奥地利研究人员发布一款可3D打印颅骨植入物的自动化设计软件

来源：极果网

近日据外媒报道，奥地利研究人员发布了一款免费的自动化设计软件，据悉它可以3D打印颅骨植入物，这无疑是医疗史上的一大进步。

颅骨缺损通常指的是头部外伤，一般是颅骨畸形矫正或脑瘤切除术相关的外科手术所致，在此期间，外科医生需要切除一部分颅骨才能进入大脑。为了修复这种损害，通常会使用钛或生物相容性聚合物来制造合成替代物，这是因为原始的骨骼结构过于受损或受污染而无法重复使用。

当前颅骨成形术的生产过程主要依赖于高质量的植入物设计和专业公司制造的颅骨植入物，既昂贵又耗时，执行该过程所需的高级专业知识，加上对其进行优化所需的商业软件，将使成本更高。另外如果想完成植入的手术，患者至少需要进行两项手术：颅骨切开术和颅骨成形术，这使他们遭受更多痛苦。

目前奥地利研究人员已经把该程序集成到TU Graz的Studierfenster基于云的平台中，可实现使用深度学习算法自动恢复头骨的缺失部分，通过从已完成的头骨中减去有缺陷的头骨，生成针对患者特定植入物的STL文件。此过程允许在现场进行3D打印植入物，大大减短了医疗植入物的交付周期，此外还减轻了患者的痛苦和不适感。

尽管3D生物打印技术的进步加速了医疗植入设备的制造，但仍然还没有找到更快速、低成本的替代产品。例如，一名西班牙患者在等待使用植入物，但想实现它必须使用多种软件进行设计并在英国制造，然后才能进行手术。

而目前降低生产过程中的成本和交货时间的其中一种方法是开发用于颅骨植入物设计的临时免费CAD软件，不过这需要设计和操作的高水平专业知识，因此低成本的全自动现场设计和制造软件是才是解决根本问题的理想方案。

设计自动化仍然是一个挑战，3D打印的植入物需要精确地适合头骨的缺损区域，并对大脑进行保护。如果不能完美地重建植入物的边界、厚度和形状一致性，则该部件可能会使患者容易受到轻伤。

就在研究人员焦头烂额之际，两名格拉茨大学的学生启动了Studierfenster网站。一个基于云的开放科学平台，可用于医学图像处理。自最初发布以来，该平台已添加了许多功能，例如从2D图像重建3D面部、修复和修复主动脉夹层、自动主动脉界标检测和自动颅骨植入物设计。这些交互式功能背后的大多数算法都在服务器上运行，并且可以使用通用的浏览器界面轻松访问它们，从而使该平台可以在计算能力较低的小型设备上使用。

从其早期开发阶段开始，Studierfenster的自动颅骨植入物设计系统就已纳入该软件，并从那时起经过迭代优化。该程序通过在开颅手术前后将患者的CT扫描上传到软件中来工作，该软件通过计算两个头骨之间的差异来生成植入物。这将产生一个表面模型，在医院现场自动进行3D打印，从而消除了额外的交货时间和外部制造成本。另外，这款程序还具有从重建的颅骨体积中减去有缺陷的颅骨的能力，使得该过程能够自动进行。

他们的用于自动颅骨植入物设计的在线系统可以大大改善当前颅骨成形术的临床常规，不过平台也有缺点，它的有效性在某种程度上仍然取决于硬件和互联网，而将颅骨体积转换为网格的速度可能很慢。尽管如此，研究人员仍然相信它有可能在未来的临床环境中使用。