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1、摘要：迅速成型在医学中应用研究是集迅速成型技术、CT扫描、医学图像解决技术、CAD技术等一体的综合性学科。医学应用仍然只占10%的RP市场，但医学又对RP的应用提出了更高的规定。历史上，RP已经运用于种植体原型、监视系统和诸多其他医疗设备的原型的制作。运用生理数据的原型制作措施采用了SLA,LOM,SLS,FDM等技术。这些模型向那些想不通过开刀就可观看病人骨构造的研究人员、种植体设计师和外科医生提供了协助。这些技术在诸多专科如颅外科、神经外科、口腔外科、整形外科和头颈外科等得到应用，协助外科医生进行手术规划，而如果没有物理模型，这是不也许实现的。象其他的新技术同样，RP在医学中也是不断在走向
2、成熟，不断地寻找其在产品开发周期中和外科医生手术箱中的位置。我们目前要考虑的是对每一种应用找出最合适的RP技术。将来的研究开发应集中在开发那些最能适合某些特定应用的工艺技术，例如制作能在人体中植入的人工骨。 核心词：发展迅速 应用广泛 前程光明一、国内现状在国内，迅速成型用于种植体设计已有很长一段时间了，工程师运用CAD软件可以不久地设计一种产品，而RP设备的迅速性容许设计师在很短的时间内多次验证并修改其设计，这样就在设计过程中节省了时间和金钱，从而以比从前快得多的速度实现面向市场的设计。此外,针对于心脏、血管、血管瘤、气管等软组织方面的研究相对较少。精确复制软组织构造可以提供个性化软组织模型
3、,在诊断、手术和医学教学等领域具有很大的意义。与航空和汽车工业不同，整个医学工业已经把RP看作为缩短设计周期的一种措施。运用RP技术，设计师可以根据特定病人的CT或MRI数据而不是原则的解剖学几何数据来设计并制作种植体，这样极大地减少了种植体设计的出错空间，并且这种适合每个病人解剖构造的种植体的确能设计一种更好的手术成果。能制作出与病人完美配合的种植体这一点可协助外科医生大大缩短手术操作的时间。这不仅让病人减少了麻醉时间，还能减少费用。很明显，RP的医疗应用在不断增长。这一块市场也许永远也不会超过汽车或航空，但它将持续影响诸多生产医疗仪器的公司和众多需要复杂外科手术的病人。二、国外现状目前,国
4、外针对迅速原型在医学中的应用已有了广泛研究,并且在个别区域已经发展得比较成熟。但是,大多数应用研究都集中在骨骼组织的三维重建与原型制作,诸多都是限于模型参照,手术规划,并没有将迅速原型模型直接应用到实际手术当中。同步，国外有许多单位在研究基于迅速成形技术的人骨成型。以美国Daytou大学为首的研究小组采用品有生物相容的烃基磷灰石/玻璃薄膜材料。使用LOM迅速成形制造人骨。美国Michigan大学采用光固化技术将烃基磷灰石与紫外光化的烯丙酸树脂混合制造人骨。迅速成形在医学界的应用很有前景，这也是在发达国家把她作为迅速原型应用方面的因素之一。三、医学中迅速成型成型过程的举例迅速成型在医学中已经应用
5、相称广泛了，下面以迅速成型的人工生物活性骨骼的复合制造措施为例来阐明成型过程。（）人造骨的仿生设计： 、骨骼外形设计，通过特性断面测量或外表面测量，用特性数据点重构骨骼外形的三维，并将其以数据格式体现； 、骨骼内部骨髓腔的三维设计，若基于断面数据，可以用重构的措施构造骨髓腔，若基于外表面的测量数据，可以运用外表面形状建立数学模型来构造骨髓腔的； 、骨骼骨质组织的设计，通过电子显微镜观测骨骼微孔的尺寸以及分布规律，建立骨质组织微构造数学模型，构造骨骼的三维，保证微孔空间完全导通； 、通过以上三部分的仿生建模设计，将外形与内部复合起来，构造出完整的骨骼； （）成型系统： 、以乳化糖作成型材料用熔融
6、沉积的措施制造人工骨的反形（负型）； 、对三维数据进行分层解决，用分层制造的措施迅速成型出骨骼外形和内部微构造的负型（反形）； 、制作一种带有可控加热系统的加压容器，容器底部开一种的材料压出孔，孔由电控开关控制开闭； 、将整个系统安装在工作台上，有一种可以在方向运动的成型平台，构成一种分层成型系统，将乳化糖装入加压容器实现分层制造； （）成型工艺： 将乳化糖装入加压容器中，将加压容器的温度控制在、压力控制在来控制乳化糖的流动性和塑性，乳化糖在加热后达到融化状态后由材料压出孔压出，研究乳化糖压出速度和运动速度与乳化糖成丝直径的关系，以便通过速度来控制不同导管的直径，骨外形和骨髓腔通过常规的逐级制
7、造措施实现； （）骨生长因子和成骨细胞的复合： 将骨生长因子制成悬液，加入成骨细胞，制成生物活性剂，在无菌条件下将生物活性剂温度精确地控制在，以保证成骨细胞的活性，将生物活性剂倒入成型好的骨型腔中培养，以便于骨生长因子和成骨细胞可以吸附到导管架上，然后，再将生物活性剂倒出来，使骨生长因子能保存在导管架上，成为植入人工骨的活性物质； （）复合成骨制造工艺： 为提高骨的强度，先在骨骼中插入钛纤维，作为加强筋复合在骨中间，以提高替代骨的整体强度，用自凝固羟基磷酸钙均匀后倒入经生物复合后的乳化糖骨负型腔中，逐渐填实，待凝固后，用的蒸馏水溶解掉外部的乳化糖成型材料，使羟基磷酸钙人工骨呈现出来。四、医学中
8、迅速成型的重点工艺分析 l ）产品三维模型的构建。由于 RP 系统是由三维 CAD 模型直接驱动，因此一方面要构建所加工工件的三维CAD 模型。该三维CAD模型可以运用计算机辅助设计软件（如Pro/E , I-DEAS , Solid Works , UG 等）直接构建，也可以将已有产品的二维图样进行转换而形成三维模型，或对产品实体进行激光扫描、 CT 断层扫描，得到点云数据，然后运用反求工程的措施来构造三维模型。 2 ）三维模型的近似解决。由于产品往往有某些不规则的自由曲面，加工前要对模型进行近似解决，以以便后续的数据解决工作。由于STL格式文献格式简朴、实用，目前已经成为迅速成型领域的准原
9、则接口文献。它是用一系列的小三角形平面来逼近本来的模型，每个小三角形用 3 个顶点坐标和一种法向量来描述，三角形的大小可以根据精度规定进行选择。 STL 文献有二进制码和 ASCll 码两种输出形式，二进制码输出形式所占的空间比 ASCII 码输出形式的文献所占用的空间小得多，但ASCII码输出形式可以阅读和检查。典型的CAD 软件都带有转换和输出 STL 格式文献的功能。 3 ）三维模型的切片解决。根据被加工模型的特性选择合适的加工方向，在成型高度方向上用一系列一定间隔的平面切割近似后的模型，以便提取截面的轮廓信息。间隔一般取0.05mm0.5mm， 常用 0.1mm 。间隔越小，成型精度越
10、高，但成型时间也越长，效率就越低，反之则精度低，但效率高。 4 ）成型加工。根据切片解决的截面轮廓，在计算机控制下，相应的成型头（激光头或喷头）按各截面轮廓信息做扫描运动，在工作台上一层一层地堆积材料，然后将各层相粘结，最后得到原型产品。 5 ）成型零件的后解决。从成型系统里取出成型件，进行打磨、抛光、涂挂，或放在高温炉中进行后烧结，进一步提高其强度。五、医学中迅速成型很明显，RP的医疗应用在不断增长。这一块市场也许永远也不会超过汽车或航空，但它将持续影响诸多生产医疗仪器的公司和众多需要复杂外科手术的病人。随着设备和材料成本的减少，解剖模型的使用将不断增长。也许不远的将来，制作解剖模型会成为某一类型外科手术的一种原则程序。随着生物材料的发展人们也完全有理由相信用RP技术可制作出能直接植入人体的组织和器官。这一点也是现实的需要，由于老式的器官捐赠远不能满足需要。
