从技术层面解读“3D打印助9岁女童长出新耳朵”

最近两天，笔者看到很多3D打印的平台纷纷报道 “3D打印助9岁女童长出新耳朵“这则新闻，正好笔者也在不久前给京城某整形医院做过类似的方案，为了帮助到更多的人，笔者从建模技术的角度来分析一下怎么实现3D打印耳朵。为了大家更好的理解，咱们先来回顾一下这则令人兴奋的新闻吧：

9岁女孩小敏（化名）的右耳廓先天发育不全，就像一个没有开放的花蕊。但在3D打印技术的帮助下，她很快将会长出一个新的耳朵。8月5日，记者采访获悉，当时香港大学深圳医院整形外科团队开展了首例以3D打印辅助的耳廓塑型再造手术。

这项高难度的右耳廓塑型再造手术，第一次将耳朵做到了近乎“精准”。“以前整形医生做这类手术的时候，只能看着X光片的影像，加上凭空想象来构造耳廓及骨架，很难做得逼真。”手术团队成员之一的童庭辉医生说。

童医生早年曾经有过IT方面的从业经历，这令他格外关注科技领域的发展。“这两年3D打印在全球的发展和应用非常快，所以我也在考虑把它应用到整形手术中来。”

几个月前，小敏的爸爸带着孩子来到了香港大学深圳医院整形外科，经过几次的沟通，医生找到一家3D打印的企业以及相关技术人员，一起琢磨做一个精准的耳朵模型，以便术中参照。

由于人体的左耳和右耳是对称的，他们以女童左耳的耳廓、耳软骨为原型，通过3D扫描、CT收集数据，录入电脑进行技术处理、建模，然后利用3D打印造出右耳软骨、右耳廓等一组模型。

在此基础上，港大深圳医院整形外科以及香港玛丽医院头颈整形外科主管陈汝威医生率领团队如期开展了耳廓塑型再造手术，截取女童肋部的软骨，不断与3D模型进行立体对照，仔细“雕刻”成右耳的骨架，然后预植入右脸的预定位置，以皮瓣（具有血液供应的皮肤及其附着的皮下脂肪组织）覆盖、缝合。

8月4日，小敏结束第一阶段治疗，出院回家。

“接下来就是等待软骨和皮瓣生长在一起，大约一年之后，我们再做二期手术。”主刀医生说。第二阶段手术相当于把埋在皮肤下成活了的耳朵‘掏’出，按一定角度立起来，这样一个与左耳对称的耳朵就真正“长”出来了。

据介绍，像小敏这样耳朵先天性发育异常的孩子不在少数，大约每2000个孩子就有一个。3D打印的应用，将还孩子们一个真正漂亮的耳朵。

通过以上这则新闻不难看出， 假耳要想做到以假乱真的效果，3D建模技术是非常重要的一环。接下来我们就来简单谈谈3D打印技术如何与3D扫描与3D建模技术配合来实现逼真效果的。

一、解决方案：

如上文中新闻所述，现阶段无论采用什么样的技术，都无法保证“假耳”的真实自然。所以我们可以采用3D扫描+3D建模+3D打印的方式来完成整形治疗。重点来了！Geomagic Freeform可以起到很关键的作用。Geomagic Freeform做的模型属于有机建模，生动形象，简单来说做出的模型一点儿也不“硬”，和人体的感觉正好相符。

3D打印配合耳部整形（3D打印代替以前的“胶片剪模型”）：

十五年之前就已经有了成熟德尔耳再造手术。但是和与以前不同的是，以前为患者耳再造时所用的模型是用胶片剪出来的，是平面的，而现在的再造耳是3D打印出来的，是非常精细的立体。

耳朵是怎么打印出来的？3D打印技术人员用一个手持型扫描仪将患者正常的耳朵360度扫描。在电脑上呈现出三维数据，经过造型软件的修复和建模后， 3D打印机便将1:1的耳朵打印出来。

有了这个逼真的模型，医生再在患者胸廓下部取一段软骨，然后雕刻成耳朵，植入耳缺损处即可。

具体步骤如下：

第一步：3D打印的技术人员，用一个手持型的扫描仪对患者耳部进行360度的扫描。收集三维数据。

第二步：工程师对三维数据通过Geomagic Freeform进行加工修改，并制作成数字模型。

第三步：制作好的模型通过3D打印机一点点地打印出来。目前3D打印的材质有光敏树脂、高性能复合粉末等，用于打印耳朵的光敏树脂的精细度为16微米。

在此手术中，Geomagic Freeform主要负责对扫描后的数据进行编辑和修改，Freeform可以美化并最大程度的做出左右对称的耳朵外形。

二、具体案例：

为了大家更好的理解，笔者自己简单用Geomagic Freeform做了一下耳朵的仿制，从下面的图中不难看出， 通过GeomagicFreeform可以很快的做出基本一模一样的耳朵模型，镜像之后便可以得到一对儿。而且不能不提的是由于Freeform完美兼容STL格式，所以，做出的模型可以完美的被3D打印。

对于特殊客户，也可以通过一只无损的耳朵，对另外一只耳朵进行造型重塑。因此，Freeform在耳朵的重塑建模中有着得天独厚的优势—简单，快速且易用。对于耳朵重塑，修复都可以快速完成数字模型。另外，Freeform还可以配合3D扫描仪，对于耳朵的已有模型进行整形修复和再造型，如下图：

对于已有的扫描数据，Freeform可以快速，准确的修复并把需要3D打印或制作模型的部分无缝隙的提取出来，如下图：

三，结语：

对于整形医院来说，GeomagicFreeform可以最大程度的帮助到数字化医疗方面。
   Freeform 为医疗专家和设备制造商提供快速创建患者特定的器械和手术指南、定制修复和配套矫正术的方法。设计人员可将三维扫描资料导入到 Freeform 中，然后创建并操作按记录时间生成的准确模型，从而确保患者安全。