3D打印在眼科的應(yīng)用

魔猴君  知識堂   148天前

3D打印在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，尤其是眼科領(lǐng)域，占據(jù)著越來越重要的地位。例如，3D打印眼鏡可以根據(jù)患者的需求和偏好完美定制。增材制造通過提高治療的精度和個性化提供了新的可能性。據(jù)Research And Markets稱，到2026年，3D打印醫(yī)療器械市場預(yù)計將達到49億美元，年增長率為24.5%，說明技術(shù)進步的速度之快。本周，我們?yōu)槟敿毟攀?D打印在眼科領(lǐng)域的眾多應(yīng)用。在我們的排名中，我們將向您展示各種植入物、儀器、創(chuàng)新項目，甚至是通過3D打印制造的隱形眼鏡。了解這項技術(shù)如何改變視力以及它為患者和醫(yī)生帶來的好處。

眼睛植入物和假肢

逼真的3D打印義眼

2021年11月，Moorfields眼科醫(yī)院宣布第一位英國患者接受了3D打印眼睛，驗光和3D打印領(lǐng)域取得了歷史性突破。這一壯舉的實現(xiàn)得益于醫(yī)院、NHS和倫敦大學(xué)學(xué)院的研究人員以及Fraunhofer和Ocupeye之間的合作，共同開發(fā)了該軟件。假眼提供真實的瞳孔深度和清晰的清晰度。接受者史蒂夫·韋爾茲(Steve Verze)用這個新版本取代了他的傳統(tǒng)假肢，并指出，由于對他另一只眼睛的數(shù)字掃描，它看起來非常棒，幾乎完美貼合。

Steve Verze和他的新型3D打印假眼（照片來源：Moorfields Hospital）

Fraunhofer和OCUPEYE的3D打印義眼

弗勞恩霍夫研究所的研究人員與OCUPEYE Ltd.合作開發(fā)了3D打印人造眼的創(chuàng)新技術(shù)。該技術(shù)旨在滿足對人造眼不斷增長的需求，將生產(chǎn)時間縮短80%，并能夠在短短90分鐘內(nèi)制造出完整的假肢。事實上，這大大減少了眼科醫(yī)生的工作量。3D打印假肢根據(jù)患者功能性眼睛的掃描進行建模，確保完美貼合眼窩并具有逼真的外觀。然后，生成的數(shù)據(jù)由創(chuàng)建設(shè)計的人工智能(AI)模型進行處理。打印是通過J750多噴打印機使用VeroVivid材料完成的。該打印機的分辨率為每立方厘米180億個液滴，可精確、逼真且美觀地生產(chǎn)與剩余眼睛協(xié)調(diào)一致的眼部植入物。未來，團隊計劃改進這種方法，進一步降低生產(chǎn)成本。

圖片來源：Fraunhofer IGD、Johann Reinhard

VisioPrinTech提供定制3D打印角膜

我們的人口正在老齡化，健康問題隨著年齡的增長而增加。這些問題不僅影響關(guān)節(jié)、骨骼和血液循環(huán)，還影響視力。一個已知的問題是角膜變形，它會導(dǎo)致限制視力的角膜疾病。這些病癥通常可以通過外科手術(shù)來治療，例如角膜移植。然而，角膜捐贈很少見，而且被拒絕的風(fēng)險很高。為了解決這種情況，卡爾斯魯厄理工學(xué)院(KIT)與Carl Zeiss Meditec AG和Evonik Healthcare一起開發(fā)了一種使用3D打印來治療這些疾病的解決方案。他們的過程稱為VisioPrinTech，使用由患者干細胞和化學(xué)修飾的膠原纖維組成的生物模型，在手術(shù)期間直接打印。這種方法克服了捐贈和拒絕的挑戰(zhàn)，同時提供了更高的準確性和功能。因此，3D打印的角膜有助于恢復(fù)患者的視力。

圖片來源：KIT

3D打印和手工制作的人造眼睛

尼古拉斯·普爾斯(Nicholas Puls)是澳大利亞皇家布里斯班婦女醫(yī)院的眼科醫(yī)生，為因癌癥或受傷而失明的患者制造義眼。該生產(chǎn)過程需要很長時間，尤其是醫(yī)院每年必須為大約100名患者提供眼部假體。赫斯頓生物制造研究所通過進行患者評估研究，探索3D打印如何改進這種生產(chǎn)。目標是將3D打印的眼睛與手工制作的眼睛進行比較。該研究所使用3D掃描和高分辨率攝影。然而，3D技術(shù)目前還無法與手工制作的假肢競爭，盡管這兩種工藝將來可能會結(jié)合起來。

該假體可以由傳統(tǒng)眼假體或3D打印制成（圖片來源：ABC新聞：Chris Gillette）

OMFS-IMPATH優(yōu)化眼假體的開發(fā)

當眼睛缺失、喪失或縮小時，有必要擁有一個合適的、個性化的眼假體，以促進患者的身體和心理康復(fù)。許多患者出現(xiàn)無眼綜合癥，其特征是假體和眼瞼下垂，導(dǎo)致滿意度低并影響生活質(zhì)量。OMFS-IMPATH專家開發(fā)了一種創(chuàng)新流程，利用3D掃描、規(guī)劃和打印來設(shè)計個性化且精確的眼假體。這種方法可以精確地再現(xiàn)自然眼睛，確保精確的解剖學(xué)貼合，改善患者的功能能力和外觀。

照片來源：OMFS-IMPATH

項目、儀器和隱形眼鏡

3D打印人工眼瞼

在因斯布魯克大學(xué)，醫(yī)學(xué)生有機會學(xué)習(xí)和培訓(xùn)3D打印人工眼瞼。這些眼瞼是根據(jù)人體模型重建的，可以分析和比較人體組織與打印模型的機械性能。該項目不僅對于培訓(xùn)未來的醫(yī)生和外科醫(yī)生至關(guān)重要，而且對于為患者提供更好的護理也至關(guān)重要。因此，外科醫(yī)生可以在手術(shù)室進行手術(shù)之前，對特定患者眼瞼的忠實再現(xiàn)進行練習(xí)。

圖片來源：因斯布魯克醫(yī)科大學(xué)

3D生物打印眼組織

美國國家眼科研究所(NEI)的科學(xué)家利用患者干細胞和3D生物打印來生產(chǎn)眼組織，以加深對導(dǎo)致失明疾病機制的了解。研究小組打印了形成眼睛外血視網(wǎng)膜屏障的細胞組合，該屏障支持視網(wǎng)膜中的感光感光器。該技術(shù)允許使用患者來源的組織來研究視網(wǎng)膜退行性疾病，例如年齡相關(guān)性黃斑變性（AMD）。

到目前為止，由于缺乏人體模型，人們對AMD的發(fā)病和進展到晚期的機制知之甚少。對3D打印織物的分析以及基因和功能測試表明，打印的織物與人類外部血視網(wǎng)膜屏障相似且行為相似。該研究正在繼續(xù)更好地了解這些疾病的起源并測試有針對性的預(yù)防治療。

3D打印的眼組織中的血管生長。（來源：Kapil Bharti博士，NEI）

3D打印隱形眼鏡

我們已經(jīng)討論了3D打印眼鏡的話題，但您知道還有3D打印隱形眼鏡嗎？哈利法科技大學(xué)(KUST)于2021年開展的一個項目致力于實現(xiàn)這些目標。研究人員利用DLP 3D打印和計算機輔助設(shè)計(CAD)軟件開發(fā)了隱形眼鏡。打印后，鏡片經(jīng)過后處理平滑，以確保完美的表面光潔度。更好的是，這些隱形眼鏡是“智能”的，并且具有內(nèi)置傳感功能。

圖片來源：KUST

借助增材制造技術(shù)進行首例眼睛和面部移植手術(shù)

在復(fù)雜的手術(shù)過程中，手術(shù)器械的質(zhì)量至關(guān)重要。在美國進行的眼睛和部分面部移植手術(shù)就說明了這種重要性，這要歸功于比利時公司Materialise的規(guī)劃和增材制造。亞倫·詹姆斯(Aaron James)因工作事故而失去了左眼和部分臉。在等待移植期間，紐約大學(xué)蘭格尼健康醫(yī)院的醫(yī)療團隊與Materialise臨床工程師一起制定了手術(shù)計劃。Materialise在這一復(fù)雜手術(shù)的規(guī)劃和執(zhí)行中發(fā)揮了關(guān)鍵作用。他們利用計算機斷層掃描(CT)掃描制定了虛擬術(shù)前計劃，詳細說明了手術(shù)過程的每個步驟。找到捐贈者后，Materialise在不到24小時內(nèi)設(shè)計并3D打印了必要的器械，包括定制的醫(yī)療設(shè)備、精確的骨骼模型以及適合患者和捐贈者解剖結(jié)構(gòu)的切割導(dǎo)板。這些儀器的定制化和精度降低了風(fēng)險。

Materialise為捐贈者（左）和患者Aaron James（右）制作的定制手術(shù)導(dǎo)板。學(xué)分：實現(xiàn)。

用于白內(nèi)障治療的定制隱形眼鏡

東安格利亞大學(xué)的研究人員在眼科設(shè)備技術(shù)方面取得了重大突破。他們開發(fā)了一種用于3D打印的新型樹脂，能夠制造屈光和白內(nèi)障手術(shù)中必需的眼部植入物。由此產(chǎn)生的人工晶狀體（IOL）可以輕松、安全地植入。這種類型的印刷鏡片可以根據(jù)每個患者的眼睛形狀和特定視覺需求進行定制，提供更好的視力矯正和舒適度。盡管這些鏡片仍處于開發(fā)階段，但研究人員相信它們還可以矯正近視、遠視和老花眼等屈光不正。

圖片來源：東安格利亞大學(xué)

使用3D打印模擬眼外傷的模型

英國國王學(xué)院醫(yī)院的研究人員利用3D打印開發(fā)了眼外傷模擬模型。該模型采用Fusion 360設(shè)計并通過Stratasys J850打印，基于真實的臨床案例。經(jīng)過14名眼科醫(yī)生和5名臨床醫(yī)生的評估，它顯示出用戶對評估和縫合技術(shù)的信心顯著提高。3D打印具有關(guān)鍵優(yōu)勢，例如縮短生產(chǎn)時間和加速原型制作。這些模型可以在醫(yī)院批量生產(chǎn)，使醫(yī)生能夠更有效地磨練他們的技能，同時為手術(shù)訓(xùn)練提供動物眼睛和尸體的替代方案。

圖片來源：國王學(xué)院醫(yī)院

3D打印眼鏡可治愈色盲

哈利法大學(xué)的研究人員開發(fā)出了可以治療色覺障礙的3D打印眼鏡。這些眼鏡將有色鏡片插入MSLA 3D打印制造的鏡框中，過濾掉不需要的波長，同時允許其余可見光譜通過。使用SOLIDWORKS設(shè)計出原型后，研究人員在Prusa SL1S上使用ASIGA DentaClear和Grey樹脂進行打印，每層打印時間為6秒，厚度為25微米。據(jù)該團隊稱，這些3D打印鏡框為當前的商用眼鏡提供了一種更具可定制性且可能更有效的替代品。

圖片來源：哈利法大學(xué)

3D打印眼鏡用于治療變形角膜

中國北京同仁醫(yī)院眼科醫(yī)生兼研究員宋洪九博士利用3D打印技術(shù)為角膜扭曲患者設(shè)計眼鏡，特別是治療圓錐角膜。這種眼病的特點是角膜變形，限制了患者的視力，需要專門設(shè)計的鏡片來穩(wěn)定視力。使用3D打印，可以定制鏡片以精確貼合各種角膜形狀。Hongix博士受到NASA開發(fā)的自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)的啟發(fā)，該技術(shù)通過糾正地球大氣層造成的扭曲來提高望遠鏡圖像的質(zhì)量。

圖片來源：新京報

編譯整理：3dnatives