从患者自身的心脏瓣膜看到的患者特定的心脏模型。 （所有图片均由 Rady 儿童医院提供）与普通医院或成人医院相比，专为儿童提供护理的医院面临着独特的挑战。儿童体型较小，因此需要为他们设计的手术工具和矫形装置。儿童生长迅速，因此需要经常更换植入物。
“仅从人口/数量的角度来看，儿童人数少于成年人，而进医院的儿童人数也少于成年人，”主任 Justin Ryan 说来自圣地亚哥拉迪儿童医院的海伦和威尔韦伯斯特基金会 3D 创新实验室。仅此一项就会影响成本。与任何制造商一样，手术工具和设备的供应商依靠大规模生产来降低成本以使其适用财务上可行。 “通常在儿童医院，我们会得到缩小版，或者只用于成人的版本，我们只能设法弄清楚如何最好地将它应用于儿科应用。”
输入3D 打印能够制造儿童或儿童医院可能需要的任何东西。
Ryan 在 2018 年来到 Rady Children's 时面临的挑战是建立这样一个设施，一个 3D 打印工厂，并根据医务人员及其患者的需求简化其运营。首先是手术建模，但功能扩展到此之外。 Rady Children's 本身是独一无二的，因为它是一家区域供应商，其地理范围延伸到偏远的太平洋岛屿。 “我们相信 3D 建模、3D 打印和扩展现实与帮助尽可能多的孩子的目标相交，”他说。 “如果我们能够比使用这些新兴技术更好地计划手术，
手术建模
手术建模（通常称为解剖建模）是 Rady 的第一个也是最明显的 3D 打印用例。基本概念在整个外科医学中变得越来越普遍，它是在外科医生可以处理和触摸的解剖学上准确的部件中模拟器官，有时还模拟其周围的身体结构。
这种建模首先通过使用CT 和 MRI 扫描等放射学设备，并通过分割专家的才能将扫描数据转换为 3D CAD 模型。这些数字模型随后被用于 3D 打印外科医生可以处理的模型，并且患者的家人可以看到。 “我们让我们的外科医生和我们的介入医生能够在实际对患者进行手术之前查看解剖结构。他们可以看到传统上看不到的东西，能参与其中是非常令人兴奋的，”Ryan 说。通过 3D 模型，父母可以在第一时间充分了解他们的孩子正在处理的问题以及外科医生将如何解决这个问题。
外科医生的反应同样重要。第一次看模型可能会令人惊讶。有时，模型由模仿组织和骨骼的材料制成，因此外科医生有机会在接触活体肉体之前练习具有挑战性的手术。他说：“有时 [外科医生] 认识到 [他们打算进行手术的解剖结构] 存在与他们最初想象的不同的问题或挑战”。
心脏或外伤病例的复杂性可能势不可挡。 “我所做的大部分工作都是为三岁以下非常非常小的孩子做模特，”瑞安解释道。 “不仅教育孩子了解他们的诊断具有挑战性，而且教育家庭 [也是一个挑战]。这些模型是一个不可思议的工具。一般家庭没有医学背景；事实上，我们患者家庭的很大一部分人口缺乏高等教育或无法获得自己接受教育的资源。我们如何将复杂的医学诊断和信息传达给这些已经因孩子的诊断和未决手术而情绪紧张并承受巨大压力的家庭？这些模型为此提供了一种工具。”
有了他们可以拿在手中的 3D 模型，外科医生可以展示他们孩子的哪个部位将要接受手术，要在哪里进行切割，要移动静脉、动脉或韧带，甚至手术后的结果可能是什么样子。从 Ryan 的角度来看，心胸、肺、骨科和耳鼻喉等专业服务发现手术建模特别有用。 “我已经看到该技术的采用是针对外科医生的。一位外科医生会立即喜欢上这项技术，并希望提出更多要求。其他人开始时可能有点不冷不热，但通常我们会在他们开始看到一些更先进的模型，”Ryan 说。
用于更好流程的设备工程
在 Rady Children's，3D 打印不仅仅用于针对特定患者的建模。专业设备可用于临床和实验室实践，以及医院周围的独特设备。 “护士可能有一些想法可以改善她或他的工作流程，比如现有设备的连接器。或者，药房可能想要创建一个解决方案来帮助他们更好地跟踪外出药品，”Ryan 解释道。因此，他的 3D 创新实验室将创建夹具、零件、连接器或您拥有的任何东西，以提高员工和运营的效率。
类似于 3D 打印在制造工厂中的应用方式，想法进行评估，创建 CAD 模型并快速打印第一个原型。
“这些技术帮助我们完成构思过程，以获得无法在市场上买到或有时会出现的解决方案经济上可行（我们可能只需要一些），”Ryan 解释道。 “我们现在已经这样做了几次，并且它开始获得更多的认可，这在很大程度上要归功于 COVID-19。”例如，一名工作人员想到了一个可以容纳临床样本的简单夹具。 Ryan 指出，商用解决方案无法按需工作。 “我们 3D 打印了满足我们需求的特定解决方案。如果一家医院只需要其中的三四个，那么商业公司是不会制造这些的。没有足够的激励。”
另一方面，他还表示，Rady Children's 的员工也在发明一些令人兴奋的想法，这些想法具有“巨大的商业化潜力”，他说。 “因此，3D 打印不仅提供了这个工具来为我们的员工提供质量改进工具，而且还有可能将收入返还给机构。”
COVID-19 Response
脑血管系统（大脑周围的血管）突出显示红色。血管从截断的头骨底部（灰白色）出现。与我们经济的许多其他方面，特别是制造业一样，COVID 大流行为医院内部的 3D 打印创造了独特的焦点。” COVID 确实提高了人们对这项技术的认识，”Ryan 说。“越来越多的护士和员工开始接触他们想要创造的东西，以帮助他们进行日常活动。
例如，由于COVID 外科医生和家庭之间有更多的电话会议，以减少面对面接触的风险。“以前，外科医生可以在纸上画出他们要做的事情，但通过视频会议，沟通更具挑战性，”他说。“我参加了这些视频会议lls，我将在屏幕上显示一个 3D 结构。外科医生会在屏幕上画出将要发生的事情。”通过在 3D 模型上显示甚至绘制外科医生将对患者执行的手术，该技术有助于保持高水平的沟通，即使在这些充满挑战的时期也是如此。很容易做出飞跃，如果证明有效，这些类型的过程可能会在 COVID-19 之后继续，特别是如果家庭远离专家并且导致手术的旅行是一种负担。
创新实验室内部
Justin Ryan 本人是拉迪儿童医院海伦和威尔韦伯斯特基金会 3D 创新实验室最有趣的基金会之一，他的学术生涯始于学习艺术，而不是工程学的 3D 打印。 “我就读于亚利桑那州立大学，在那里我得到了跨媒体领域的教授兼艺术家 Dan Collins 博士的指导，跨媒体是一种艺术形式，通过不同的 d 之间的合作鼓励艺术学科。然后我得到了生物医学工程教授 David Frakes 博士的指导。我和我的同事们创造了新的受艺术启发的方法来创建解剖模型，目的是为工程项目提供支持和信息，”Ryan 在 Rady Children 网站的一篇帖子中说。 Ryan 乐于助人，先是获得了艺术学位，然后又获得了生物医学工程博士学位。
实验室本身配备了 Formlabs 的设备，包括 Form 2 和 Form 3B 打印机. “Form 3B 将使我们能够在不久的将来提供可消毒的 3D 打印件。”其他设备包括 3D Systems 的 660 ProJet 和用于全彩色尼龙打印的 HP MJF 580。 “这些印刷品 [来自 MJF 580] 可以进行高压灭菌 [消毒]，这对我们的 COVID 项目具有重要意义，”他说。最后，该实验室拥有 Stratasys F370 和 Stratasys J750 数字解剖打印机。 “[J750] 使我们能够完成x 具有旨在与不同类型的组织相似的材料特性的模型。所以我们有可以切割和缝合的灵活模型。我们拥有复制骨骼的刚性模型，我们可以将其切割并植入植入物中。”
他还指出，该实验室拥有一台 Artec Eva 3D 扫描仪来创建扫描模型。 “重要的是要认识到 3D 打印不一定需要在泡沫中发生，”他说。这意味着使用扩展现实技术，例如虚拟现实 (VR) 和增强现实 (AR)，他说越来越多的医院开始利用这些技术。 “我们在这里做了一点 VR。我对一些 AR 应用程序更感兴趣，但我认为我们还有很长的路要走才能真正利用这些独特的功能。”
未来的其他方向？ “我们去年所做的一件令人兴奋的事情是聘请了具有视频游戏经验的程序员 Parham Gholami 来扩展我们的增强现实和虚拟现实ity 应用程序，”Ryan 说。他强调说，除了 3D 打印之外，还有受视频游戏启发的技术。 “我们希望着眼于构建能够利用视频游戏提供的资源和直观性的 3D 手术工具，”他说。
