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格拉茨工业大学（TU Graz）和奥地利格拉茨医科大学的研究人员设计了一种用于颅骨植入（或颅骨成形术）设计的自动化系统。该程序已集成到TU Graz的Studierfenster基于云的平台中，该程序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，可以概括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，并大大减少了用于常规手术的植入物的现有交付周期，此外还减轻了患者的痛苦和不适感。

3D打印颅骨植入物

颅骨缺损通常是头部外伤，先前与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，因为原始的骨骼结构过于受损或受污染而无法重复使用。

当前用于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，这既昂贵又耗时。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，将使这些成本更高。此外，该程序的人力成本也值得考虑。在目前的过程中，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。这可能要花费几天的时间，所有这些患者的头骨都是不完整的。

尽管生物3D打印技术的进步加速了医疗植入设备的制造，但仍然需要一种快速，低成本的替代产品。例如，在研究人员参考的一个案例研究中，一名西班牙患者必须等待植入物使用多种软件进行设计并在英国制造，然后才能进行手术。研究团队使用这样的实例将现有的植入物设计过程确定为当前临床工作流程中的主要瓶颈。

奥地利的研究人员开发了一种自动化流程，允许用户设计颅骨植入物。图片来自格拉茨工业大学。

格拉茨工业大学的在线平台

降低生产过程中的成本和交货时间的一种方法是开发用于颅骨植入物设计的临时免费CAD软件。这仍然需要设计和操作的高水平专业知识，因此研究人员得出结论，低成本的全自动现场设计和制造软件是理想的解决方案。而且，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，并提供其前任所做的对大脑的保护。如果不能完美地重建植入物的边界，厚度和形状一致性，则该部件可能使患者容易遭受轻伤。

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，用于医学图像处理，可以通过任何Web浏览器访问该软件。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集成到该软件中，并从那时起进行了迭代式优化。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，该模型将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。此外，该程序能够从重建的颅骨体积中减去有缺陷的颅骨，从而使该过程能够自动进行，这与以前的工作不同。

研究小组得出结论，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。该平台有缺点，其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，尽管该软件目前已用于教育和研究目的，但它有可能在未来的临床环境中使用。

研究小组的新自动程序允许制造和设计完全与患者在同一家医院进行。图片来自格拉茨工业大学。

增材制造中的颅骨创新

在过去的几年中，3D打印一直被用于辅助颅骨重建手术。例如，来自西北大学和伊利诺伊大学芝加哥分校（UIC）的研究人员使用3D打印的超弹性骨骼来再生大鼠的颅骨缺损。该研究可能会导致开发出一种具有成本效益的颅面骨移植解决方案。

得克萨斯州A＆M大学的研究人员将3D打印，生物材料工程学和干细胞生物学相结合，以创建新型，更高效，可定制的骨移植材料。科学家使用这种技术生产了3D打印的高成骨支架，该支架可促进骨细胞生长，并作为定制形状的骨骼再生的坚固平台。

英国的北曼彻斯特总医院（NMGH）使用其3D打印实验室创建了DCIA骨移植物，用于重建癌症患者的上颌或下颌。该过程为医院节省了大量时间和成本。

（本文来源：中国3D打印网）