專家報告3d與輔助技術

1、3D打印與輔助技術王 玨 教授 博士生導師生物醫(yī)學信息工程教育部重點實驗室西安交通大學生命科學與技術學院生物醫(yī)學工程研究所2014-05-203D打印技術與康復訓練類設備3D打印技術與肢體類輔助器具 3D打印技術的優(yōu)勢與輔助技術產品的需求3D打印在輔助技術領域中的發(fā)展動態(tài)討論要點3D打印技術的優(yōu)勢與康復工程產品的需求第三次工業(yè)革命重要標志3D打印技術的特點與優(yōu)勢 制造復雜物品不增加成本； 產品多樣化不增加成本； 無須組裝 零時間交付 設計空間無限 零技能制造 不占空間、便攜制造 減少廢棄副產品 材料無限組合 精確的實體復制康復需求分析 全國各類殘疾人的總數8296萬人，占總人口的6.34%（2

2、006統(tǒng)計）。 我國60歲以上的老年人已有1.44億，其中因患病等原因需要康復輔具 服務的約有7000多萬人。 我國有慢性病患者2億多人，其中需要康復輔具服務的超過1000萬人。 每年還有100多萬人因交通、工傷事故等原因致殘，其中大部分人需要康復輔具服務。精神疾病患者老年人群3700萬45萬9520萬殘疾人腦癱腦中風2012年665萬1770 萬分類2010年2011年2012年殘疾人36003660370060歲以上老年人835092509520其他人群224124802710合計141911549015930 近3年中國需康復治療的人群規(guī)模增長統(tǒng)計 （單位：萬人） 康復工程產品的特點康復

3、工程產品種類多（僅輔助技術類產品就有4萬多種，且每年不斷更新）；總體產品需求量大；單一品種產品需求量?。粋€體性強，需要適配定制；康復設備的發(fā)展趨勢：康復理念新，科技含量高，康復功能全，品種多、人性化、個體化。福布斯雜志在2012年底列數3D打印技術在未來應用的十大趨勢，其中在醫(yī)療領域的應用名列第二。 3D打印技術未來或許能夠實現個性化醫(yī)療，并減少甚至消除器官捐獻者短缺的問題。3D打印能夠制造符合具體患者身體的定制產品。3D打印技術在康復領域中的應用臨床康復中的應用肢體運動功能障礙診療機器人感知類輔助器具植入類肢體類輔助器具3D打印技術與肢體類輔助器具智能輪椅技術及坐具系統(tǒng)的適配智能輪椅關鍵技術

4、、部件及目標產品的研發(fā) 防跌落防側翻 超聲、紅外 技術實現避 障、繞行功能 自動導航，快 速應招，選擇 捷近路徑返回 防側翻、防跌 落 CAN總線通訊超聲測距智能輪椅的功能模塊顯示模塊防跌落模塊避障模塊心電模塊電機驅動模塊防側翻模塊主控制器CAN總線坐具系統(tǒng)界面的有限元分析模型加載 人坐姿受力分析 單元模型 模型坐墊應力分布 模型坐墊應變分布 曲面模型 點云模型 CT域值選擇 像素坐標的重建 左半骨盆模型 坐具系統(tǒng)的適配評估技術適配后CAD建模適配前側向坐姿背向坐姿用戶功能評估CAD數學建模舉例 1：假肢裝配師為截肢者小腿取陰模 傳統(tǒng)假肢的制做小腿形狀的陰模復制品可以用來制造一個陽模石膏模型修

5、改石膏模型的形狀，以便能適應承重和緩解表面壓力的需求用熱成形的方法制作假肢接受腔檢驗接受腔觀察適配情況舉例 2：假 肢3D打印技術制造假肢垂直和水平掃描TibiaFibula小腿的縱向成像小腿的橫斷面成像 三維成像的可視化和界標構建用成形軟件進行計算機輔助設計接受腔 核心技術 假肢接受腔的設計影像3D打印下肢假肢3D打印技術與康復訓練類設備腦損傷患者手功能康復訓練機器人手部關節(jié)小而多，結構尺寸的個體性差異對機械結構提出了極高的要求。3D打印技術可以依據患者手部結構尺寸進行機器人關鍵部件的快速加工適配，從而保證手部各個關節(jié)協(xié)調、充分地運動。舉例4：個性化設計與制造以3D打印技術制作的游戲裝具，顯

6、示了3D打印技術在個性化康復輔助器具設計與制造方面的前景 3D打印在康復工程領域中的發(fā)展動態(tài)3D 打印截肢手掌埃里克朗寧：威斯康辛大學機械工程專業(yè)學生，2012年美國全國大學發(fā)明挑戰(zhàn)賽的亞軍。他制造的這款價格便宜，帶自身力源的假肢，能復制被截肢者失去的一另只手。該手掌能夠輕松地使用自動力假肢抓取、釋放物體，并提起7磅重的物體。操作類輔助器具外骨骼系統(tǒng) 缺憾：骨折時用石膏或夾板固定的缺點：不能洗澡、外觀難看、患處癢又撓不了，并且有異味。 發(fā)明：維多利亞惠靈頓大學畢業(yè)的Jake Evill提出新概念設計：“皮質外骨骼”，一種采用3D打印技術的創(chuàng)傷區(qū)域固定技術，以取代傳統(tǒng)的石膏。它可以快速成型，且安

7、全透氣。 特色：蜂窩式結構，可穿戴在手臂上以固定骨折部位，具有輕量級、易洗、通風、可回收利用的特點，同時也不乏時尚感。肢體運動功能障礙治療機器人 患有罕見的先天性疾病anthrogryposis的患兒艾瑪，使用威爾明頓機器人外骨骼（WREX）。 3D打印的快速復制功能，允許外骨骼隨著患兒成長而縮放，每個部分單獨打印，隨后進行調整大小和拼接工作。艾瑪是全球15個目前使用WREX的患兒之一。威爾明頓機器人外骨骼（WREX）3D打印機械手行走類輔助器具采用3D打印，設計更友好的代步工具WHILL。為了節(jié)約成本，這個控制面板和車身的其他位置不同，它來自3D打印。美國 “eLEGS”系統(tǒng)高端輪椅市場動態(tài)

8、 3D打印技術是一場制造技術的革命，是中國制造業(yè)升級的重要一環(huán)。3D打印技術經過20余年的快速發(fā)展，在全球范圍內已形成一個規(guī)模16.8億美元的新興產業(yè)，并以年均20%-30%的速度高速成長。其在生物醫(yī)學領域中的應用已占據了全部份額的8.8%。中國3D打印技術研究院盧秉恒院士在南京紫金（江寧）科技創(chuàng)業(yè)特別社區(qū)建立了中國3D打印技術研究中心（南京增材制造研究院）討 論 3D打印技術還處于起步階段。未來發(fā)展空間甚大。它將大大促進“以人為本”、以恢復個體功能能力為標志的輔助技術服務業(yè)在中國的發(fā)展。 促進多學科交叉（臨床醫(yī)學、神經工程、制造、信息、生物、材料等）和協(xié)同創(chuàng)新為特征的轉化醫(yī)學的迅猛發(fā)展。 機遇與挑戰(zhàn)同在，3D、4D、5D打印技術應用前景誘人，結合臨床需求、造福人類健康存在許多科學與技術難關有待攻克。 結 束 語經濟學人雜志2012年刊文，“正如當初無人能預測1450年的印刷術、1750年的蒸汽機、1950年的晶體管會帶來何等影響，而今，我們仍然無法預測，3D打印將在漫長的時光里如何改變世界”。謝謝！坐 姿 骨盆滑向前傾位置并向內旋轉，膝蓋并攏。肩和軀干萎陷，整個姿勢成C形。 壓瘡的防治成為臨床康復領