關(guān)節(jié)痛引發(fā)的關(guān)節(jié)炎可通過X射線和核磁共振觀察到時(shí)，就已無法挽回。因此，F(xiàn)arrokhi的研究重點(diǎn)是設(shè)法對(duì)可能患膝關(guān)節(jié)炎的高風(fēng)險(xiǎn)人群進(jìn)行篩查。
展開 愛康醫(yī)療2020年?duì)I收10.35億元，骨科3D打印植入物產(chǎn)品達(dá)1.2億元
同時(shí)南極熊發(fā)現(xiàn)，3D打印產(chǎn)品占比12.2%， 其中3D打印髖關(guān)節(jié)仍保持了21.8%的快速增長。。
受COVID-19疫情影響，增長速度明顯放緩。截至2020年12月31日止年度，愛康醫(yī)療實(shí)現(xiàn)收入人民幣10.35億元，較2019年增長11.7%，2020年年報(bào)凈利31400.70萬元，淨(jìng)溢利亦較2019年增加17.6%。收入的持續(xù)增長一方面是公司借助3D打印技術(shù)和3D ACT平臺(tái)樹立品牌形象，有效地推動(dòng)了3D打印產(chǎn)品和常規(guī)髖膝關(guān)節(jié)產(chǎn)品的銷售所致。另一方面，集團(tuán)新收購理貝爾后，快速拓展了脊柱和創(chuàng)傷內(nèi)植入物業(yè)務(wù)，使得銷售收入增加。
髖膝關(guān)節(jié)置換內(nèi)植入物產(chǎn)品
髖膝關(guān)節(jié)置換內(nèi)植入物產(chǎn)品產(chǎn)品包括膝關(guān)節(jié)置換內(nèi)植入物及髖關(guān)節(jié)置換內(nèi)植入物。髖關(guān)節(jié)置換內(nèi)植入物于截至2020年12月31日止年度錄得收入為人民幣571.0百萬元，較截至2019年12月31日止年度的人民幣544.4百萬元增長了4.9%。該增長乃由于集團(tuán)借助3D打印技術(shù)和已在市場上樹立的良好品牌形象，使得髖關(guān)節(jié)置換內(nèi)植入物銷量增長所致。于相同期間，由于新冠疫情導(dǎo)致來自英國的JRI收入下降部分抵銷了中國市場的收入增長。膝關(guān)節(jié)置換內(nèi)植入物于截至2020年12月31日止年度錄得收入為人民幣258.0百萬元，較截止2019年12月31日止年度的人民幣229.7百萬元增長了12.3%，該增長主乃由于集團(tuán)借助AHK等疑難複雜膝關(guān)節(jié)手術(shù)解決方案的上市，進(jìn)一步鞏固了集團(tuán)在膝關(guān)節(jié)全面解決方案提供者的品牌形象，促進(jìn)了高性價(jià)的膝關(guān)節(jié)產(chǎn)品銷量增長所致。
金屬3D打印植入物產(chǎn)品
3D打印產(chǎn)品主要包括3D打印髖關(guān)節(jié)置換內(nèi)植入物、 3D打印人工椎體及椎間融合器和3D打印人工骨盆植入物。
展開 HyperWorks在汽車與行人腿部碰撞仿真中的應(yīng)用
HyperView可以直接輸出法規(guī)所考察的參數(shù)，即脛骨加速度、膝關(guān)節(jié)剪切位移和膝關(guān)節(jié)彎曲角度。通過比較，仿真結(jié)果與試驗(yàn)數(shù)據(jù)具有較好的一致性，各參數(shù)之間的誤差分別為4.69%、9.91%、1.64%，如圖5、圖6、圖7所示。以上分析結(jié)果表明，計(jì)算機(jī)仿真模擬能較好的反映腿部沖擊器與汽車的碰撞過程，能夠?qū)ν炔考?em>膝關(guān)節(jié)的損傷程度進(jìn)行正確預(yù)測。
圖5 脛骨加速度仿真與試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比
圖6 膝關(guān)節(jié)剪切位移仿真與試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比
圖7 膝關(guān)節(jié)彎曲角度仿真與試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比
4 結(jié)論
由以上分析結(jié)果可見，HyperWorks在汽車與行人腿部碰撞仿真分析中發(fā)揮了極大的作用。本文在其軟件支持下，應(yīng)用有限元法和計(jì)算機(jī)仿真模擬技術(shù)，對(duì)腿部沖擊器與汽車的碰撞過程進(jìn)行模擬分析。其仿真結(jié)果與試驗(yàn)數(shù)據(jù)有較好的一致性，為汽車與行人碰撞過程的研究提供了更有效更經(jīng)濟(jì)可行的方法。在新車開發(fā)設(shè)計(jì)階段，能夠正確預(yù)測整車的行人保護(hù)安全性能并為其性能優(yōu)化提供參考依據(jù)。
展開 
3D打印器官能否跨越技術(shù)與法規(guī)障礙，解決移植器官短缺問題？
- 膝關(guān)節(jié)軟骨可以保護(hù)膝關(guān)節(jié)半月板，軟骨過度使用及磨損可能導(dǎo)致膝關(guān)節(jié)炎，嚴(yán)重的患者需要接受膝關(guān)節(jié)置換手術(shù)，植入金屬人造膝關(guān)節(jié)植入物。但是膝關(guān)節(jié)置換手術(shù)非常昂貴，并且使用壽命有限，如果盡早移植帶有活性的3D打印半月板，將減少膝關(guān)節(jié)出現(xiàn)永久性損壞的可能性，并減少治療費(fèi)用。
這類相對(duì)簡單的3D打印人體組織的研究將為人們創(chuàng)建復(fù)雜器官奠定基礎(chǔ)。
案例分享 | Simufact Additive——3D打印仿真軟件在醫(yī)療行業(yè)的應(yīng)用
圖：Simufact.Additive圖形用戶界面（前處理）
Simufact Additive典型案例
1） 膝關(guān)節(jié)3D打印仿真案例
圖：膝關(guān)節(jié)定制模型
通過Simufact Additive軟件，對(duì)膝關(guān)節(jié)產(chǎn)品的3D打印過程進(jìn)行精確復(fù)現(xiàn)，可完美預(yù)測打印各個(gè)環(huán)節(jié)膝關(guān)節(jié)模型的各項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)。軟件自動(dòng)對(duì)變形位置進(jìn)行反變形補(bǔ)償優(yōu)化，降低產(chǎn)品打印后的變形量，幫助用戶提高產(chǎn)品精度，降低試錯(cuò)打印的成本，同時(shí)幫助患者早日獲得定制產(chǎn)品。
圖：膝關(guān)節(jié)變形自動(dòng)優(yōu)化
2）患者特定植入物
鈦合金具有優(yōu)秀的生物兼容性，并且重量輕，剛度好，是人體植入物的首選材質(zhì)。Simufact的某一醫(yī)療行業(yè)客戶，借助Simufact Additive軟件對(duì)鈦合金（TiAl6V4）材質(zhì)的某特定植入物進(jìn)行了建模分析。在Simufact的幫助下，快速找到了打印變形的原因，并對(duì)打印的擺放位置、方向、切割方式進(jìn)行了系統(tǒng)的優(yōu)化。
圖：鈦合金特定植入物
圖：不同的擺放方式和支撐創(chuàng)建
圖：變形及殘余應(yīng)力分布
通過仿真分析，得到相對(duì)優(yōu)質(zhì)的部件擺放位置，但部件的變形量依舊很大，最大約4mm左右，如下圖所示。
圖：不同擺放方式的打印變形分析（透明陰影為原始位置）
通過借助Simufact Additive的變形自動(dòng)補(bǔ)償功能，對(duì)變形量進(jìn)行了進(jìn)一步優(yōu)化，并獲得高精度的打印結(jié)果。軟件可將反變形后的STL文件進(jìn)行輸出，使用優(yōu)化后的STL文件進(jìn)行實(shí)際打印，即可實(shí)現(xiàn)“一次打印成功”。經(jīng)自動(dòng)補(bǔ)償后，變形結(jié)果控制在了0.2mm以內(nèi)，如下圖所示。
展開 增材制造在骨科領(lǐng)域持續(xù)創(chuàng)造效益
Smith&Nephew 使用了 3D 打印的切割導(dǎo)板，這些輔助導(dǎo)板簡化了膝關(guān)節(jié)手術(shù)步驟。而這些省掉的步驟在 Smith& Nephew 原來的膝關(guān)節(jié)置換手術(shù)中就占了四分之一4。
圖1 BodyCad的3D打印切割輔助簡化了膝關(guān)節(jié)置換手術(shù)的手術(shù)步驟
與機(jī)械零件或設(shè)備不同，人體組織都是個(gè)性化的。例如，將近 500 萬美國人5 經(jīng)歷了膝關(guān)節(jié)置換手術(shù)。術(shù)后，他們的生活質(zhì)量和基本運(yùn)動(dòng)能力在很大程度上取決于手術(shù)的精確度。通用的手工工具目前依舊是按現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)方案執(zhí)行，與此同時(shí)，增材制造在個(gè)性化手術(shù)中已經(jīng)成為一種低成本和高精度的手段，并可實(shí)現(xiàn)大規(guī)模定制。
另一個(gè)例子是 Bodycad，該公司生產(chǎn)定制的骨科修復(fù)產(chǎn)品，他們利用 3D 成像技術(shù)，精確地繪制出病人的膝蓋。然后，Bodycad 使用 3D 打印技術(shù)來精確的定制切割工具(圖1)和替換假肢(圖2)。實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)顯示，這些切割輔助比手持工具更精確，和機(jī)器人輔助系統(tǒng)一樣精確，但省卻了機(jī)器人的固定設(shè)備成本的投入6。
每次手術(shù)中，增材制造生產(chǎn)的膝蓋切割輔助可以節(jié)省 900 多美元7，這些案例直接使手術(shù)時(shí)間縮短了 3 周，手術(shù)中減少了 21 個(gè)步驟8。與標(biāo)準(zhǔn)的全膝關(guān)節(jié)置換手術(shù)相比，增材制造在減少手術(shù)步驟、減少手術(shù)時(shí)間的同時(shí)，降低了成本。更重要的是，它使外科醫(yī)生能夠通過更精確的方法來保存骨骼和組織，從而提高病人的長期療效。
圖2 Bodycad使用3D打印技術(shù)來制造精確的假體置換
增材制造的臨床進(jìn)展
增材制造越來越多地應(yīng)用于臨床修復(fù)學(xué)，為創(chuàng)造個(gè)性化的手術(shù)體驗(yàn)提供了新的機(jī)會(huì)，以滿足患者獨(dú)特的需求。例如，它允許工程師簡化過程，比如在植入物中添加一個(gè)多孔的表層，以確保更好的骨整合，從而使得患者的骨更好在其中生長。
展開 醫(yī)學(xué)影像三維重建軟件如何助力定制化3D打印植入物設(shè)計(jì)？
360 Knee Group 進(jìn)行膝關(guān)節(jié)植入物虛擬測試
類似技術(shù)還可以應(yīng)用在膝關(guān)節(jié)植入手術(shù)中。360 Knee Group 公司使用醫(yī)學(xué)掃描數(shù)據(jù)在Simpleware軟件中創(chuàng)建膝關(guān)節(jié)模型，以確定膝關(guān)節(jié)植入物 的最佳植入位置。與上述髖關(guān)節(jié)植入手術(shù)的應(yīng)用一樣，該技術(shù)能夠?qū)⒒颊?D解剖模型與虛擬手術(shù)規(guī)劃和手術(shù)導(dǎo)板設(shè)計(jì)聯(lián)系起來，降低手術(shù)的風(fēng)險(xiǎn)，提高植入物的準(zhǔn)確性和可靠性。
倫敦大學(xué)學(xué)院（UCL）的研究人員也將此類技術(shù)應(yīng)用于膝關(guān)節(jié)翻修手術(shù)的研究中。股骨和脛骨組件的次優(yōu)取向可導(dǎo)致長期患者問題，包括疼痛和磨損。 UCL 對(duì)檢索數(shù)據(jù)和CT 臨床數(shù)據(jù)進(jìn)行了研究，以評(píng)估材料損傷。他們使用Simpleware 軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分割，并創(chuàng)建適合于將修復(fù)前植入物定位與失效植入物植入后微CT掃描結(jié)果進(jìn)行比較的表面模型。
該方法能夠更好地理解種植體取向和磨損模式之間的相關(guān)性，從而在未來減少減少定制化植入物設(shè)計(jì)中存在的問題。
總結(jié)
基于患者醫(yī)學(xué)影像的三維重建技術(shù)，不僅可以應(yīng)用在骨科定制化植入物設(shè)計(jì)、手術(shù)規(guī)劃領(lǐng)域，還可以應(yīng)用在更廣泛的定制化醫(yī)療器械設(shè)計(jì)領(lǐng)域，例如可用于設(shè)計(jì)神經(jīng)調(diào)節(jié)設(shè)備和輪椅等器械，工程師通過該技術(shù)能夠?qū)_的患者身體3D模型和器械的CAD 設(shè)計(jì)模型進(jìn)行分析，從而評(píng)估患者的適用性。醫(yī)療監(jiān)督管理機(jī)構(gòu)也逐漸認(rèn)識(shí)到對(duì)醫(yī)學(xué)三維模型進(jìn)行仿真，作為驗(yàn)證工具正在創(chuàng)造一種對(duì)于臨床醫(yī)生來說可靠、快速、準(zhǔn)確的方法。
但是該技術(shù)的應(yīng)用是存在挑戰(zhàn)的，包括臨床醫(yī)學(xué)掃描數(shù)據(jù)的可用性，以及放射科醫(yī)生或其他用戶對(duì)于醫(yī)學(xué)影像處理和模型生成技術(shù)的學(xué)習(xí)曲線。此外，此類技術(shù)解決方案需要能夠滿足臨床治療所要求的緊迫交期，也需要使工作流程直觀、可重復(fù)，足以得到可用的結(jié)果。
隨著醫(yī)學(xué)影像處理軟件的應(yīng)用，臨床醫(yī)生、研究人員獲得了更為強(qiáng)大的基準(zhǔn)測試方法。
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