3D掃描儀各行業解決方案-生物醫學工程篇

綜述
生物醫學工程（Biomedical Engineering，簡稱BME）領域是結合物理、化學、生物、數學和計算機與工程學的原理，從事生物學、再生醫學或材料學的研究；隨著生物3D列印技術的發展，其個性化定制和擅長製作複雜結構的特點，已經使生物3D數字化技術解決方案應用於生物醫學領域的研究成為一種趨勢。

        醫學影像是臨床診斷疾病的主要手段之一，也是世界上開發科研的重點課題。傳統的醫用影像設備以採用X射線、超聲、放射性核素磁共振等進行成像為主，新型的醫用影像設備有3D掃描儀、手術導航系統、三維CT等。
 
　　 生物材料是製作各種人工器官的物質基礎，它必須滿足各種器官對材料的各項要求，包括強度、硬度、韌性、耐磨性、撓度及表面特性等各種物理、機械等性能。由於這些人工器官​​大多數是植入體內的，所以要求具有耐腐蝕性、化學穩定性、無毒性，還要求與機體組織或血液有相容性。這些材料包括金屬、非金屬及復合材料、高分子材料等；輕合金材料的應用較為廣泛。新型生物材料與最新的3D列印技術相結合，在生物醫學領域引發了一連串的革命。
 
　　 生物3D列印是3D列印技術最前沿的研究領域，它基於3D數字模型，快速成型生物醫學研究需要的三維實體組織。儘管這一技術在生物醫療領域的應用起步稍晚，但發展勢頭迅猛。現階段已形成：細胞及器官打印、醫療植入體打印製造、假肢製造和手術器械製造等多個應用發展方向。而細胞及器官列印無疑最具有想像空間。國外醫療研究機構已經成功打印出心肌組織，肺臟，動靜脈血管等人體器官。人們在驚嘆於這一技術的神奇的同時，也寄希望於它給人類生物醫療的發展帶來更加光明的前景。

方案重點
生物醫學工程領域的3D數字技術方案，核心圍繞以下幾點：
1.生物3D列印的3D數字模型的創建與設計
-把影像採集、CT、ECT、體外3D掃描等獲取到的數據，導入專門的醫學設計軟件，來創建用於3D列印的數字模型，更加精確、更加高效；
- 也可以根據研究需要，正向設計一個3D數字模型，結合ＣＡＤ技術，實現對支架結構的優化設計以及對支架製造的精確控制。

2. 生物材料3D列印/細胞列D打印的具體應用方向
-像傳統的生物醫學中的PCR技術和膜片鉗技術一樣，推動生物醫學領域的科技發展；
-構建和修復組織器官，提供新的臨床醫學技術，為未來人工器官、人工皮膚、人工軟骨等移植提供技術支持；
-可以做藥物研發領域的藥物篩選的模型，大大提升藥物篩選的進程；
- 細胞芯片製作，主要做微陣列傳感器芯片，一樣可以用於藥物的準確篩選；
- 組織工程支架和植入物的3D列印，使之能夠適應細胞、血管的生長，培育成活體。

方案價值
3D列印具備個性化製造能力，在醫學領域當中有極其廣泛的應用前景。3D列印與傳統的醫學影像採集，CT、ECT等技術結合，再加上與3D建模技術結合之後，在人工假體、人工組織器官的製造方面產生巨大的推動效應。

1.為生命科學和材料科學領域的研究者提供新的研究工具：基於生物3D列印技術，將生物材料打印成新型結構或將細胞打印成組織模型，可用於再生醫學、組織工程、癌症、幹細胞、醫用高分子材料等科學領域的研究。
 
2. 骨組織支架3D列印（Bone tissue scaffold manufacturing）：基於生物3D列印技術，可以在骨組織CT數據重建或設計的三維模型指導下，用生物材料製造具有實際骨組織結構外形和復雜內部微觀結構的可降解或不可降解骨支架。
第一步：解剖學數據的採集；
第二步：骨結構的3D建模和優化；
第三步：生物3D列印；
第四步：支架的後處理；
第五步：植入生物體。
 
3.血管組織工程支架（Vascellum tissue scaffold manufacturing）：以血管解剖學和生理學數據為基礎，結合血流動力學理論，構建血管3D模型，用3D列印技術製造單分支血管支架及樹狀血管網支架，為生命科學領域的研究者提供新的研究工具。
 
4. 複雜精細結構支架（tissue scaffold manufacturing）：基於生物3D列印技術，應用CAD軟件自由設計模型和定制用於組織器官修復、藥物控釋和科學研究的生物材料3D支架，支架具備可自由設計的外形和復雜內部微觀結構，為材料科學的研究者提供新的研究工具。
 
5.為製藥公司列印藥物篩選模型和新型藥物控釋支架：列印具有功能的人體組織活細胞模型，用於藥物體外篩选和毒性試驗，彌合臨床前試驗和臨床試驗間的鴻溝；列印具有自由設計結構的藥物控釋支架。

客戶案例
北京協和醫院成功運用先臨三維的可視化手術導航系統協助完成脊柱打釘外科手術

A. 面臨的問題：
    脊柱打釘手術是風險性較大的外科手術之一，患者的痛苦感也比較大。據報導統計，往直徑在15毫米以下的腰椎或更小的胸椎上打釘，通常會有15－30％的釘子會打在外緣而固定不牢，或者向內偏差傷及神經，對患者造成很大的身體與精神損害。

B. 先臨三維的解決方案：

    利用三維數字技術協助醫療手段的提升，幫助患者早日康復一直是先臨三維不變的信念。針對國內脊柱打釘手術一直面臨的難題，先臨三維開發了可視化手術導航系統。
    解決方案使用設備：脊柱手術專用光學觸筆與可視化手術導航軟件。
    運用3D定位技術，可以幫助手術醫生根據患者CT掃描圖，準確的找准患者脊柱打釘的角度與位置，極大地提高手術的成功率，大幅降低手術風險，進一步保證患者的治療結果。

C. 案例圖解：

                      術前模擬

                     正式手術中