三维重建及3D打印技术在精准胸腔镜肺段切除术中的应用

目的:探讨三维重建及3D打印技术在精准胸腔镜肺段切除术中的应用。方法:选取2020年1月至2022年12月在我院行精准胸腔镜肺段切除术患者105例,用随机数表法分为2组,对照组(53例)和研究组(52例),对照组给予三维重建制定术前计划,研究组给予三维重建及3D打印技术制定术前计划。比较两组围术期相关指标,术前、术后3 d、术后3个月的肺功能指标,临床治疗疗效以及并发症发生情况。结果:研究组术中出血量、住院费用与对照组比较,差异均无统计学意义(P>0.05),研究组手术时间、拔管时间、住院时间明显短于对照组(P<0.05),研究组淋巴结清扫个数明显高于对照组(P<0.05),研究组术后总引流量明显低于对照组(P<0.05)。术后3 d研究组用力肺活量(FVC)、第1秒用力呼气容积(FEV1)、呼气流量峰值(PEF)、每分钟最大通气量(MVV)、肺一氧化碳弥散量(DLCO)较术前均降低(P<0.05),术后3 d、术后3个月对照组FVC、FEV1、PEF、MVV、DLCO较术前均降低(P<0.05),术后3 d对照组FEV1/FVC较术前升高(P<0.05),术后3个月对照组FEV1/FVC较术前降低(P<0.05),且术后3 d、术后3个月研究组FVC、FEV1、PEF、MVV、DLCO明显高于对照组(P<0.05),术后3个月研究组FEV1/FVC明显高于对照组(P<0.05)。研究组临床治疗疗效优于对照组,且研究组的临床治疗总有效率为94.23%,明显高于对照组(67.92%)(P<0.05)。研究组的并发症发生率为19.23%,与对照组(24.53%)比较,差异无统计学意义(P>0.05)。结论:三维重建及3D打印技术应用在精准胸腔镜肺段切除术中,可有效缩短手术时间,促进患者康复,改善肺功能,提高临床治疗疗效,且安全性较好。

螺旋CT三维扫描重建联合3D打印用于髋臼骨折手术的价值研究

目的:探讨螺旋CT三维扫描重建联合3D打印技术在髋臼骨折外科手术中的应用价值。方法:选取2018年1月至2020年12月新疆维吾尔自治区人民医院收治的71例髋臼骨折并接受手术治疗的患者,依据治疗方式的不同将其分为观察组(38例)和对照组(33例),观察组采用螺旋CT三维重建,并以3D打印辅助内固定治疗,对照组采用常规手术治疗。比较两组患者手术效果及恢复情况。结果:观察组骨折复位质量评分及分项百分制髋功能评分高于对照组,术中出血量、术中透视次数、手术用时及住院时间均明显低于对照组,差异均有统计学意义(t=23.426、4.216、3.425、17.783,P<0.05);观察组和对照组骨折复位优良率分别为94.74%和78.79%,差异有统计学意义(x^(2)=4.059,P<0.05);观察组患者髋关节功能评分中疼痛、功能及关节活动均高于对照组,差异有统计学意义(t=-4.873、-5.776、-6.247,P<0.05);观察组并发症发生率明显低于对照组,差异有统计学意义(x^(2)=4.059,P<0.05)。结论:在髋臼骨折围术期应用螺旋CT三维重建结合3D打印可进一步保证手术的安全性和可行性,提高手术质量和效率,促进术后恢复。

肾及肾上腺肿瘤高仿真3D打印模型在泌尿外科住院医师规范化培训教学中的应用效果

目的探讨肾及肾上腺肿瘤高仿真3D打印模型在泌尿外科住院医师规范化培训教学中的应用效果。方法将40名参加泌尿外科住院医师规范化培训的医师随机分为试验组和对照组,每组20名。收集肾及肾上腺肿瘤的CT影像资料,打印成高仿真3D模型。给予对照组传统教学,给予试验组传统教学联合高仿真3D打印模型教学。教学结束后,比较两组医师的理论知识考核成绩和对教学方法的评价。结果试验组医师的理论知识考核成绩,以及学习兴趣、解剖认识、知识记忆、医患沟通、临床思维、教学满意度条目得分高于对照组(P<0.05)。结论高仿真3D打印模型可以直观展示肾及肾上腺肿瘤的立体解剖结构,有助于加深医师对相关知识的理解、记忆,提高教学质量,是一种有效的教学方法。

基于3D打印模型的案例教学方法在气管插管教学中的应用

目的探讨基于3D打印模型的案例教学方法(case-based learning,CBL)在气管插管教学中的应用效果。方法采用整群抽样方法,选取2019年1月—2022年1月在浙江省丽水市人民医院进行临床实习的温州医科大学2015级、2016级、2017级五年制临床医学专业80名学生为研究对象。采用随机数字表法,将80名学生分为试验组和对照组,每组40名学生。试验组学生采用基于3D打印模型的案例教学方法,对照组学生采用传统教学方法。教学结束后,通过理论知识、操作技能考核成绩和问卷调查结果,比较两组学生各自教学方法的实施效果。两组学生按照不同级次分批进行教学和考核。结果理论知识考核结果显示,试验组学生成绩[(45.23±2.66)分]优于对照组学生[(40.94±3.41)分],其差异具有统计学意义(P<0.05);操作技能考核结果显示,试验组学生成绩[(48.26±2.33)分]优于对照组学生[(42.89±3.25)分],其差异具有统计学意义(P<0.05)。问卷调查结果显示,在学习兴趣、学习效率、主动的互动、知识掌握程度、总体教学满意度5个方面,试验组学生的评分均高于对照组学生,其差异均具有统计学意义(均P<0.05)。结论基于3D打印模型的案例教学方法,与传统教学方法相比,可以为学生带来全新的立体视觉感受和模拟体验,有助于提高学生的学习兴趣和效率,有助于学生将理论知识和操作技能掌握得更加牢固,教学满意度更高,值得进一步深入研究与推广应用。

3D打印实物模型在颈椎疾患住院医师规范化培训教学中的应用和探讨

目的探讨3 D打印实物模型在提高颈椎疾患住院医师规范化培训(简称住培)教学效果中的作用。方法选取参加骨科住培的颈椎疾患学习的住院医师80名为研究对象,随机分为两组,观察组(40人)以幻灯讲解加3 D打印实物模型教学,对照组(40人)采用幻灯讲解教学。课后即时和课后1月分别对住院医师的知识掌握情况和诊疗技术进行现场测试,利用问卷的形式对住院医师的满意度和参与兴趣(10分法)进行调查。结果课后即时观察组的知识掌握情况和对照组相当(P>0.05),但是观察组的诊疗技术测试成绩显著高于对照组(P<0.05),观察组的满意度和参与兴趣评分均显著高于对照组,两者对比差异有统计学意义(均P<0.05);课后1月时,观察组的知识掌握情况和诊疗技术测试成绩均显著高于对照组(均P<0.05)。结论3 D打印实物模型应用于颈椎疾患住培的带教中,可显著提高教学效果,提升住院医师的满意度和参与兴趣,值得在住培教学中推广。

基于三维扫描及3D打印的文物数字化保存与逆向修复技术研究与应用

基于三维扫描和逆向工程技术,在分析定位和扫描原理的基础上,使用结构光三维扫描仪对文物(古铜环)表面进行激光扫描,获取文物的结构点云数据,实现文物的数字化保存。通过点云处理软件Geomagic Wrap和逆向工程软件Geomagic Design X对文物进行逆向建模,并将逆向建模的古铜环实体和三维扫描设备采集的原始点云数据进行最佳拟合状态下的体偏差检测,校核逆向建模的精度和尺寸偏差离散性。通过3D和2D的偏差检测云图显示,古铜环逆向建模的平均偏差为-0.4217 mm~0.3328 mm,标准偏差为0.4460 mm。尺寸偏差大部分处于±0.2 mm之间,逆向建模精度符合要求。同时对逆向建模的古铜环进行3D打印,实现文物仿真建模修复。本文以三维扫描与逆向修复古铜环为例,研究三维扫描和3D打印技术在文物保护领域的应用,为文物的数字化保存展示和仿真修复提供理论和实践参考。

基于CT三维重建成像术前3D打印模型模拟手术操作在经皮肾镜碎石取石术中的应用

本研究探讨基于CT三维重建成像术前3D打印模型模拟手术操作在经皮肾镜碎石取石术治疗复杂性肾结石患者的效果。选取96例复杂性肾结石患者,采取随机分组方式分为3D组、常规组,各48例,3D组采用基于CT三维重建成像术前3D打印模型模拟经皮肾镜碎石取石手术操作方式实施治疗,常规组仅采取手术前CT三维重建进行手术定位下经皮肾镜碎石取石术治疗。对比两组患者手术时间、手术出血量、单次穿刺成功率、术后结石清除率,以及外周血白细胞计数(WBC)、血红蛋白(Hb),血清降钙素原(PCT)、C反应蛋白(CRP)、胱抑素C(CysC)、血尿素氮(BUN)、血肌酐(Scr)的变化,并记录两组患者的手术并发症发生情况。3D组的手术时间、手术出血量均低于常规组患者,3D组患者的单次穿刺成功率高于常规组(P<0.05);3D组患者在术后24 h的血清CysC水平低于常规组(P<0.05);术前、术后24 h、术后72 h监测两组患者的外周血WBC、Hb,血清PCT、CRP变化情况,3D组和常规组患者的外周血WBC、Hb,血清PCT、CRP变化变化趋势比较,差异无统计学意义(P>0.05);术后统计两组患者手术并发症,3D组的并发症率(4.17%)低于常规组患者的(16.67%)(P<0.05)。基于CT三维重建成像术前3D打印模型模拟手术可有效缩短手术操作时间、减少出血量,提高单次成功率,降低手术对患者肾功能的损伤程度。

CT三维重建及3D打印模型在骨科教学中的应用

目的研究CT三维重建技术及3D打印模型在骨科教学中应用效果。方法随机选取2022年3—9月河北大学临床医学专业本科生40名进行调查,对此40名临床医学专业本科生的外科学骨科课程采用CT三维重建技术及3D打印模型辅助教学,结课后统计考试成绩及教学满意度。随机选择采用传统教学方式的河北大学本科生40名,将传统教学组的考试成绩及骨科教学满意度作为传统教学组。对两组学生的考试成绩及教学满意度进行分析。结果3D打印组学生的考试成绩为(86.90±4.52)分,教学满意度评分为(47.27±2.21)分。传统教学组学生的考试成绩为(82.27±3.66)分,教学满意度评分为(43.65±3.23)分。3D打印组学生的考试成绩及教学满意度均高于传统教学组,差异有统计学意义(P<0.05)。结论CT三维重建技术及3D打印模型辅助教学可以有效地提高学生成绩,提升教学满意度,改善教学质量。

3D打印模型结合翻转课堂在脊柱外科微创培训中的应用

目的探讨翻转课堂联合3D打印模型教学在脊柱外科微创培训中的应用效果。方法选择2020年5月—2022年5月在浙江大学医学院附属第二医院脊柱外科微创中心进修的42名学员为研究对象,随机分为研究组和对照组,研究组21名进修学员采用翻转课堂联合3D打印模型教学,对照组21名进修学员采用单纯翻转课堂方法进行授课讲解。2组学员分别进行了出科考试测验和满意度问卷调查。结果2组进修学员培训前检测成绩、微创理论知识成绩,差异无统计学意义(P>0.05)。研究组学员在培训结束后其出科脊柱微创临床知识成绩及微创基本技能操作、微创手术技巧提高和总体满意度均高于对照组,差异均有统计学意义(P<0.05)。结论应用3D打印模型教学结合翻转课堂可明显提高脊柱外科进修学员的学习质量和总体满意度,提升脊柱微创培训的效果。为脊柱外科微创培训的一种新型教学模式。

3D打印个性化正畸装置对单根牙垂直移动的三维有限元分析

背景:基于牙齿垂直移动原理,通过数字化设计结合3D打印制作个性化正畸装置,可使个性化正畸装置与单个切牙形成支抗系统。借助微种植体绝对支抗作用可对单根牙在三维方向上进行精准控制。目的:基于生物力学原理设计了牙位11、12、21、22压低移动与伸长移动的个性化正畸装置,通过三维有限元法分析个性化正畸装置的安全性与其对牙齿的移动作用。方法:应用Mimics、Geomagic Wrap、SolidWorks和Ansys Workbench软件分别建立了上颌前牙区(牙位11、12、21、22)牙槽骨-牙周膜-上颌切牙-个性化悬臂微种植体-连接板-个性化托槽的三维有限元模型,每个牙位分别设置个性化压低移动与伸长移动正畸装置,加载300 g拉力或推力,分析个性化正畸装置各部件应力水平,计算牙齿位移与牙周膜应力分布情况。结果与结论:①个性化压低移动正畸装置受到的最大等效应力为162.90 MPa,个性化伸长移动正畸装置受到的最大等效应力239.57 MPa,二者的最大等效应力均位于个性化托槽加力附件的垂直部分,个性化正畸装置各部件所受等效应力均在屈服强度内,均具有良好的安全性;②在个性化正畸装置作用下,牙齿初始位移呈现整体压低或伸长移动的趋势,垂直方向上的位移远远超过在水平方向和矢状方向上的位移;牙周膜根尖或颈部位置出现等效应力峰值,在根尖区牙周膜出现等效应力集中区域;③结果显示,个性化正畸装置可以使牙位11、12、21、22近似达到压低移动或伸长移动的目的,初步证实了个性化垂直移动正畸装置的有效性。

口扫联合3D打印制备两单位植体模型的精确度研究

目的比较口扫联合3D打印制备的不同植体间距的两单位植体模型的精确度。方法首先在3个高仿真的下颌牙列缺失树脂模型上分别植入2颗替代体,要求其中心间距分别为10 mm、20 mm、30 mm,再进行仓式扫描获取数字化模型数据,作为实验的真值。对照组采用开窗式印模及灌注超硬石膏后得到工作模型。实验组采用口扫联合3D打印获得工作模型。最后利用Geomagic Quality 2013进行精确度研究。结果在正确度实验中,当植体间距为10 mm、20 mm时,对照组与实验组所测得的拟合偏差值低于100μm的参考值。在精密度实验中,植体间距为10 mm时测得的拟合偏差值显著优于植体间距为30 mm时测得的拟合偏差值。结论当植体间距在20 mm内时,两组中植体三维位置的精确度均符合临床标准;在植体间距相同的情况下,传统印模技术相比于数字化技术的精确度更高。

3种3D打印模型辅助治疗RobinsonⅡB2型锁骨骨折

背景:随着3D打印技术在医学中的应用及发展,使得骨科内固定手术迈向精准化、个体化,通过3D打印技术获得的等比例骨折模型进行术前模拟、规划,实现了由传统的2D图像向更加形象、精细的立体实物的跨越,让术者提前了解骨折类型、预演复位顺序,进而实现骨折手术的个体化实施,优化了手术过程,带来更佳的术后恢复效果和更少的手术并发症。目的:比较3种3D打印模型结合计算机虚拟复位技术辅助切开复位接骨板内固定和传统切开复位接骨板内固定治疗RobinsonⅡB2型锁骨骨折的临床疗效。方法:将80例RobinsonⅡB2型锁骨骨折患者随机分为试验组(40例)和对照组(40例),试验组利用3种3D打印模型(患侧锁骨骨折模型、计算机模拟锁骨骨折复位后模型、健侧锁骨镜像模型)结合计算机虚拟复位技术在术前进行体外手术预演,最后利用健侧锁骨镜像模型进行3D打印来提前弯折和选择接骨板进行内固定,对照组直接进行切开复位接骨板内固定。比较两组患者入院至手术时间、术中出血量、手术时间、透视次数、对接骨板的折弯次数、骨折愈合时间、并发症发生情况及两组患者治疗前后目测类比评分、Constant肩关节功能评分。结果与结论:试验组患者入院至手术时间长于对照组(P<0.05);试验组患者手术时间、术中透视次数及对接骨板的折弯次数均小于对照组(P<0.05);试验组患者骨折愈合更快,并发症更少(P<0.05);两组患者术中出血量无统计学差异(P>0.05);两组患者Constant评分均有随时间延长而上升的趋势(F=613.50,P<0.001),但组间比较差异无显著性意义(F=0.08,P=0.78),测量次数与分组无交互效应(F=0.27,P=0.66)。两组患者目测类比评分随时间延长而下降(F=1149.55,P<0.001),但组间比较差异无显著性意义(F=0.02,P=0.88),测量次数与分组无交互效应(F=1.02,P=0.36)。结果表明使用3D打印模型结合计算机虚拟复位技术进行术前预演,可以缩短手术时间、减少术中透视及对接骨板折弯的次数,同时具有骨折愈合更快、并发症更少的优势,并能达到与传统切开复位接骨板内固定相似的功能恢复。

可拆卸式3D打印模型在翼腭管解剖教学中的应用研究

目的探讨可拆卸式3D打印模型在翼腭管及翼腭窝解剖教学中的应用效果。方法选取2020级昆明医科大学口腔医学专业学生40名,采用简单随机法将其分为对照组和观察组,每组20名。观察组采用可拆卸式3D打印模型进行授课,对照组采用传统幻灯片和实物模型进行授课,比较2组考核成绩,并采用问卷对观察组进行教学效果调查。结果观察组考核评分为(8.01±0.97)分,高于对照组的(6.42±0.53)分,二者比较,差异有统计学意义(P<0.05)。学生对可拆卸式3D打印模型认可度较高。结论可拆卸式3D打印模型可帮助学生更好地了解翼腭管和翼腭窝解剖结构,提高学生学习兴趣和效率。

基于五轴无支撑3D打印的手肘模型位姿调整算法

骨科急救对支具制造时间具有高度敏感性,3D打印技术为个性化支具快速制造提供了有利条件。由于手肘支具弯曲管状具有大量相对于打印平台的悬空结构,支撑的打印极大影响成型效率。打印底板可旋转的五轴无支撑3D打印工艺为高效打印提供了有效解决方案。但经现场三维扫描的不规则手肘模型位姿需与打印机构适配,才能顺利打印。为解决手肘模型最优位姿适配问题,提出了基于三维手肘模型特征与打印装备结构约束下的位姿调整算法(即五轴无支撑3D打印的手肘模型位姿调整算法)。针对三维扫描模型的不规则性,通过对手肘模型中心线的提取、三坐标轴夹角计算和长短轴几何识别等多维度获得模型空间位姿特征;针对打印装备底板旋转角度限制及底面模型生长点坐标位置,进行手肘模型的底面平行、空间朝向和底板贴近等多角度位姿优化调整,以适合3D打印要求。通过仿真对比分析和打印实验,验证了所提手肘模型位姿调整算法的有效性,对无支撑快速3D打印的切片处理提供支持。

基于TRIZ理论的3D打印抗震模型设计与制作

目前,市面抗震模型存在整体性不足、节点设计不科学等问题,文章基于TRIZ理论提出具有创新性、系统性、普适性的技术发明方法论,结合大众的主观经验与技术手段解决问题,利用矛盾分析法、物—场模拟法系统地剖析现有模型的构造柱及圈梁等关键节点,进行创新改动。结果表明,3D打印抗震模型具有更好的整体性,且可以更真实地模拟地震情景。

砂型3D打印材料在岩体物理模型试验中的应用研究及展望

无法获得内部结构高度一致的岩体试样以及预制缺陷制作困难一直是岩石室内物理试验中面临的关键问题。3D打印技术作为近年来快速发展的先进制造技术,可以作为有效方法实现对复杂结构的制备,目前已经有众多研究学者将其应用于岩石室内物理试验中。为了寻求最接近于天然岩石细微观结构特征以及脆性特征的3D打印类岩石模型,相关学者采用了砂型材料对类岩石模型进行打印以达到代替天然岩石进行试验的目的,相关研究成果证实砂型3D打印材料具有与天然岩石材料相似的脆性特征、表面粗糙度特征、细微观结构特征、裂纹扩展规律等,为砂型3D打印类岩石模型开展岩石室内物理试验奠定了基础。基于此,根据近年来国内外相关研究以及本课题组近六年的研究成果,对基于砂型3D打印材料的岩体模型在岩石室内试验中的研究成果进行了总结分析,指出了现有研究存在的问题和局限性,并对未来砂型3D打印材料应用于岩石室内物理试验中的前景进行了展望。

3D打印脊柱侧弯矫形器治疗青少年脊柱侧弯的多准则决策模型评价

背景:传统脊柱侧弯矫形器存在制作工艺流程复杂、加工周期长、贴合性差等缺点,3D打印脊柱侧弯矫形器具有制造精度高、个性化等优势。目的:基于多准则决策模型评价3D打印脊柱侧弯矫形器治疗脊柱侧弯的疗效。方法:回顾性收集2019年1月至2022年10月收治于中山陈星海中西医结合医院的72例脊柱侧弯患者的临床资料,根据治疗矫形器的不同分为2组,研究组23例采用3D打印脊柱侧弯矫形器治疗,传统组49例采用传统的聚丙烯脊模塑柱矫形器治疗。比较两组患者临床疗效以及并发症发生状况;建立3D打印脊柱侧弯矫形器治疗脊柱侧弯的多准则决策模型,并对两组效益值、风险值及决策模型的稳定性进行评价。结果与结论:①研究组患者治疗6个月后,顶椎偏移距离、Cobb角、顶椎旋转度、功能性运动评分、目测类比评分以及总有效率与传统组相比均显著改善,差异有显著性意义(P<0.05);②效益指标中对患者病情影响最大的是Cobb角,风险指标影响较大的是呼吸困难;③研究组和传统组治疗脊柱侧弯效益值分别为79和64,风险值分别为74和57,综合效益和风险值发现研究组治疗方法的效益-风险值比传统组高出16;④在0-100%风险相对权重范围内,研究组的效益-风险总值总是高于传统组,证明多准则决策模型的稳定性较好;⑤提示3D打印脊柱矫形器能够更好地恢复脊柱侧弯青少年的脊柱生理弯曲,提高治疗有效率。

3D打印模型在骶骨肿瘤教学中的运用及效果评价

目的 评估3D打印模型在住院医师骶骨肿瘤教学中的效果。方法 选取2019年9月至2023年8月北京大学人民医院骨肿瘤科轮转的60名专业型硕士研究生作为研究对象,采用区组随机化的方法将其分为案例教学(CBL)组(30例)、3D打印结合CBL组(30例)。CBL组采用CBL模式教学;3D打印结合CBL组在CBL组的基础上增加3D打印模型。课程结束后,比较两组问卷调查结果及教学质量。结果 3D打印结合CBL组满意度高于CBL组,差异有统计学意义(P<0.05)。3D打印结合CBL组调查问卷各维度(该课程是否有助于理解骶骨周围的解剖结构、该课程是否有助于提高综合能力、该课程是否有助于理解骶骨肿瘤知识与手术内容的联系、该课程是否可以增加医学兴趣、该课程的学习过程是否愉快轻松、该课程是否提高了你的自主学习能力)评分及总分高于CBL组,差异有统计学意义(P<0.05)。3D打印结合CBL组理论考核成绩及临床实践技能考核成绩高于CBL组,差异有统计学意义(P<0.05)。结论 在骶骨肿瘤的教学过程中,采用3D打印模型能够显著提升学生的学习动力、理论和实践能力,使学生更深入地掌握骶骨肿瘤知识。

3D打印技术在舰船管系三维建模设计中的应用

为提升复杂结构舰船管系的设计灵活性,研究3D打印技术在舰船管系三维建模设计中的应用。利用CAD软件建立舰船管系的二维模型,依据舰船管系三角面片的交线段,确定舰船管系的点、线、面关系,将其转换为舰船管系三维模型。将舰船管系三维模型,导入切片软件中,利用切片引擎运行3D打印切片引擎增强处理算法,切片处理舰船管系三维模型,输出舰船管系三维模型的Gcode代码文件。将Gcode代码导入3D打印机,采用Z字填充法填充舰船管系3D打印材料,实现舰船管系模型的3D打印。实验结果表明,该方法可以精准打印舰船管系三维模型,打印结果的尺寸偏差小,提升了舰船管系设计的灵活性。

基于FDM3D打印机的数学模型数字化制造

增材制造技术的蓬勃发展不仅颠覆了制造业,在其他领域也引起了极大的改变。基于此,针对数学公式和函数抽象难以理解的特点,通过3D打印的方法只做了典型的数学表达式的实物模型,赋予无形的数学表达以无尽的生命。结果表明,使用FDM工艺的3D打印机可以快速地制造出想要的模型,使得数学理论的学习更加容易并充满趣味。