• 分類：應用項目
• 發佈時間：2023-12-11 11:52
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【概要描述】解剖與發育生物學系人體解剖教育中心3D創新與設計工作室，位於莫納什大學2015年因與德國解剖模型提供商合作而成為頭條新聞，埃勒爾-齊默公司。該合作夥伴發佈了一套解剖學上精確的3D列印模型，證明對醫學科學領域的學生教學具有革命性意義。

 

雖然人體解剖學教學的“黃金標準”是人體解剖學本身——歷史上是以屍體的形式——但這種古老的教學工具充滿了後勤、倫理和成本方面的挑戰。更不用說可能會讓剛開始學習的學生感到不安。防腐處理提高了屍體可以使用的時間，但是它改變了組織的自然顏色和質地，降低了對未來外科醫生和醫生的價值。

 

 

從教學觀點的一致性來看，每具屍體都是獨一無二的，這意味著每組學生看到的和學到的都是稍有不同的解剖結構。罕見疾病也很難研究，因為缺乏檢查特定病理的機會。莫納什大學認識到3D列印有機會產生沒有屍體相關缺點的模型，但保留了一致的學習結果所需的解剖精度。

面對現有的挫折

第一系列模型是使用粉末床噴墨3D列印製作的，其中粘合劑和彩色顏料沉積在粉末床(通常填充有石膏)上，以構建3D模型。基於粉末的3D列印過程創建了脆弱的模型，色彩再現差，需要大量的後處理來提高強度。這使得該過程比預想的要耗費更多的時間，並且最終的模型缺乏真實感和耐用性。莫納什大學的團隊希望進入更準確的顏色表示和模型，更接近地模仿人體解剖中發現的紋理範圍。

從教育的角度來看，零件的虛假著色通常是一個好策略:教科書中的“靜脈是藍色的，動脈是紅色的”標準被移植到解剖學上精確的3D模型上，幫助醫學學生第一次開始全面考慮三維解剖學。然而，該團隊還希望更接近他們所代表的系統的真實性，不僅在幾何形狀方面，而且在著色方面。對於病理學等學科，顏色是一種基本的診斷工具，任何教育模型都需要精確的再現。

用戶對第一系列模型的回饋包括粉末床部件有多脆弱，特別是在真實的教育環境中使用時，學生們不斷地處理和檢查它們。由於列印床的尺寸有限，創建一個解剖模型需要多達11個單獨的3D列印部件。這些部分被粘合在一起，這既耗時又進一步影響模型的強度，導致在使用和運輸中的破損。



全彩色3D列印解剖部件



3D列印全彩色人體心臟解剖模型



米瑪奇的3DUJ-553印刷機



使用Mimaki 3DUJ-553印刷機



全彩色3D列印解剖部件



全彩色3D列印解剖部件



3D列印全彩色人體心臟解剖模型



米瑪奇的3DUJ-553印刷機



使用Mimaki 3DUJ-553印刷機



全彩色3D列印解剖部件



全彩色3D列印解剖部件

 

石膏部件也很重，較大的部件需要設計成帶有孔的空心殼體，以釋放截留的粉末。該團隊發現，創造足夠堅固的外殼結構是一個挑戰，因為這是從封閉空間疏散粉末。因此，人們尋找並嘗試了粉末床系統的替代方案，但是高昂的材料成本和較差的色彩再現性讓該團隊沒有首選的解決方案，直到他們看到了三木木3DUJ-553.

賦予解剖模型生命

在嘗試了許多替代方案後，該團隊應邀在悉尼觀看了一臺Mimaki 3DUJ-553，最初對其精確的色彩再現印象深刻。進一步的檢查揭示了直接來自印刷的更堅韌和更有觸覺的最終部件，其可以包含提供支撐或加強的清晰區域，而不影響較小特徵的可見性。

這3DUJ-553的重新創建超過1000萬種顏色的能力使該團隊最終創建了具有高度視覺真實感的模型。莫納什大學的團隊能夠將CT掃描數據與全彩色3D表面掃描相結合，準確地重建健康和疾病狀態下的解剖系統。

列印透明材料以顯示內部結構的能力意味著學生與模型的互動更接近他們最終與真正的人類患者的體驗。諸如神經和血管的精細結構可以用透明材料支撐和保護，而不妨礙可視性。這大大降低了搬運過程中的損壞幾率，並提高了模型在教學環境中的耐用性。

3DUJ-553的大型印刷床允許在一個單件中製造更大的零件，並且對於多個更小的零件具有更高的生產能力。

改善教學機會

採用Mimaki 3DUJ-553使該團隊能夠生成另外兩個系列的栩栩如生的解剖模型，這在另一個系列中是不可能的3D列印技術.

代表罕見病理的模型，顏色和幾何形狀同等重要，現在已經可以生產出來了。這極大地擴大了教學機會，在這些地方，屍體的使用或者由於宗教原因被禁止，或者疾病的罕見性意味著學生沒有足夠的屍體來展示病理。由於床的尺寸更大，以前由11個零件粘合在一起的模型變成了兩個更容易連接的零件。這消除了接合線，進一步提高了模型的觸感和強度。

精確的印刷和堅固的材料允許生產3毫米外殼的中空部件。這些部件仍然足夠堅固以便搬運，足夠輕以便運輸，但是足夠重以便觸摸和舒適搬運。模型的品質吸引了澳大利亞整個大學校園和機構的關注，3D創新和設計工作室團隊與許多學術機構、臨床團體和商業合作夥伴合作，列印由3D捕捉技術生成的作品。

在大學內外的影響

人體解剖學教育中心3D創新和設計工作室主任賈斯汀·W·亞當斯副教授解釋說:“因為我們有外部商業合作夥伴關係和內部研究責任，我們必須更加注重成本，為商業用戶提供價值。正因為如此，我們對3D印表機投資回報的相關計算比純粹的研究運營更加嚴格。這3DUJ-553的品質能力——與床的尺寸和可靠性相匹配——意味著它在這方面幫助我們做了很多選擇。"

莫納什大學的技術官員米歇爾·奎爾(Michelle Quayle)評論道:“我們已經看到內部學術興趣的增加，這要歸功於3DUJ，例如考古系想要一個全彩色列印的希臘碗，古生物學家要求複製一些全彩色表面掃描的作品。不使用彩色掃描器的人(例如工程學科的人)不一定想要全彩色列印，他們會更喜歡單一材料，這實際上取決於他們用來創建模型的技術和流程，但我們現在有了選擇。”

亞當斯副教授繼續說道:“我們希望看到使用Mimaki技術的外科培訓和外科模擬領域的發展。一旦外科醫生在特定的手術中訓練有素並且熟練，特別是那些罕見的或更複雜的手術，他們傾向於通過隨時進行這些手術來保持這種技能。與此同時，下一代外科醫生仍然需要臨床實踐，以確保他們擁有適當的技能和培訓來接替當前一代外科醫生。因此，存在著培訓危機——在澳大利亞培訓一名外科醫生需要100萬美元——這不是工資，這只是與培訓相關的成本。使用高度精確的3D列印模型來培訓外科醫生有助於確保學習不受病例數量或特定病理的限制。”