专家报告3d与辅助技术

1、3D打印与辅助技术王 珏 教授 博士生导师生物医学信息工程教育部重点实验室西安交通大学生命科学与技术学院生物医学工程研究所2014-05-203D打印技术与康复训练类设备3D打印技术与肢体类辅助器具 3D打印技术的优势与辅助技术产品的需求3D打印在辅助技术领域中的发展动态讨论要点3D打印技术的优势与康复工程产品的需求第三次工业革命重要标志3D打印技术的特点与优势 制造复杂物品不增加成本； 产品多样化不增加成本； 无须组装 零时间交付 设计空间无限 零技能制造 不占空间、便携制造 减少废弃副产品 材料无限组合 精确的实体复制康复需求分析 全国各类残疾人的总数8296万人，占总人口的6.34%（2

2、006统计）。 我国60岁以上的老年人已有1.44亿，其中因患病等原因需要康复辅具 服务的约有7000多万人。 我国有慢性病患者2亿多人，其中需要康复辅具服务的超过1000万人。 每年还有100多万人因交通、工伤事故等原因致残，其中大部分人需要康复辅具服务。精神疾病患者老年人群3700万45万9520万残疾人脑瘫脑中风2012年665万1770 万分类2010年2011年2012年残疾人36003660370060岁以上老年人835092509520其他人群224124802710合计141911549015930 近3年中国需康复治疗的人群规模增长统计 （单位：万人） 康复工程产品的特点康复

3、工程产品种类多（仅辅助技术类产品就有4万多种，且每年不断更新）；总体产品需求量大；单一品种产品需求量小；个体性强，需要适配定制；康复设备的发展趋势：康复理念新，科技含量高，康复功能全，品种多、人性化、个体化。福布斯杂志在2012年底列数3D打印技术在未来应用的十大趋势，其中在医疗领域的应用名列第二。 3D打印技术未来或许能够实现个性化医疗，并减少甚至消除器官捐献者短缺的问题。3D打印能够制造符合具体患者身体的定制产品。3D打印技术在康复领域中的应用临床康复中的应用肢体运动功能障碍诊疗机器人感知类辅助器具植入类肢体类辅助器具3D打印技术与肢体类辅助器具智能轮椅技术及坐具系统的适配智能轮椅关键技术

4、、部件及目标产品的研发 防跌落防侧翻 超声、红外 技术实现避 障、绕行功能 自动导航，快 速应招，选择 捷近路径返回 防侧翻、防跌 落 CAN总线通讯超声测距智能轮椅的功能模块显示模块防跌落模块避障模块心电模块电机驱动模块防侧翻模块主控制器CAN总线坐具系统界面的有限元分析模型加载 人坐姿受力分析 单元模型 模型坐垫应力分布 模型坐垫应变分布 曲面模型 点云模型 CT域值选择 像素坐标的重建 左半骨盆模型 坐具系统的适配评估技术适配后CAD建模适配前侧向坐姿背向坐姿用户功能评估CAD数学建模举例 1：假肢装配师为截肢者小腿取阴模 传统假肢的制做小腿形状的阴模复制品可以用来制造一个阳模石膏模型修

5、改石膏模型的形状，以便能适应承重和缓解表面压力的需求用热成形的方法制作假肢接受腔检验接受腔观察适配情况举例 2：假 肢3D打印技术制造假肢垂直和水平扫描TibiaFibula小腿的纵向成像小腿的横断面成像 三维成像的可视化和界标构建用成形软件进行计算机辅助设计接受腔 核心技术 假肢接受腔的设计影像3D打印下肢假肢3D打印技术与康复训练类设备脑损伤患者手功能康复训练机器人手部关节小而多，结构尺寸的个体性差异对机械结构提出了极高的要求。3D打印技术可以依据患者手部结构尺寸进行机器人关键部件的快速加工适配，从而保证手部各个关节协调、充分地运动。举例4：个性化设计与制造以3D打印技术制作的游戏装具，显

6、示了3D打印技术在个性化康复辅助器具设计与制造方面的前景 3D打印在康复工程领域中的发展动态3D 打印截肢手掌埃里克朗宁：威斯康辛大学机械工程专业学生，2012年美国全国大学发明挑战赛的亚军。他制造的这款价格便宜，带自身力源的假肢，能复制被截肢者失去的一另只手。该手掌能够轻松地使用自动力假肢抓取、释放物体，并提起7磅重的物体。操作类辅助器具外骨骼系统 缺憾：骨折时用石膏或夹板固定的缺点：不能洗澡、外观难看、患处痒又挠不了，并且有异味。 发明：维多利亚惠灵顿大学毕业的Jake Evill提出新概念设计：“皮质外骨骼”，一种采用3D打印技术的创伤区域固定技术，以取代传统的石膏。它可以快速成型，且安

7、全透气。 特色：蜂窝式结构，可穿戴在手臂上以固定骨折部位，具有轻量级、易洗、通风、可回收利用的特点，同时也不乏时尚感。肢体运动功能障碍治疗机器人 患有罕见的先天性疾病anthrogryposis的患儿艾玛，使用威尔明顿机器人外骨骼（WREX）。 3D打印的快速复制功能，允许外骨骼随着患儿成长而缩放，每个部分单独打印，随后进行调整大小和拼接工作。艾玛是全球15个目前使用WREX的患儿之一。威尔明顿机器人外骨骼（WREX）3D打印机械手行走类辅助器具采用3D打印，设计更友好的代步工具WHILL。为了节约成本，这个控制面板和车身的其他位置不同，它来自3D打印。美国 “eLEGS”系统高端轮椅市场动态

8、 3D打印技术是一场制造技术的革命，是中国制造业升级的重要一环。3D打印技术经过20余年的快速发展，在全球范围内已形成一个规模16.8亿美元的新兴产业，并以年均20%-30%的速度高速成长。其在生物医学领域中的应用已占据了全部份额的8.8%。中国3D打印技术研究院卢秉恒院士在南京紫金（江宁）科技创业特别社区建立了中国3D打印技术研究中心（南京增材制造研究院）讨 论 3D打印技术还处于起步阶段。未来发展空间甚大。它将大大促进“以人为本”、以恢复个体功能能力为标志的辅助技术服务业在中国的发展。 促进多学科交叉（临床医学、神经工程、制造、信息、生物、材料等）和协同创新为特征的转化医学的迅猛发展。 机遇与挑战同在，3D、4D、5D打印技术应用前景诱人，结合临床需求、造福人类健康存在许多科学与技术难关有待攻克。 结 束 语经济学人杂志2012年刊文，“正如当初无人能预测1450年的印刷术、1750年的蒸汽机、1950年的晶体管会带来何等影响，而今，我们仍然无法预测，3D打印将在漫长的时光里如何改变世界”。谢谢！坐 姿 骨盆滑向前倾位置并向内旋转，膝盖并拢。肩和躯干萎陷，整个姿势成C形。 压疮的防治成为临床康复领