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兽医如何从3D打印中获益?
未知大陆发表于 2023-05-18浏览量:评论数:
它们被认为是人类最好的朋友,在我们心中占据着很大的位置,有时甚至在我们的沙发上:我们当然在谈论动物,特别是宠物。 自古以来,人类就与动物一起生活,这种情况一直持续到今天。 最受欢迎的动物类型是狗、猫、鱼和鸟,2020年家庭中的动物数量与2016年相比有显着增加。 2016 年,全球收养了 7680 万只狗和 5840 万只猫,而仅仅四年后,这一数字就上升到了 8370 万只狗和 6000 万只猫。 这种增长在很大程度上可以归因于当时开始的新冠病毒大流行以及相关的全球封锁,因为在家办公的安排让员工有更多时间陪伴宠物。 然而,不仅宠物的数量增加了,而且3D打印还为我们的动物朋友创造了兽医所需的所有治疗和应用。



众所周知,3D打印已被证明在包括兽医在内的许多领域都有好处。考虑到兽药是经济中一个巨大且不断增长的部分,很容易理解为什么在那里使用3D打印。仅在美国,目前就有大约12万名兽医从事他们的职业,帮助患有各种疾病和病症的动物。因此,随着宠物数量的增加,整个行业的价值也在增加,这也就不足为奇了。根据Grand View Research, Inc.的一份报告,到2028年,全球兽医活动市场预计将达到1144亿美元。然而,现在不仅有兽医使用3D打印来照顾我们动物的健康,而且商业公司也在努力开发新的应用程序,以便他们也能够帮助动物。但是3D打印在这个领域的局限性和可能性是什么?典型的流程和实现是什么?


3D打印的使用在兽药市场上变得越来越普遍。 在这里,您可以看到狗的下颌假肢设计

兽医使用3D打印


当宠物主人带他们的动物朋友去最近的兽医诊所时,没有人会高兴。然而,除了令人讨厌的健康意外之外,通常还有其他可怕的故事,例如巨大的费用,假肢或矫形器(以及其他必要的治疗)的长时间等待,或者仅仅是不可能为自己的动物定制兽医产品的事实。幸运的是,有了3D打印,这些问题中的许多都可以得到解决。此外,材料开发方面的创新使更多材料的开发能够满足该行业的各种需求。因此,该材料具有许多优点,如降低成本,缩短等待时间和高度定制化。然而,创新的方法也可以塑造和简化动物患者在拜访使用3D打印的兽医时所经历的各个步骤。通常,PEEK、PEKK等材料以及用于外科手术的牙科塑料,例如尼龙、PLA和PVA,在使用3D打印的兽医中得到了应用。

在兽医学中的具体应用

为了更深入地了解3D打印在兽医学中的应用,首先有必要了解传统方法。例如,兽医用于治疗的许多传统方法与人类医学中使用的方法相似,有时甚至是最小的细节。话虽如此,尽管DNA和其他身体特征部分相同,但我们必须记住,有些治疗方案根本不可能。通常手术或假体制作前的第一步是扫描。由于一些动物由于它们的条件和其他问题(特别是与能够静止不动有关)而不适合标准的兽医CT扫描仪,因此第一个挑战已经出现在这里,我们可以看到转向3D打印技术的好处。

可以使用镇静,即使用镇定剂来平静中枢神经系统的功能,但这也与高成本和时间消耗有关。使用3D扫描,不仅可以快速进行扫描,而扫描又不需要镇静,而且可以进行高精度扫描。由于这是一种便携式设备,因此可以扫描任何种类的动物而不会出现任何问题,不像传统的CT扫描仪-最新式的危险动物,如鳄鱼或生活在水中的动物,传统的CT扫描已经失败了。

通过3D扫描,鳄鱼斯塔布斯先生可能是一个完美的例子。2013年,这只短吻鳄在一辆半挂车中被发现,它失去了尾巴。虽然这看起来微不足道,但事实上,鳄鱼的尾巴不仅用于在水中移动和转向,而且它的根部还储存着脂肪,对动物的健康有重要贡献。为了帮助斯塔布斯先生,位于亚利桑那州格伦代尔的中西部大学使用3D扫描仪扫描了最近死亡的鳄鱼的尾巴。尽管必须按照斯塔布斯先生的确切尺寸进行调整,但3D扫描能够捕捉到尾巴的所有细节,帮助团队为斯塔布斯先生创造一个新的尾巴。


使用传统方法,可能无法获得如此准确的尾巴图像

得益于3D打印,应用可以个性化


兽医和动物医院在治疗动物时,可以通过使用3D打印获得广泛的积极效益。仅举几例,它可用于生产假肢,矫形器,植入物,牙科部件甚至适合术前用途的定制模型。考虑到由于不同的生物条件和不同动物物种的需求,需要考虑的因素数量不可估量地增加,这样做的好处是显而易见的。例如,狗等动物的解剖结构因品种而异:如果你比较一只成年的纽芬兰犬和一只腊肠犬,很明显,个别化治疗是非常必要的。

3D打印的矫形器和假肢在需要更换之前可以使用长达五年的时间,在兽医领域的应用尤其广泛。夹板附着在身体上,作为矫形辅助工具,使关节、骨骼甚至肌肉可以放松、稳定或矫正。一个值得注意的例子是3D打印假肢,这是为一只出生时患有罕见的先天性胸壁畸形的三个月大的猫制作的。

兽医医生Matteo Zanfabro转向3D打印来帮助解决这种有时致命的猫畸形。该夹板由PETG制成,使用3D打印,不仅可以单独适应小猫的大小和畸形,而且可以在此过程中考虑到动物的生长。为了提供必要的稳定,夹板用手术钢丝闭合,并装有填充物。3D打印在这里得到了回报:在使用3D打印的夹板后,小猫没有再出现运动不耐受。



但这还不是全部。在他们的工作过程中,来自Košice斯洛伐克科技大学的一组研究人员一直在解决3D打印在兽医正畸领域的好处问题。他们以一只15个月大的拉布拉多狗为例,它在玩耍时失去了一颗对食物摄取很重要的牙齿,展示了使用3D打印的可能性。由于这颗牙不会再长出来,但对防止营养不良也至关重要,因此需要一种个性化的解决方案。在幼犬的下颌中仍然存在的同一颗牙齿被扫描,这样扫描后可以使用金属3D打印制造植入物。在这种情况下选择3D打印的一个原因是,一方面,可以进行精确的扫描,另一方面,打印必须非常精确,因为新制作的牙齿必须完美地集成到现有的牙齿间隙中。经过再生阶段,这只拉布拉多犬的牙齿比它的天然牙齿更坚硬、更耐用。

考虑到动物的牙齿问题,5年前开始实施3D打印的兽医Johnny Uday博士提供了其他潜在挑战的见解:“牙齿问题非常普遍,会破坏许多宠物的颌骨,导致骨折和骨溶解(大洞)。然而,由于狗的体型不同,“标准”餐盘可能太大或太笨重,造成的伤害大于它们的帮助。因此,这项技术的一个很好的应用是开发个性化的钢板,这样你就可以拥有完美的尺寸和尺寸,甚至可以计划钻孔,以避免损坏牙根、维管束、神经、淋巴系统和其他对正常功能和适当愈合至关重要的重要结构。”

兽医学3D打印


多亏了3D打印的牙齿,狗又可以进食了


此外,兽医学中的3D打印非常适合创建外科和解剖模型。 在这里,手术模型尤其可以帮助兽医获得更好的手术效果,同时可以显着缩短手术时间。 具体来说,这些是3D打印的模板,其中包含各个动物患者的精确切割平面和孔,允许外科医生提前在这些模板上进行练习。 这不仅适用于难度大、鲜为人知的手术,也适用于十字韧带撕裂甚至先天性肢体问题等骨科损伤。 解剖模型,可分为针灸、器官、骨骼甚至运动模型,也为兽医提供了很大的帮助。 然而,这些三维模型不仅对兽医有利,而且对学生和准兽医也有利,因此可用于学习和研究目的。

当3D打印应用于兽医时,它主要有利于狗、猫,但也有利于鸡或牛。 与此同时,对于吉娃娃、青蛙或仓鼠等小动物来说,情况就更复杂了。 Johnny Uday 博士向我们解释说,原因是它们的解剖结构很小,这使得制作切口导向器和植入物比大型动物更具挑战性。 然而,在将 3D打印 实施到工作流程中时,最大的挑战可能是学习主题本身。 Johnny Uday 博士指出了拥有各种软件的重要性,尤其是可用于3D打印的生物材料。

公司正在使用3D打印来帮助动物

虽然已经有许多兽医利用3D打印,但公司也发现了这一领域的巨大潜力。 因此,在兽医领域使用 3D打印 的公司名单越来越多:Think3DDD、PlayVet、CABIOMEDE、DiveDesign 甚至 Formlabs 和 Artec3D,仅举几例。 在这种情况下,兽医和公司在 3D打印 方面的活动之间存在的区别主要是教育背景。 在这些公司工作的人主要拥有工程学位,而兽医当然拥有兽医学位。 此外,它们的背景各不相同:公司生产和销售这些产品,并因此为自己开发了一个市场,以提供其服务和产品性能。 相比之下,兽医利用3D打印来提高工作效率、改进工作流程以及将3D打印作为整体的一部分来使用。 然而,尽管教育路径不同,但目标是相同的:通过3D打印来拯救或简化动物的生命。

Tino Jacobi创立的Think3DDD总部位于柏林,该公司解释说,由于高水平的定制化,这是一种密切的合作:“这就是我们与治疗兽医密切合作的原因。因此,我们根据兽医的信息制造合适的矫形器或假肢,兽医陪同治疗。”然而,NordicVet3D的所有者Alexander Then表示,仍有大量兽医与3D打印的使用保持距离。他解释说:“除了经济原因之外,我看不出有什么理由不应该使用它们。”他详细说明了这样做的好处,“例如,我们可以检查我们想要使用的螺钉和板是否最适合每种情况。这最大限度地降低了失败或需要再手术的风险,而再手术会增加死亡率和发病率。它也被证明可以缩短手术时间,从而减少手术的实际成本。”

就过程、技术和使用的材料而言,第一步是3D扫描,由于扫描应用程序,甚至可以用智能手机完成。一旦扫描完成——无论是在公司还是在兽医诊所——软件就会被用来制作假体或矫形器的数字图像。经过3D打印和后期处理后,可以直接佩戴。Alexander Then进一步解释说,当使用FDM/FFF技术时,“可以使用多种不同厚度的热塑性聚氨酯塑料(TPU)、聚丙烯(PP)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)等”。


在 Think3DDD,在生成文件并最终3D打印之前通过智能手机进行扫描

3D打印在兽医学中的局限性


虽然3D打印在兽医学中的应用带来的好处远远大于问题和挑战,但这一应用领域仍然存在局限性。 尽管动物可植入材料的范围已经非常广泛,但相比之下,可以同时灭菌的生物相容性材料的选择仍然非常有限。 此外,3D打印植入物中生物膜的形成是主要问题之一。 这种生物膜是细菌的一种组合,特别有抵抗力并且难以去除。 由于这种生物膜现在也可以在3D打印的植入物上形成,因此 Uday 博士在这里看到了一个特别大的挑战。

谈到3D打印在兽医领域的其他挑战,PlayVet 的 Matteo Zanfabro 指出,使用如此多不同材料的兽医工作本身就是一个挑战。 重要的是要记住,根据应用,材料必须具有从非常硬的塑料到可咀嚼材料的各种特性。 特别是因为始终需要在质量和生产时间之间找到最佳折衷方案。 Matteo Zanfabro 还引用了“制造商的3D打印规格与实际结果不符”这一事实作为一个问题,因为这就是为什么他们需要“尝试、测试和验证每种材料和每个制造商,以确保材料是适合我们的产品和流程。” 这个过程不仅耗时,而且成本高昂,这种类型的质量测试需要长达数周的时间。

那么关于3D打印在兽医领域的应用,我们能得出什么结论呢? 由于3D打印,许多动物的生命已经得到拯救,而且这个例子还在继续! 虽然对于公司和兽医来说,有更容易和更困难的案例需要解决,但任何挑战也为在兽医学中使用 3D打印 提供了新的机会。

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