快速成型技术在医学领域应用.doc

快速成型技术在医学领域的应用作者：彭昶 班级：设计09406 学号：010940639Abstract: Rapid Prototyping is a kind of advanced manufacturing technology growing rapidly in the present-day. it can transform the design to virtual prototype with certain functions or works automatically, directly, rapidly and accurately. The principle, technological process and application condition in medical area of the rapid prototyping technology are introduced in this paper.Key words: Rapid Prototyping Virtual Medical area摘要：快速成型技术是当今快速发展的一种先进制造技术。它能够自动、直接、快速、准确地将虚拟的设计赋予确定的功能和作用。快速成型的原理工作过程以及在医学领域的应用现状将会在论文中介绍。关键词：快速成型 虚拟 医学领域引言：快速成型技术在20世纪80年代出现后，其在医学领域中的应用逐渐受到重视并得到不断发展。为临床医学中长期困扰人们的“度身定做的问题的解决提供了较为有效的方法和制作手段，以CT扫描或MRI核磁共振的数据，重构三维实体模型，得NSTL格式的文件，采用快速成型技术制造人体骨骼或软组织模型，具有最快的成型速度。快速成形技术又称快速原型制造(Rapid Prototyping Manufacturing，简称RPM)技术，诞生于20世纪80年代后期，是基于材料堆积法的一种高新制造技术，被认为是近20年来制造领域的一个重大成果。它集机械工程、CAD、逆向工程技术、分层制造技术、数控技术、材料科学、激光技术于一身，可以自动、直接、快速、精确地将设计思想转变为具有一定功能的原型或直接制造零件，从而为零件原型制作、新设计思想的校验等方面提供了一种高效低成本的实现手段。即，快速成形技术就是利用三维CAD的数据，通过快速成型机，将一层层的材料堆积成实体原型。快速成型技术的主要方法和基本原理。快速成型制造技术将传统的“去除”加工方法（由毛坯切去多余材料形成产品）改变为“增加”加工方法（将材料逐层累积形成产品），根据所使用的材料和建造技术的不同，其主要方法有：采用光敏树脂材料通过激光照射逐层固化的光固化成型法（SLA）采用纸材等薄层材料通过逐层粘结和激光切割的叠层实体制造法(LOM)，采用粉状材料通过激光选择性烧结逐层固化的选择性激光烧结法(SLS)和熔融材料加热熔化挤压喷射冷却成型的熔融沉积制造法（FDM）等。目前，快速成型技术已经在医学领域有了较多的应用，主要体现在医疗诊断、外科手术规划、假肢骨骼及组织器官制作三个方面。具体而言，快速成型的医学模型对医生有以下用途：使解剖特征(如肿瘤)具体化；有利于医生之间以及医生与病人之间的交流；手术过程的操练，如在模型上进行切除、钻孔和重新定位等实践；手术前，在模型上精确的试装修复手术所需的板、钉等，以便缩短手术时间；作为植入体的原型，并用此原型进行适合性检查，然后制作移植物。另外，快速成型的医学模型对病人也有一定的帮助，能使其易于理解医生策划的手术，更好的于医生进行交流，能缩短手术时间，减少手术风险和病人的不舒适感。由于近代非侵入诊断技术如CT,MRI和正电子放射断层扫描(PET) 的发展，医生能够较易获得病人有关部位的一组二维断层图像。鉴于CT扫描的数据格式与切片数据格式的极其相似性，计算机可以将扫描的数据转化成快速成型系统通用的数据输入格式，并据此精确地复制出与生物形体具有相同形状的形体模型。因此，快速成型技术自上世纪80年代末出现以来，迅速得到医学领域的高度重视，成为快速成型技术应用研究的热点 。下面以植入体、外科手术规划以及生物工程等几个典型而重要的应用领域进行介绍。设计和制作可植入假体快速成型用于种植体设计已有很长一段时间，工程师可以利用CAD软件设计产品，然后根据RP技术制作的模型在短时间内多次验证、修改并完善设计，节约了时间和成本。RP模型的具体制作的过程为：将来源于CT扫描的数据转换成STL数据；利用RP 技术制作缺损部位原型； 采用硬质石膏、 硅橡胶等材料和相关方法翻模； 制作熔模并进行熔模铸造制作假体。运用RP技术，设计并制作种植体，这样极大地减少了种植体设计的出错空间，并且这种适合每个病人解剖结构的种植体确实能设计一个更好的手术适宜的麻醉时间，还能减少整个手术的费用。外科手术规划，复杂外科手术往往需要在三维模型上进行演练以确保手术的成功。快速成型技术可以满足这种要求。由于有了解剖模型，医生可以借助于病人自己的解剖模型，为其指出关键的区域，增加病人对治疗的理解，同时模型能让医生对病人以前的手术经历一目了然，从而按照模型进行手术规划。生物工程，快速成型技术在生物工程的应用刚刚起步。它主要针对骨的具体结构，进行CAD造型，然后利用内部细微结构仿生建模技术及分层制造，常温下用生物可降解材料边分层制造边加入生物活性因子及种子细胞。用快速成型技术以制成的细胞载体框架结构来创造一种微环境，利于细胞的粘附、增殖和功能发挥，以此达到组织工程骨的并行生长，加速材料的降解和成骨过程。在医学的优势决定了其广阔的发展空间外科学是 RP 技术最早在医学应用的领域特别是对于骨外科、领面外科、整形外科等的临床实践。利用 RP 技术可以加工出内、外部三维结构完全仿真的生物模型（ Bio-model ) ，其线尺寸误差小于 0.05mm 总体误差不超过0.l % ，这样的精度完全可以满足外科手术的需要并且可以克服生理解剖标本获得的难度及道德伦理方面的困扰。面临现代术式改良迅速及原发病损复杂等挑战，借助丁 RP 加工的患者术区解剖结构模型，外科医生可以更直观地了解术区状况并结合模型具体讨论复杂特殊病例、制定更合理的手术方案。 在模型上还可以试行手术，以预演术中可能会遇到的情况，并可比较不同术式的优劣，同时也可向年轻医生演示或供他们进行操作训练对于正额外科及整形外科手术则更可以通过对术前及术后形态的比较，预侧评估患者的术后效果。另一方面，借助 RP 模型也可使医生更容易对患者讲解手术的相关细节，加强医生和患者间的沟通便于患者对手术形成直观的认识而更积极的配合手术。至于一些特殊病例的模型，还可以收集管理作为重要标本资料供日后类似病例参考。正因为RP模型的以上优势便得该项技术几乎可用于外科各个分支。总之，技术是当今世界上发展迅速的先进制造技术之一，在继续朝着面化设备概念原型方面发展的同时，从中分化出来成为批量定制的核型工艺，并向材料梯度功能梯度零件、生物制造以及直接金属成形零件方向迅猛发展。关注它的国内外发展的最新动态，对我国的快速自动成型事业的健康发展以及制造业都有深远的意义。参考文献：1李郝林，方键机床数控技术北京：机械工业出版社，20002王运赣快速成型技术武汉：华中理工大学出版社，19993金涤尘，宋放之，现代模具制造技术北京 ：机械工业出版.4刘秉毅材料成型工艺基础.北京：高等教育出版社，2005