原创 决定生命科学3D医疗建模发展是什么？液冷散热？小分子研究？知识图谱？虚拟仿真？

生命科学 | 数字医学 | 液冷服务器

模拟仿真 | 知识图谱 | 3D医疗建模

随着生命科学、医药研发、小分子研究、虚拟仿真等领域的快速发展，数字医学也已悄无声息地渐行渐近。尽管目前数字医学尚不成熟，但医学的数字化还是势不可挡的。终有一天，成为医学的主流。

说到医学的发展，不得不提增材制造（简称3D打印）。3D打印是以数字模型为基础，将材料逐层堆积制造出实体物品的新兴制造技术，在个性化定制、复杂结构部件制备等方面具有显著优势，正在对传统制造工艺流程、工厂生产加工模式及整个制造业产业链产生重要影响，是制造业典型的颠覆性技术。

3D医疗打印技术遇到的问题

当前3D生物打印已跨过第一、第二阶段，在医疗模型、诊疗器械、康复辅具、假肢、牙齿及人工关节等方面催生出了一个产业链雏形。

北美市场已有超过10万个3D打印髋关节植入物的术后测评结果，已实现为每例患者进行量体裁衣，制定个体化治疗方案，将使患者获得最大的益处。

然而3D生物打印在技术层面上仍然有几大限制：

• 需要更多功能性、细胞友好型的生物墨水用于打印；

• 需要更好的工艺与打印机，制造高存活率和高精度兼顾的模型；

• 需要更快、更强的交联剂，保证打印体的完整性与稳定性；

• 需要借助微流控技术来制造更长期的生理模拟系统。

如今，3D打印作为具有代表性的前沿技术之一，其应用价值已经得到了很多业内人士的认可。在医疗领域，3D打印已经逐渐渗透到很多细分应用场景，比如手术模型预演、康复医疗器械制造等。在3D打印前沿技术的推动下，传统医疗行业的服务模式正在加速转型，智能、高效、专业的医疗服务模式也在加速发展。

手术预演模型

对于医务工作者制定高风险、高难度手术的术前计划至关重要。在以往的外科预演中，医务工作者往往需要通过CT、MRI等影像设备获取患者数据，然后使用软件将2D医学图像转换成逼真的3D数据。现在医疗工作者可以借助3D打印机等设备直接打印3D模型。这样不仅可以辅助医生进行准确的手术规划，提高手术成功率，还可以方便医务工作者和患者对手术方案的沟通。

手术导板

作为手术过程中的辅助手术工具，可以帮助医务工作者准确实施手术计划。目前，手术导板的类型包括关节导板、脊柱导板和口腔种植导板。借助3D打印制作的手术导板可以弥补传统手术导板制造工艺的不足，同时可以根据需要调整导板的尺寸和形状。这样，不同的患者就可以有符合自己真实需求的导板。

牙科应用

近年来，3D打印在牙科领域的应用一直是热门话题。总的来说，3D打印在牙科领域的应用主要集中在金属牙齿和隐形牙套的设计和制造上。前沿的3D打印技术的出现，为需要牙齿矫正治疗的人实现个性化牙套创造了更多可能。在正畸治疗的不同阶段，矫正者需要的牙套是不同的。借助3D打印制作多对正畸治疗用的牙套，不仅有助于牙齿的健康发育，还能降低牙套的制造成本。

骨科应用

目前，许多医务工作者都在通过3D打印的前沿技术治疗骨骼损伤的患者。通过为患者建立精确的三维骨骼物理模型，医务工作者可以进一步观察患者的骨骼状况和骨骼受损的具体部位，并制定相应的治疗方案。凭借3D打印的技术优势，长骨骨折和髋关节损伤治疗中的一系列难题被逐步攻克。

皮肤修复

用于治疗火灾等严重皮肤烧伤患者时，由于治疗周期长，术后疤痕明显，皮肤修复效果难以取得新的提高。多年来，研究人员一直在努力探索提高皮肤修复效果的新途径，而前沿的3D打印技术的出现为修复受损皮肤提供了新的途径。医护人员通过对受损皮肤伤口进行扫描，可以重建出皮肤伤口的三维模型，然后利用尖端的打印技术，高精度、高活性地原位打印出多种含有皮肤细胞的高粘度材料，从而构建出仿生皮肤结构。

生物组织器官

近年来，科学界和医学界已将生物器官和组织的3D打印作为重点研究课题之一。目前，生物3D打印的组织器官主要有鼻子、耳朵、血管、肾脏、心脏、皮肤、眼角膜等。无论是人造血管、软骨组织、肝脏组织还是肾脏组织，其核心都是特定类型细胞的分离(或定向诱导)和大规模扩增。3D打印技术，在人工组织器官培养过程中，可以构建组织器官的三维形状，使细胞按照预设的形状生长，从而促进细胞的健康发育，替代人体的病变组织。

康复医疗器械

在实际应用中，假肢、助听器等康复医疗器械具有小批量、定制化的需求。由于这些康复医疗器械设计复杂，传统的数控机床由于加工角度等因素的限制，往往难以达到良好的效果。使用3D打印技术后，康复医疗器械的制造工艺得到了进一步的提升。制造单个定制康复医疗设备的成本降低，制造周期进一步缩短。

个性化制药

随着智慧医疗的快速发展，患者对于专业化、个性化、精准的医疗服务模式满怀期待。在药学方面，利用3D打印技术制备药学用药物缓释装置有很多优势。3D打印可以实现多种药物材料的局部细节控制，精确控制某种药物的成分。对于儿童和老人来说，科学控制药物的剂量，也有助于提高用药的安全性。通过3D打印技术和设备，将粉末材料粘合成型，在医学应用中可以实现具有复杂腔体的多孔结构，对于药物效应释放具有重要意义。

实际上，3D打印技术的出现，在潜移默化中已经从多个层面上改变了传统医疗行业的发展进程。相信随着技术的不断成熟，3D打印将催生出更医疗服务的新模式，人们也将感受到新兴技术给生活带来的便利。

项目背景

大部分人都去医院拍过“片子”，但是大家是否想过，这些影像还能通过3D的形式展现出来。通过3D医疗影像，医生可以在任意角度、任意大小、任意组合下观察目标的3D结构，诊断也将更加精确。但是，3D医疗影像对于数据量和性能的要求远远超过2D影像。某国内知名医院采用蓝海大脑冷板式水冷工作站 HD210 ，通过目录分片、小文件聚合等技术提升访问性能，应对3D系统小文件爆炸式增长带来的压力。

与二维影像相比，三维影像的文件在容量上要大很多，要满足这些三维影像存储的需求，存储系统的容量必须足够大，而且最好还能实现随业务需求的敏捷扩展，避免过于超前的存储系统建设带来成本压力。此外，医院影像数据的保存和业务持续运行对疾病诊疗有重要意义，该医院医院应用上层对接虚拟化平台，虚机业务不可中断，要求底层存储高稳定、高可靠，业务不中断、数据不丢失。

产品特点：

• 预训练网络可迁移到任何3D医疗影像的AI应用中，包括但不限于分割、检测、分类等任务；

• 尤其适用小数据医疗影像AI场景，能加快网络收敛，提升网络性能；

• 通过简单配置少量接口参数值，即可进行微调训练；

• 提供多卡训练以及测试评估代码，接口丰富，扩展性强；

• 提供不同深度3D 预训练模型，可供不同数据量级应用使用。

主要技术指标

• 可 靠 性：平均故障间隔时间MTBF≥15000 h

• 工作温度：5～40 ℃

• 工作湿度：35 %～80 %

• 存储温度：－40～55 ℃

• 存储湿度：20 %～90 %

• 声       噪：≤35dB

方案优势

为了化解系统上线所带来的海量数据存储压力，医院使用蓝海大脑冷板式水冷工作站 HD210 ，并部署分布式块存储集群，满足医院日益增长的存储容量需求，灵活扩展，性能随容量扩展而线性增加。

除了性能问题之外，业务可靠性也是医院所关心的重要问题。医院采用蓝海大脑冷板式水冷工作站 HD210 进行双活部署，对接上层虚拟化业务，在单存储故障后自动切换，保证业务数据不丢失，保障业务稳定运行。

总结

在部署蓝海大脑冷板式水冷工作站 HD210 之后，系统海量小文件的并发读写问题得以迎刃而解，即使是在业务高峰期，影像系统也能够流畅、稳定运行。而且，由于蓝海大脑冷板式水冷工作站 HD210 具有高可扩展性，因此医院可以在业务数据增长的过程中，敏捷地通过增加存储节点，来实现容量、性能的扩展。