当工业软件开始跨界

科学技术的进步正在改变着今天每个人的生活，即便以往看似与个人用户毫不相关的工业软件，都正在“跨界”给个人用户带来更多的便利。

2024年，在特拉维夫医疗中心，一位年轻的患者在饱受数月疼痛和行动受限的折磨后，被诊断出患有一种罕见的癌症。MRI 成像显示肩胛骨、肩胛骨受到广泛损伤，并且周围肌肉中有一个恶性肿瘤。最初，患者接受化疗以缩小肿瘤，但最终的治疗方案仍需进行完整的肩胛骨切除术。这也就意味着，这个年轻人也许将要面对一场失去肩部功能的手术。

“最初，整个医疗团队也考虑过为患者植入传统植入物，但传统植入物的方案往往也就意味着需要大范围切除患者病灶，有时甚至涉及整个关节。显然这些手术更具创伤性，而且会给患者带来二次伤害，例如会带来恢复期延长和功能受损等影响。”Dr. Solomon Dadia, 特拉维夫Sourasky医疗中心外科创新和3D打印部门负责人在接受采访时如是说。

一般来说，从医疗行业而言，在更小侵害肢体健全和最大程度恢复肢体功能之间，存在一定程度的的平衡关系，而影响这对平衡关系的关键因素就是科学技术的发展。

“因此对于当时的患者而言，只有两种选择：要么在某些情况下没有植入物，导致手臂活动困难；要么选择定制设计的植入物。”Dr. Solomon Dadia强调说：“后者的风险在于：目前还没有现成的完整肩胛骨解决方案；而其益处也很明显：自主设计的植入体提供了更有针对性的解决方案，三维打印技术可以实现个性化的方法，制造出其他方法无法制造的植入物，并与患者的解剖结构完美匹配。不仅提高了疗效，还最大限度地减少了不必要的手术。”

科学技术的进步至少在此刻让患者有了更多的选项，一贯被认为只能用于工业领域的三维设计、三维打印等工业软件，此时就派上了用场，为患者带来了更多的可能性和希望。最终，患者和整个医疗团队选择设计并植入一个定制三维打印钛合金肩胛骨的治疗方案。

这是一个涉及到医学和数字科学的医疗治疗方案，在整个过程中，首先医疗团队需要提供患者精准的相关组织结构，数字化部门再将其数字化，并根据这些数据来设计并制造一个能够与患者自身组织严丝合缝的植入物，并确保其能够最大程度地满足患者的术后功能恢复。

“医疗团队在验证 CT 分割方面发挥着关键作用，确保小的解剖变异和比例得到准确体现。通过使用分割技术重建患者的解剖结构，我们可以考虑到这些变化，从而定制出符合患者骨骼独特轮廓和比例的植入体。”然而对于患者而言，即便是医疗团队提供了相关组织机构结构，但是要据此设计出符合患者本身需求的植入物，后续数字化团队要面临的要求和挑战显然比想象的更多。因此虽然特拉维夫Sourasky医疗中心外科创新和3D打印部门在制作病人专用工具和植入物方面的经验，但是为保证此医疗项目的万无一失，他们依然选择了与PTC共同合作，利用PTC的数字化技术，为患者提供更多的利益保障。“由于 Creo 是我们实验室的新工具，我们需要当地 PTC 团队提供的技术支持。”Dr. Solomon Dadia说。

“PTC 在合作中的贡献是整个植入物的工程设计：从系统工程阶段到详细数字模型、产品模拟和制造准备。该项目使用的 Creo Parametric 软件的关键技术包括：导入功能、几何重建、细分建模、高级晶格结构建模、Creo 实时仿真、设计优化、验证设计和构建准备工具。”PTC以色列地区技术副总裁，也是该项目肩甲骨设计工程师Ronen Ben Horin在接受采访时如是说。

当时PTC项目组需要解决的问题包括：首先，要保留患者原有的解剖体积、形状和运动学特征；其次，还需优化植入物的机械性能，同时尽量减轻重量；第三，要为肌肉连接提供一组最佳锚点；第四，必须采用先进的晶格结构，以促进结缔组织和肌肉的生长，利用 Creo 设计金属增材制造技术最大限度地减少支撑和变形；第五，要采用最小表面，确保关节运动平稳；第六，利用先进的机械模拟，验证植入物在肩部和手臂运动时的承重能力；第七，要确保植入物的可制造性并减少打印试验，因此需要利用 Simufact Additive 模拟并补偿在打印过程中导致部件变形的热机械过程；第八，利用 VGSTUDIO MAX 处理 CT 扫描数据并验证复杂结构的质量和打印金属的特性，从而验证成功打印的质量，以获得认证。

“有了 PTC 的帮助，我们可以以最好的方式制作植入物，确保不会留下任何问题。“ Dr. Solomon Dadia说：“PTC 的支持使我们能够通过减轻重量和降低成本来优化定制钛肩胛骨植入物的设计。他们的软件可以模拟负重情况，最大程度地减少了物理迭代的需要，确保植入物符合患者的医疗需求。”在特拉维夫医疗中心医疗专家的指导下，PTC 和 Hexagon团队利用 Creo 快速成型制造和高保真模拟设计工具的强大功能，成功制作出完全个性化的肩胛骨植入物，并利用 Hexagon 的技术成功制造和认证了该植入物。

完成了设计和植入物的制作，手术顺利地按计划进行，最终个性化植入体与患者的解剖结构完美契合，患者在几天内开始恢复活动能力。“病人目前仍在康复中，但进展良好。” Dr. Solomon Dadia说。

事实上，这只是医疗行业众多利用CAD、三维打印等技术造福患者成功案例中的一个，科学技术在为工业提供发展动力的同时，也让更多的个人用户从中受益。

“个性化治疗是医疗技术领域最大的趋势之一，而三维打印技术是满足个性化治疗需求的最有前途的技术之一。 这只是 Creo 提供无与伦比的广度和深度的 CAD 技术以支持医疗技术行业个性化医疗的一个例子。”Brian Thompson，PTC CAD部门总经理强调，目前，新兴的医疗技术（MedTech）领域已经同航空航天与国防、工业、汽车以及电子与高科技等PTC传统关注的领域一样，成为PTC重点关注的领域之一，因此如何解决该行业在应用数字化技术过程中可能遇到的挑战，将是如何在未来让更多患者从中受益的关键。

Brian Thompson

“关键的挑战包括医疗和工程设计团队之间的无缝沟通，以及应对监管障碍。”站在医疗结构的角度，Dr. Solomon Dadia认为：“深度整合需要标准化的工作流程和持续的教育。 同样重要的是，要找到既位高权重又思想开放、愿意接受和推动采用新技术的决策者–这是一个罕见但必不可少的组合。”

而对于Brian Thompson而言，工业软件跨界到医疗技术行业还有更多的工作要做：“ 医疗技术行业的进步不断展示着定制解决方案和医疗设备的非凡前景。 然而，在整合方面仍然存在挑战，例如医疗专业人员对数字技术的认识以及医疗扫描和 CAD 建模之间的接口。还有诸如患者隐私、监管和医疗质量打印机的可用性等等。在 PTC，我们与所有 F500 医疗技术公司合作，为他们的数字化转型提供支持。凭借我们领先的快速成型制造能力以及屡获殊荣的 CAD、PLM、ALM（应用生命周期管理）和服务解决方案，PTC 在满足医疗技术制造商和服务提供商的需求方面具有得天独厚的优势。”

写在最后

工业软件跨界应用，一方面是科学技术本身价值的普及和推广，另一方面当然是工业软件提供商对商业价值的深度发掘。然而无论如何，对于普通的用户和个人而言，科技技术只有真正为每个人的生活提供帮助和支持，能够在其追求更美好生活的过程中提供助力，哪怕是亡羊补牢，其也是有价值和意义的。这可能就是科学技术能够得以不断进步的根本原因。