人工智能驱动的 3D 打印助力手术准备

2024年10月，南极熊获悉，华盛顿州立大学（WSU）的研究团队成功开发了一种基于人工智能的3D打印工艺，能够制作出高度精细的人体器官复制品。这项创新技术旨在帮助外科医生进行复杂的手术演练，提供更准确、更适合患者的实践工具，从而提高手术成功率和患者的安全性。



技术亮点
人工智能算法经过大量肾脏、前列腺等人体器官的图像和关键属性的训练，能够优化3D打印机的设置，以平衡模型的精度、重量和打印速度。具体来说，喷嘴尺寸、材料压力和打印层高等关键参数会根据具体需求自动调整。这使得在显著缩短的时间内制作出精确的器官模型成为可能，极大地提高了手术准备的效率。

华盛顿州立大学机械与材料工程系助理教授Kaiyan Qiu表示：“人工智能驱动的流程可以快速生成高保真模型，有助于手术演练。实际上，外科医生可以在早上接受患者的MRI（磁共振成像）检查，半小时内打印出模型，然后用剩余的时间准备手术。这一过程不仅节省了时间，还提高了手术的精确度和安全性。“

技术创新
WSU团队采用了多目标贝叶斯优化（BO）方法来设计AI，以提高3D打印过程的精度。BO算法通过概率建模来优化打印设置，确保每次打印都能达到最佳效果。这种方法可以不断提高模型的质量和打印效率，帮助根据每项手术的独特需求定制输出。

WSU的系统使用NVIDIA A40 GPU和NeRF技术来创建3D打印器官的精确网格模型，确保结构和功能的保真度。NeRF技术通过神经辐射场（Neural Radiance Fields）生成高质量的3D模型，使得打印出来的器官模型在细节和功能上都非常接近真实器官。同样的AI流程还可应用于医疗设备原型的制作，例如起搏器或支架，并具有更广泛的工业应用潜力。



应用前景
机器学习辅助的3D打印方法是一个四步递归过程，确保每个环节的优化。首先，通过MRI或CT扫描获取患者的器官图像；其次，AI算法分析图像并优化3D打印设置；第三，3D打印机根据优化后的设置打印器官模型；最后，医生使用模型进行手术演练。这一过程不仅在医疗领域有巨大的应用潜力，还可以扩展到其他工业领域，提高生产和设计的效率。

行业动态
在Rapid+TCT 2024会议上，nTop首席执行官布Bradley Rothenberg讨论了AI如何优化材料使用并提高打印质量，从而更轻松地设计和测试针对特定患者的医疗设备。AI工具现已广泛集成，以提高设计流程的效率，特别是在医疗保健领域。通过AI的辅助，3D打印技术不仅能够制作出更精确的医疗设备，还能大幅降低生产成本和时间。

通过整合人工智能和3D打印技术的最新进展，医疗和工业用途的定制化、快速生产的未来似乎将继续发展。AI不仅将提高医疗手术的精确度和安全性，还将推动相关行业的创新和发展。随着技术的不断成熟和应用范围的扩大，我们有理由相信，未来的医疗和工业领域将迎来更多的变革和突破。