3D打印技術在犬類救助中的應用綜述

3D打印快訊
2019
10/18
13:51
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來源:中國工作犬業

隨著3D打印技術日漸成熟,對人們的生產與生活產生了巨大的影響。其在醫學領域的應用也越來越廣泛,可在產品物理結構不發生改變的情況下進行個性化定制,達到材料與病變部位的匹配。同時,隨著寵物行業快速興起,3D打印技術在寵物救助上的應用已初見端倪。

3D打印技術打造犬輪椅


2015年,美國俄亥俄州一頭名為Tumbles的混血獵犬,出生時就沒有前肢,只有后肢。由于身體殘疾,很難在與同胎出生的幼犬競爭母乳過程中存活下來,2周大時被送去了收容所人工喂養。一對夫婦了解到Tumbles的狀況后,主動聯系收容所,并聯系俄亥俄州大學創新中心,使用3D打印機制造了一副輪椅。輪椅是為Tumbles量身定制,花了14個小時才打印出來。安裝完成后,Tumbles可以自如地四處走動,興奮的時候甚至可以跳起來。

針對天生殘疾,或者因傷致殘的犬,通過裝備輪椅,可以讓犬在平坦的地面上自由走動。國內外通過3D打印打造輪椅的例子已非罕見,但是對犬的行動力的幫助上還是有著較大的局限。‍

3D打印技術打造犬義肢
如果說輪椅的局限性比較大,那么義肢的出現則對局限有所改變。2014年,美國一頭名叫Derby的混血哈士奇,天生前腿畸形,限制了它的行走和奔跑,只能跛行。起初,Derby的主人給它的腿上裝了一副輪椅,但效果并不好。雖然Derby能跑了,但它的活動仍然受到限制,Derby無法和其他犬一起玩耍,算不上是真正意義上的奔跑。


而后Derby的主人求助于3D打印技術團隊,花了很多時間設計義肢。因為擔心Derby可能會用義肢去刨土,而義肢會陷進去,研究人員采用了圓圈形狀的設計,原理類似于孩子們穿的跳鞋,同時用兩種材料打印,通過使用一種名叫選擇性激光燒結的技術,成功打印出了適合Derby奔跑的尼龍義肢。裝上義肢后,Derby每天都可以和它的主人一起奔跑3~5千米。此外,隨著Derby不斷生長,3D打印團隊研究人員還為Derby逐漸加長假肢,讓它始終處于最佳高度。

此外,中國、波蘭和澳大利亞等國家先后都有救助人員使用3D打印技術打造犬義肢。中國青島的一頭流浪犬“阿福”,2條后腿膝蓋以下殘缺,得到救助后,救助人員采用3D打印技術,讓“阿福”的后腿能像“11”一樣站立,后期也在不斷改進設計,為“阿福”打造出2條能讓它奔跑起來的雙腿;波蘭的幼犬Shila在遭遇草坪事故后截斷了后肢,無法正常行走,只能拖著殘肢移動,獸醫團隊經過會診,用鈦作為材料3D打印制作義肢,幫助Shila站立和行走;澳大利亞一頭格力幼犬Millie,左前肢因嚴重受傷而截肢并裝上了普通的義肢,隨著Millie漸漸長大,它的義肢由于質量重、體積大等因素顯得不合適,它也經常咬爛義肢來抗議,為此它的主人不惜重金為它量身定制,用3D打印技術打造了一條義肢,讓它能跟其它犬一樣奔跑玩耍,Millie也成為澳大利亞第一頭成功安裝3D打印義肢的犬。‍

3D打印技術打造犬面罩
2017年,美國加利福尼亞州的一頭4個月大的斯塔福郡斗牛Loca,與另一頭犬撕咬受重傷:顎骨骨折,顴骨骨折,頸部也有一處小骨折。加州大學戴維斯分校醫學院醫生先對Loca實行了手術,從右顴弓和右尾下頜骨上移除骨碎片,而后會同學院學生,設計了一種3D打印技術制作的有助于治療面部和頜骨損傷的面罩。




這種面罩是通過CT掃描成像,完全針對Loca的頭骨制作,可以精確地貼合它的頭部,幫助優化愈合過程。面罩還配有頸部繃帶,以穩定Loca頸部骨骼并限制其在愈合過程中的運動。使用面罩3個月后,再一次對Loca進行CT掃描,手術部位愈合良好,康復進行得十分順利,Loca在受治過程中也十分配合。


3D打印技術打造犬頭盔
軍人和警察有時也會要置身槍林彈雨之中,而頭盔就能為他們頭部提供充分保護,警犬也不例外。2017年,美國一廠商為警犬設計開發了一款3D打印頭盔,除了有型有款,更可加上相機等裝備,實用與外型兼備。頭盔為尼龍所制,耐用度高,更搭載了球形護目鏡片,為警犬提供清晰視野,鏡片也容易安裝及更換。頭盔內籠采用可替換式緩沖物料,避免震傷警犬頭部,同時提供3種尺寸選擇。頭盔頂部設有云臺,可裝設攝錄鏡頭,以警犬的角度拍攝視頻留作證據。云臺亦十分堅固,即使警犬發動攻擊仍能將鏡頭緊緊固定在頭盔上,相當實用。3D打印技術打造警犬頭盔,不僅可以有效保護警犬,降低頭部受傷幾率,更添加信息化元素,隨時留存證據。


3D打印技術打造犬頭骨
2016年,美國安大略省獸醫學院借助3D打印技術為一頭患有頭部腫瘤的臘腸犬Patches進行了治療。腫瘤長透了Patches的頭骨,甚至擠到了大腦和眼部。醫生通過手術成功移除了長入頭骨中的巨大腫瘤,并植入定制的3D打印鈦金顱骨片,替代了Patches70%的頭骨,植入物與頭骨創口完美貼合,拯救了Patches的生命。




Patches手術成功的案例不僅標志著北美獸醫領域的首次突破,也標志著癌癥研究領域可能出現新的重大突破。對于未來的犬類和人類手術來說,3D打印技術可以免除在手術室中給患者植入醫療植入物的過程,并通過縮短麻醉時間來降低患者的生命風險。在頭部、骨折和其他創傷引發的發育畸形方面,對腫瘤移除后的組織重建都至關重要。‍

3D打印技術打造“狗鼻子”
2016年,美國國家標準與技術研究所(NIST)的科學家們,研究了犬類嗅聞的外部空氣動力學,借助3D打印機,復制了拉布拉多犬鼻子的特征,包括鼻孔的形狀、方向和鼻腔結構,打造出了“狗鼻子”,在人工“狗鼻子”中的空氣流動速度和犬呼氣吸氣的速度相同。

在測試中,通過對空氣樣本進行檢測,對于采取連續吸入方式的傳統檢測儀器來說,采取“主動嗅探”技術能夠將靈敏度提升4至18倍,改善幅度的差異主要受到探頭與氣體來源之間的距離影響。如果人工“狗鼻子”安裝在用來探測爆炸物品的檢測儀器的吸氣管尾端,便可以大幅提升該儀器的靈敏度,用于對爆炸物品、毒品、病原體甚至癌癥的檢測。此外,人工“狗鼻子”排除了由于人的因素而造成誤差的風險。但是與犬由2億個嗅覺細胞組成的復雜嗅覺系統以及主觀能動性相比,犬依舊有著不可替代的作用。‍

3D打印技術打造寵物犬
現如今,3D打印技術已經融入了日常生活,掃描人或寵物制作擺設已經不新鮮了。按照外貌特征將寵物犬按1:1的比例3D打印一件栩栩如生的復制品是商家不斷探索和開發的項目。3D打印技術打造寵物犬,雖然對犬本身的救助作用不大,但是對犬的紀念層面具有著重要意義。




打造寵物犬的模型,皮膚、大小、質地以及材料都可以自行選擇,不同的定制方式,價格當然會不盡相同,但是每一頭寵物犬的塑像都十分可愛逼真。Facebook首席執行官馬克·扎克伯格曾給它的寵物犬過了一個6歲的生日,送給它的生日禮物就是一個按照寵物犬本身3D打印技術打造的迷你模型。

隨著基因技術的發展,也促生了3D打印技術基因復制公司,并且宣稱利用3D打印基因技術生產定制活體寵物犬。但是基因技術改造務必受生理、倫理等的限制,因此這一項目能否施行還需要更深入的探討。‍

綜上所述,3D打印技術的運用,在犬類救助方面發揮的作用與日俱增,最大的優勢在于因“犬”制宜,可以完美貼合。打造的裝備可以輔助犬運動,保護犬、減少在戰斗環境中受到傷害;打造完美貼合的骨骼替換物甚至是臟器,極大地縮短了手術所需的時間,提高手術成功率。相關技術的實際運用也將為人類醫學提供有價值的信息,為個性化醫療的發展奠定基礎。或許這就是3D打印技術的意義所在,能夠幫助到大家,不管是動物還是我們人類,都是要讓大家擁有更美好的生活。

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