新利18官方3D打印患者特定植入物

虽然戏剧演员在上台之前会使用“break a leg”这个短语来祝彼此好运，但不管是不是演员，摔断一条腿都不是我们想要经历的事情。小腿骨折通常是由摩托车、运动或滑雪事故造成的，通常对患者来说是非常具有挑战性的。恢复的道路通常是艰难和漫长的，也可能极其昂贵。多次手术、冗长的治疗方案和感染风险管理可能导致总治疗费用超过10万欧元。

没有两次骨折是完全相同的。它们的不同之处在于骨头和骨碎片是如何相互扭曲、移位、弯曲或缩短的:从斜骨折(骨折线与骨长轴成斜线)到螺旋骨折(骨折的更多部分被扭曲)，再到粉碎性骨折(骨折被分成几块)。萨尔大学应用力学教授斯特凡•迪贝尔斯解释说:“到目前为止，骨折的医疗治疗都是使用标准的植入物。”用螺钉将标准尺寸的骨科钢板固定在骨折的骨头上，以使骨头愈合。外科医生利用他或她的经验来决定使用多少颗螺钉和它们应该放置在哪里。

一种适用于每个骨折个体的新的治疗方法可以改善骨愈合过程，也可以防止并发症。该手术是由迪贝尔斯教授和迈克尔·罗兰博士与萨尔大学的计算机科学家菲利普·斯卢萨莱克教授和蒂姆·达曼博士共同开发的DFKI．该项目与Witten/Herdecke大学的医学科学家和工业伙伴进行了卓有成效的合作。

通过利用他们在工程力学、计算机科学和图像处理方面的专业知识，研究人员能够精确地绘制和模拟每个裂缝。生物力学分析骨折的能力意味着研究人员可以精确预测在不同的运动中，比如走路、坐着或爬楼梯时，骨骼和固定板所承受的最大负荷。通过了解如何最好地稳定骨，他们能够确定种植体的理想形状和结构，以及需要多大的骨折间隙来优化愈合。因此，可以为每个患者制造定制的植入物，以满足骨折的特定特点。制造过程的所有阶段，从临床计算机断层扫描数据的自动分析到新利18官方在最后的骨科植入物中，经过了优化，一旦腿部骨折周围的肿胀消退，患者可以在几天后进行手术。用这种方法治疗的骨折愈合更快，不愈合的风险更低。

研究小组研究了作用在骨折胫骨(胫骨)上的力，并确定了在典型的运动情况下骨骼和植入物的局部负荷模式，如绕弯道行走、上台阶、坐下或跳跃。这些负荷模式对骨折的愈合有很大的影响。“了解单个骨折的载荷将如何分配，以及哪些力将发挥作用，使我们能够确定植入物的精确形状，使其与骨折的具体几何形状相匹配，并为愈合过程提供最佳支持。”它甚至可以让我们计算出需要多少颗螺丝，以及它们应该安装在哪里。”斯特凡·迪贝尔斯解释道。外科医生经常插入额外的螺钉，这样他们就可以确定固定钢板真的能将骨折的骨头固定在一起。通过了解更多关于骨折生物力学的知识，外科医生将能够更精确地工作。

人工智能专家Philipp Slusallek教授解释说:“医疗从业者可以使用我们的程序来评估最佳的治疗方案。”他和他的研究团队使用成像技术和模拟来可视化加载模式，使数据更容易解释。他们分析了大量真实骨折的计算机断层扫描数据集，并利用这些数据教会计算机区分组织、空气、金属和图像伪像——就像一个有经验的外科医生在研究CT图像时一样。Saarbrücken的工程团队为了获取骨骼的载荷数据，进行了大量的实验和步态分析。先将骨头折断，用植入物稳定骨折，然后在试验台上研究骨和植入物，以确定在不同运动场景下的载荷。“能够计算压力和紧张引起的板植入骨骼结构,我们开发了仿真技术涉及的高效实现完善的有限元方法在现代计算机硬件加上新颖的机器学习算法,“计算机科学家Tim Dahmen博士说。来自工程团队的数据被用来训练神经网络，神经网络反过来反馈到三维数学模型中，能够可视化裂缝处及其周围的载荷分布。

研究小组特别感兴趣的是，当骨折承受载荷时，骨碎片之间的骨折间隙发生了什么。为了使骨折愈合，骨骼需要经历一定程度的负荷，因为这提供了骨骼生长所需的机械刺激。然而，过多的负荷会对愈合过程不利，并导致进一步的损伤。“裂缝间隙必须允许微运动发生。蒂姆·达曼说:“所以植入物的设计必须允许适量的运动。”这些模拟还利用了人工智能技术，可以快速、自动地评估3D模型。骨折和种植体现在可以单独分析，以确定其承受载荷的能力在临界点，这使一个理想形状的种植体配置，然后3D打印。