人工智能驅動的 3D 打印助力手術準備

2024年10月，南極熊獲悉，華盛頓州立大學（WSU）的研究團隊成功開發(fā)了一種基于人工智能的3D打印工藝，能夠制作出高度精細的人體器官復制品。這項創(chuàng)新技術旨在幫助外科醫(yī)生進行復雜的手術演練，提供更準確、更適合患者的實踐工具，從而提高手術成功率和患者的安全性。



技術亮點
人工智能算法經過大量腎臟、前列腺等人體器官的圖像和關鍵屬性的訓練，能夠優(yōu)化3D打印機的設置，以平衡模型的精度、重量和打印速度。具體來說，噴嘴尺寸、材料壓力和打印層高等關鍵參數會根據具體需求自動調整。這使得在顯著縮短的時間內制作出精確的器官模型成為可能，極大地提高了手術準備的效率。

華盛頓州立大學機械與材料工程系助理教授Kaiyan Qiu表示：“人工智能驅動的流程可以快速生成高保真模型，有助于手術演練。實際上，外科醫(yī)生可以在早上接受患者的MRI（磁共振成像）檢查，半小時內打印出模型，然后用剩余的時間準備手術。這一過程不僅節(jié)省了時間，還提高了手術的精確度和安全性。“

技術創(chuàng)新
WSU團隊采用了多目標貝葉斯優(yōu)化（BO）方法來設計AI，以提高3D打印過程的精度。BO算法通過概率建模來優(yōu)化打印設置，確保每次打印都能達到最佳效果。這種方法可以不斷提高模型的質量和打印效率，幫助根據每項手術的獨特需求定制輸出。

WSU的系統(tǒng)使用NVIDIA A40 GPU和NeRF技術來創(chuàng)建3D打印器官的精確網格模型，確保結構和功能的保真度。NeRF技術通過神經輻射場（Neural Radiance Fields）生成高質量的3D模型，使得打印出來的器官模型在細節(jié)和功能上都非常接近真實器官。同樣的AI流程還可應用于醫(yī)療設備原型的制作，例如起搏器或支架，并具有更廣泛的工業(yè)應用潛力。



應用前景
機器學習輔助的3D打印方法是一個四步遞歸過程，確保每個環(huán)節(jié)的優(yōu)化。首先，通過MRI或CT掃描獲取患者的器官圖像；其次，AI算法分析圖像并優(yōu)化3D打印設置；第三，3D打印機根據優(yōu)化后的設置打印器官模型；最后，醫(yī)生使用模型進行手術演練。這一過程不僅在醫(yī)療領域有巨大的應用潛力，還可以擴展到其他工業(yè)領域，提高生產和設計的效率。

行業(yè)動態(tài)
在Rapid+TCT 2024會議上，nTop首席執(zhí)行官布Bradley Rothenberg討論了AI如何優(yōu)化材料使用并提高打印質量，從而更輕松地設計和測試針對特定患者的醫(yī)療設備。AI工具現(xiàn)已廣泛集成，以提高設計流程的效率，特別是在醫(yī)療保健領域。通過AI的輔助，3D打印技術不僅能夠制作出更精確的醫(yī)療設備，還能大幅降低生產成本和時間。

通過整合人工智能和3D打印技術的最新進展，醫(yī)療和工業(yè)用途的定制化、快速生產的未來似乎將繼續(xù)發(fā)展。AI不僅將提高醫(yī)療手術的精確度和安全性，還將推動相關行業(yè)的創(chuàng)新和發(fā)展。隨著技術的不斷成熟和應用范圍的擴大，我們有理由相信，未來的醫(yī)療和工業(yè)領域將迎來更多的變革和突破。