3D打印在眼科的應(yīng)用

魔猴君  知識堂   142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(gè)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(jì)將達(dá)到49億美元，年增長率為24.5%，說明技術(shù)進(jìn)步的速度之快。本周，我們?yōu)槟敿?xì)概述3D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(xiàng)目，甚至是通過3D打印制造的隱形眼鏡。了解這項(xiàng)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(yàn)光和3D打印領(lǐng)域取得了歷史性突破。這一壯舉的實(shí)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(shí)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(gè)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(shí)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(shí)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(jìn)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(jì)的人工智能(AI)模型進(jìn)行處理。打印是通過J750多噴打印機(jī)使用VeroVivid材料完成的。該打印機(jī)的分辨率為每立方厘米180億個(gè)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(tuán)隊(duì)計(jì)劃改進(jìn)這種方法，進(jìn)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(gè)已知的問題是角膜變形，它會(huì)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(zèng)很少見，而且被拒絕的風(fēng)險(xiǎn)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(xì)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(zèng)和拒絕的挑戰(zhàn)，同時(shí)提供了更高的準(zhǔn)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(shí)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(jìn)行患者評估研究，探索3D打印如何改進(jìn)這種生產(chǎn)。目標(biāo)是將3D打印的眼睛與手工制作的眼睛進(jìn)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(huì)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(dāng)眼睛缺失、喪失或縮小時(shí)，有必要擁有一個(gè)合適的、個(gè)性化的眼假體，以促進(jìn)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(jì)個(gè)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(xiàng)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(jī)會(huì)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(jī)械性能。該項(xiàng)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(hù)理也至關(guān)重要。因此，外科醫(yī)生可以在手術(shù)室進(jìn)行手術(shù)之前，對特定患者眼瞼的忠實(shí)再現(xiàn)進(jìn)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(xì)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(jī)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(xì)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(jìn)展到晚期的機(jī)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(gè)項(xiàng)目致力于實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)。研究人員利用DLP 3D打印和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(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(jìn)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(jìn)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?dú)w功于比利時(shí)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(tuán)隊(duì)與Materialise臨床工程師一起制定了手術(shù)計(jì)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(jì)算機(jī)斷層掃描(CT)掃描制定了虛擬術(shù)前計(jì)劃，詳細(xì)說明了手術(shù)過程的每個(gè)步驟。找到捐贈(zèng)者后，Materialise在不到24小時(shí)內(nèi)設(shè)計(jì)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(zèng)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(xiǎn)。

Materialise為捐贈(zèng)者（左）和患者Aaron James（右）制作的定制手術(shù)導(dǎo)板。學(xué)分：實(shí)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(gè)患者的眼睛形狀和特定視覺需求進(jìn)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(yuǎn)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(jì)并通過Stratasys J850打印，基于真實(shí)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(shí)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(shí)為手術(shù)訓(xùn)練提供動(dòng)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(shí)允許其余可見光譜通過。使用SOLIDWORKS設(shè)計(jì)出原型后，研究人員在Prusa SL1S上使用ASIGA DentaClear和Grey樹脂進(jìn)行打印，每層打印時(shí)間為6秒，厚度為25微米。據(jù)該團(tuán)隊(duì)稱，這些3D打印鏡框?yàn)楫?dāng)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(jì)眼鏡，特別是治療圓錐角膜。這種眼病的特點(diǎn)是角膜變形，限制了患者的視力，需要專門設(shè)計(jì)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(yuǎn)鏡圖像的質(zhì)量。

圖片來源：新京報(bào)

編譯整理：3dnatives