佛山市南海区广工大数控装备协同创新研究院

新闻资讯

您现在的位置:首页 >> 新闻资讯 > 行业动态 >> 详情

团队孵化|3D打印+重建技术=骨科专家的“助攻神器”!

发布时间: 2017-12-05 11:02:49   来源: 佛山市南海区广工大数控装备协同创新研究院  浏览次数:

编者按:佛山广东工业大学数控装备协同创新研究院(以下简称“研究院”),相当于一个小型科技园区。近几年来,在国家大力推动创新驱动、转型升级发展战略的形势下,依靠高校资源优势,研究院在创新技术、人才引进、成果转化等方面取得了新的成果和进展,还力求将技术优势转化为产业优势,让科技成果走出高校的象牙塔,走向大众创业、万众创新的广阔舞台。四年时间,研究院已经建成了4大创新创业平台(工匠创客汇、机器人中心、精密装备中心、3D打印中心),培育了80多个高端创业团队,孵化了70多家企业,申请了500余件专利,培养创新人才500余人,服务地方企业超1000家,实现技术服务收入超亿元,带动新增产值50亿元。接下来,我们将会推出系列研究院孵化的团队风采,为您讲述团队背后的故事。

 

       手工植入髋臼假体精准度不高的问题,曾一度困扰着不少骨科专家,而今这个问题被高科技3D打印+重建技术轻松解决了。这个看起来仅仅像两个马蹄形的磁铁石是骨科专家的“助攻神器”,学名叫做“人工髋臼杯植入定位器”。实施全髋关节置换术前,先按照1:1的比例打印出髋关节3D模型,再根据模型设计合适的铁条状定位器,这些均由3D打印制成。

▲返修的髋臼假体

        这两个长度不足10厘米的铁条状物体,代表着目前全国3 D打印在骨科临床医学上的领先水平,而这个创意从想法到成功实践,来自硅谷的Dr. Gek Lim仅仅花费了半年多的时间。今天我们就走近Dr. Gek Lim,看她是怎样利用3D打印技术制作出骨科专家的 “助攻神器” 的!

医院寻找精准辅助工具

        佛山市中医院关节专科(骨十科)主任周观明指出:髋关节置换之后,假体翻修的原因有很多,但是其中有一个很重要的原因是在置换时臼杯安装得不够精准,导致磨损或者脱位,致使患者行动的时候,臼杯就会松动。经年累月,全髋关节置换术患者的髋臼位置容易出现病变或残缺。

        由于病变的患者髋臼可能已经不规则了,所以要把髋臼杯假体准确地放入到髋臼中。这个过程如果是纯手工的植入,精准度都会有偏差,再加上髋周围的软组织等阻挡视线,即使是经验丰富的骨科医生,在放入髋臼假体时也不能保证百分之百精度准确。一旦放入不精准,就会导致髋臼假体磨损或者脱位,从而影响患者的功能,势必要进行翻修。这个问题困扰着不少骨科医生,其中包括知名骨科专家、佛山市中医院院长刘效仿教授。对于佛山市中医院来说,目前全髋关节置换术一年达到2000台,手术量在全国排在前列。而刘效仿院长也一直在思考,有没有一种产品可以辅助医生完成手术,让髋臼杯假体植入的角度精准,避免由此造成的翻修。

       刘院长所思考的问题,恰恰是来自硅谷的Dr. Gek Lim正在研究的产品所能解决的。Dr. Gek Lim主攻智能图象处理,在美国从事计算机医疗影像学开发和研究,之前是贝尔实验室的博士后.她常年背着一 黑色大背包,拎着黑色的箱子,箱子里装的便是髋关节的模型和髋臼定位器,这个看起来有点像马蹄形磁铁石的东西,最终能轻而易举地解决困扰众多骨科专家的问题:让全髋关节置换术中关键的一步——髋臼假体植入能够按照理想的角度实施植入,最大程度减少因此可能发生的磨损脱位,延长假体使用寿命。

雏形被否太闭门造车”

        每一项新的应用和研究几乎都是在一个人或者一个群体的执着推广下诞生。这个定位器也如此。说起髋臼植入定位器的诞生,Dr. Gek Lim一再感谢刘效仿这位 “伯乐” 。

        2015年,Dr. Gek Lim开始发3D数字骨科重建软件。对这个软件,骨科顶级专家刘效仿给了很多意见和建议,这也恰恰是后来3D打印髋臼植入定位器能够发挥作用的基础。常年奔波于全球各地的的Dr. Gek Lim对于全球的骨科手术工具、仪器等也了如指掌。 “之前国外有人曾经研制出两个定位器,分别用在打磨髋臼和植入假体中,但是两个是分开的,医生在手术中需要使用两次,使用不方便;有些定位器的设计需要改造手术设备,难以推广。”Dr. Gek Lim吸取这些经验后,2016年3月份形成了设想和方案,开始申请专利。“但是这毕竟只是技术层面的,要用到临床去,就要给临床的医生看是否使用。”Dr. Gek Lim想到了刘效仿带领的佛山市中医院。

        2016年5月份的一天,她拿着设计的相片,找到刘效仿。 “当时他说,这个设计很好,让我们可以先做出来。”然而,设计从研究到成功应用,经历了多次的改进。

       到了2016年6月,刘效仿的一个电话,加快了3D打印髋臼假体植入定位器应用的历程。“刘院打电话给我说,让我先做一套定位器,想要在手术中使用,如果成功的话,就在8月份的骨科国际会议上作为案例讲解。”Dr. Gek Lim接电话后犹如打了鸡血,收到从中医院传过的在医院做过髋关节置换手术的患者影像资料,包括CT扫描和X光片后,立刻开始着手建模。

       每个髋关节的模型都是个性化的,不同的形状,设计的定位器也是唯一的。这个长约10厘米的类似马蹄形磁铁的条状物和另外类似半圆形的条状物,就是定位器。“看着简单,设计还是挺难的,竖着的导板不能太长,又不能太短,太长放不进去,太短了又会被肌肉阻挡。”横着的导板要和患者的髋关节无缝对接,且要在同一水平面,不能前凸也不能凹,力度要刚刚好。“横导板的长度不能超过髋臼杯的一半,例如髋臼假体直径4cm,横导板就不能超过2cm,太长会干扰医生的手术。”

       主攻技术产品的Dr. Gek Lim并没有太多的骨科实践经历,第一次的制作,被刘效仿一针见血地指出了弊端。“第一次的横导板,我们设计的是圆形的,刘院长一看到就说,这个不能用到临床上,设计人员太闭门造车了。”刘效仿建议导板要短一点,不能妨碍医生手术。Dr. Gek Lim根据刘效仿的建议,对定位器长度等进行了改进,第二套的定位器获得了刘效仿的认可,刘又提出了进一步的修改建议。   

48小时定制出个性化“定位器”

        经过两次的磨合后,2016年7月的一例手术提供了一个极好的实践检验机会。刘效仿觉得时机已经成熟,决定应用定位器来做。“周观明主任给我的时间很紧。因为手术多,我必须在48小时之内做出一套个性化的定位器,送到医院消毒。”Dr. Gek Lim拿到医院给的患者影像图后,在48小时内完成建模、定位器的设计,3D打印定位器和模型,然后送到佛山市中医院。

       最终,刘效仿和周观明使用3D打印个性化人工髋臼杯植入定位器实施了第一例全髋关节置换术,手术很顺利也很成功。8月,刘效仿在全国骨科国际会议上分享了这项新技术。11月,周观明也在COA国际会议对这项新技术进行了分享。截至目前,佛山市中医院共成功通过定位器实施了56个髋“全髋关节置换术”,都达到高精准度。   

        24岁李某是这个新技术的54个受益者之一。此前她因双侧髋关节疼痛,影响到正常行走的走路,去年底在佛山市中医院接受了 “双侧全髋关节置换术” ,如今已可弃拐正常行走。手术后结果显示,植入她体内的人工髋臼外展角右髋为41°,左髋为39 .8°,均与术前规划的40°相差小于2°,实现了高度精准植入。 “通过这个导向器定位器植入,可以最大可能地避免因植入精度不准而可能造成的髋臼假体脱落或者磨损,减少脱位翻修的几率。”周观明说。

3D打印成骨科医生 超级帮手”!

       对于Dr. Gek Lim,  向器定位器的成功不仅是事业上的成功,也是精神上的充实能够运用高科技帮助医生看病、做手术在她看来非常有意义。“接来下我们计划开展100例临床实验,并且收集数据,做成数据库,看看能有什么发现。”Dr. Gek Lim在佛山注册了辰维医疗科技股份有限公司,并于今年96月进驻到广工大研究院,主要推广3D打印个性化负责3D打印髋臼假体植入导向器定位器的业务。

       对于佛山市中医院来说,3D打印导向器定位器的成功也给他们提供了更多的启发和思路,刘效仿以及他的团队正在考虑如何将这项高科技应用到骨科的其他骨科手术中。目前已从髋关节定位器扩展到矫形、脊椎和创伤科室。

       面对百亿级稳定增长的市场,凭借核心技术与产品,Dr. Gek Lim以及团队相信,该技术短时间内必将很快占据一席之地!目前辰维医疗科技股份有限公司已实现和佛山市中医院签署合同的商业模式和不同的科研、临床试验合作。辰维医疗科技团队致力于精准医疗领域,引用美国硅谷的核心技术——AI数字骨科技术和3D打印,并将其运用于骨科精准医疗中。公司使用世界一流的医疗人工智能影像处理、分析和识别技术,自主研发智能影像处理分析系统(医依助理),为患者提供个性化的导板定位器和假体3D打印产品,以满足解剖及生物力学需求,延长假体寿命,并减少患者要做第二、第三次置换手术的痛苦。

       对未来的展望展望未来,Dr. Gek Lim表示不仅把业务推广到全国各地,还要开展更多更大规模的临床试验,只有通过科研和医院建立紧密的临床合作关系才能让公司技术持续领先。