Fraunhofer开发的新型人工智能驱动3D打印义眼

| 3DScienceValley · 2024/03/03

近日，根据3D科学谷的市场观察，弗劳恩霍夫计算机图形研究所Fraunhofer IGD 的研究人员开发了一种新的人工智能 (AI) 驱动的自动化方法，用于 3D 打印义眼。研究团队声称，其新方法可以更快、更轻松地生产外观自然、更舒适的定制眼植入物。

▲ 3D打印义眼
© Fraunhofer

缩短80%生产时间

据 Moorfields Eye Charity 称，全球有超过800万人至少佩戴一只假眼，由于磨损，人工眼睛通常需要每五到十年更换一次，而当前的手工生产过程在可重复性和准确性方面面临挑战。因此，研究人员希望3D打印工艺能够满足假眼的高市场需求。

弗劳恩霍夫计算机图形研究所Fraunhofer IGD的人工智能 (AI) 驱动的自动化3D打印方法，与传统制造方法相比，3D打印义眼的生产时间缩短了 80%。更重要的是，新的3D打印和人工智能结合大大降低了眼科医师的劳动量，大约减少五倍，并且可以产生针对患者的真实且定制的质量可重复的以眼。
研究人员在对10名临床患者进行的初步试验中证明了新工艺的有效性，每位患者都接受了3D打印的眼假体。自这项试验完成以来，Moorfields 眼科医院已有200多名成年人接受了3D打印的假眼。

弗劳恩霍夫团队计划进一步完善其方法，以大幅降低生产逼真眼假体的成本要求，使更多人能够使用它们。

完整的研究题为“定制眼假体的自动数据驱动设计和3D打印”，并已发表在《自然通讯》杂志上。

研究人员的新流程利用原型Casia2光学相干断层扫描 (OCT) 扫描仪来扫描患者的眼窝。这些3D扫描结果可以产生精确的数据，为人造眼睛提供紧密且舒适的配合。据报道，每个患者的完整数据采集过程花费了不到 30分钟。

然后，患者的眼睛数据被输入到人工智能模型中，该模型生成精确的 3D 打印设计，完美贴合患者的眼窝。在研究中，团队将设计上传到 GrabCAD 软件，并使用 VeroVivid 材料在 Stratasys J750 Polyjet 多材料3D打印机上3D打印假眼。

眼睛采用全彩3D打印，准确复制了患者健康眼睛的外观、大小和结构。据报道，Stratasys 3D 打印机的运行分辨率为每立方厘米180亿个液滴，可打印出高度精确且细节逼真的眼睛植入物。

这种新方法可在短短 90 分钟内设计和 3D 打印出完整的义眼，而使用传统方法则需要 8 个小时。Reinhard 表示，同时 3D 打印 100 个义眼需要 10 个小时。

3D打印完成后，合格的眼科医生只需15至30分钟即可安装好义眼。

科学家们表示，在普遍推广这一过程之前，必须克服一些限制。例如，OCT 3D扫描设备目前无法捕获非常复杂的眼窝。此外，3D扫描过程并不适合患有某些眼部疾病（例如眼球震颤或斜视）的患者。

可扩展的应用

展望未来，研究人员相信他们的发现将推动数据驱动设计工具用于其他非眼睛假体的多材料 3D 打印的进一步研究和开发。这可能包括 3D 打印的牙齿修复体或面部假体。

甚至可以将这一开发与更传统的假肢结合起来，例如生产与患者外观精确匹配的假肢套。

3D打印在医疗领域发挥着越来越大的作用。在 3D 打印行业对近期 3D 打印趋势的调查中，3D打印专家强调医院越来越多地采用 3D 打印机来生产个性化医疗设备，例如眼假体。

Fraunhofer 的研究人员并不是第一个认识到 3D 打印在生产义眼方面的潜力的机构。早在 2021 年，一名伦敦男子成为世界上第一个安装 3D 打印义眼的人。此外，3D 打印不仅仅用于生产人眼假肢。2020 年，韩国忠北国立大学的研究人员开发了一种为因不治之症而失去眼睛的犬类 3D打印低成本义眼的工艺。

而根据3D科学谷的市场观察，基于AI重建人体假体，Fraunhofer目前在多个领域获得了显著进展，包括关节植入物，和眼眶植入物。

例如基于 AI 重建患者特定的陶瓷指关节植入物，在合作项目“FingerKIt”中，Fraunhofer IAPT、Fraunhofer MEVIS、Fraunhofer IKTS、Fraunhofer ITEM 和 Fraunhofer IWM 开发了一个连续的自动化3D打印-增材制造工艺链，以实现手指关节的重新活动。

而另外一个项目，基于人工智能的全自动3D打印眼眶植入物，Fraunhofer IAPT 研究所与位于德国汉堡的另外两家高校合作，在 DigiMed 项目中开发了一种基于人工智能的全自动工艺，用于生产个性化眼眶植入物。通过3D打印以超薄钛板形式存在的植入物，在临床实践中用于治疗眼眶损伤。人工智能算法不仅会显着加快3D打印眼眶植入物的生产，还会显着优化成本和质量。

Fraunhofer通过训练AI算法，根据可用的模拟数据自动生成单个植入物设计。作为项目成果，创建一个基于人工智能开发个性化植入物认证合规评估中心，这在全球范围内是独一无二的。