用模拟生成的患者特异性植入物修复骨损失

当一个人由于事故或疾病而失去骨骼结构时，外科医生能够尽快重建失去的骨骼是很重要的。直到最近，外科医生可能会有一些不同尺寸的钛或塑料植入物可供选择，他们必须让它们工作，即使尺寸不理想。在像下颌骨这样的机械关节的情况下，良好的贴合决定了患者的功能和生活质量。

现在，佛罗里达州代托纳海滩的Techfit数字外科公司开发了一种针对患者的3d打印医疗设备的方法，使用计算机断层扫描(CT)和磁共振成像(MRI)扫描患者，以确定每个植入物的完美几何形状。他们使用Ansys万博 Discovery 3D设计软件来快速开发植入物的优化设计。然后他们制造植入物，主要使用金属或塑料添加剂制造，并在10个工作日内交付手术。

Techfit联合创始人兼首席执行官毛里西奥·托罗(Mauricio Toro)说:“有了Discovery，我们知道我们的数字模型会像病人一样在解剖学和机械上表现出来。”“它使我们能够进行非常快速的迭代，改善手术产品和手术结果。”

3D打印医疗设备的3步过程

1.获取数据

手术植入过程的第一步是获取数据，包括获得受影响区域的CT和MRI扫描。这些扫描图是设计的初始几何图形。但正如每个工程师都知道的那样，必须对几何图形进行清理和修改才能发挥作用。

托罗面临的第一个巨大挑战是找到可以输入扫描生成的STL文件的软件，并使他能够编辑几何图形。他首先开始使用Ansys Spac万博eClaim，并取得了良好的效果。但是后来出现了Ansys Discove万博ry。

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T万博oro说:“Ansys Discovery是一个完美的匹配，因为它可以处理STL文件，这不是每个CAD包都能处理的，并且可以几乎实时地网格化几何并进行更改。”“发现号的机械解决器在几小时内就能设计出来，而不是几天或几周，因为病人正在等待植入。”

2.共同创造和验证

这个过程的第二步是从医生开始的。托罗和他的团队与外科医生会面，了解他或她对特定患者的需求。他们经常带着“发现”参加这些会议，向外科医生展示他们基于扫描结果的初步设计，并在此基础上进行修改。

托罗说:“特别是当我不确定骨头或植入物的力学行为时，在与外科医生的会面中，我可以开始使用‘发现’来调整模型。”他解释说，任何植入物的设计都是你拥有的空间和植入物的机械性能之间的妥协。在许多非生物应用中，你可以添加更多的材料来增加安全系数。但是当你要把东西植入人体时，你的包装要求是非常严格的。

他说:“因此，能够与外科医生现场进行模拟，并与他们进行快速反馈循环，以了解机械性能和包装之间的最佳点在哪里，这是提供可实现的最佳结果的关键。”

托罗发现这种快速反馈回路至关重要。

“俗话说‘熟能生巧’，”他说。“但如果没有良好的反馈循环，你实际上可能会做错误的事情，并变得非常擅长做错误的事情。这就是为什么我们更愿意说‘迭代成就完美’。”

3.制造业

Techfit目前在代托纳海滩的公司总部生产所有植入物。他们拥有传统制造所需的所有标准机床，以及更奇特的植入物形状的增材制造能力。钛合金最常用于金属植入物。塑料植入物将PEEK用于承重应用，将超高分子量聚乙烯用于关节置换等摩擦学表面，因为摩擦和磨损可能是一个问题。每个植入物都带有机械验证分析报告，因此外科医生对手术结果有最大的信心。

正如托罗所设想的那样，Techfit未来的制造业将包括分布在世界各地的增材制造网络。使用这种网络的一个主要原因是可以更快地提供植入物。托罗解释说，如果你在美国为沙特阿拉伯的病人做一个植入物，那就要损失两天的运输时间，还有两天的通关时间。“如果我们从CT扫描到手术有10天，这意味着我们已经晚了4天，或者我们的设计时间被压缩到6天。通过发送STL文件，知道打印结果将在世界各地的机器上工作将是至关重要的。”

治愈世界各地的人们

迄今为止，Techfit已经为数千名患者提供了植入物。

托罗说:“我们在一些非常不可思议的手术中提供了帮助。其中包括半下颌骨切除术，患者因为肿瘤或意外事故失去了一半的下巴;用钛板固定在肋骨上的塑料植入物进行胸骨置换术;最常见的是，因为摩托车事故、肿瘤或头部创伤而需要进行数千次颅骨重建。

Techfit还在医学杂志上发表论文，在会议上展示成果，甚至每年举办自己的数字外科会议。

托罗说:“定制手术实际上是一个新领域，所以这不仅是植入物的问题，也是宣传和确保技术采用的问题。”“我们的目标是让定制治疗成为全球每位患者的新标准。”

万博Ansys仿真将继续在实现这一目标方面发挥重要作用。

Toro说:“在万博我们的工作流程中使用Ansys Discovery可以更快地验证我们的产品，帮助人们更快地进行手术，并帮助他们更快地万博网恢复。”“最有意义的事情之一是，你可以看到人们的生活每次都在改善。”

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