基于3D打印技術的疼痛個體化精準醫療遠程數字化平臺構建

摘要：基于3D打印技術的疼痛個體化精準醫療的遠程數字化平臺的構建，旨在實現不同地區、不同級別醫院之間的醫療信息對接、醫療資源共享、診療技術傳遞，切實解決當前疼痛診療資源缺乏，分級診療制度混亂的現狀，在有限的醫療資源下實現醫生與患者利益最大化，加快疼痛學科的建設和成熟。

關鍵詞：3D；精準醫療；遠程數字化

目前疼痛診療數字化及遠程化資源嚴重匱乏且分配失衡，實施創新驅動發展戰略，加快科技成果的轉移轉化，將科技與醫療相結合，推進疼痛診療結構性改革，尤其是供給側改革已成為當前精準醫學醫療檢測方法困境的突破口，微創治療作為疼痛科的核心技術，在疼痛診療中起著舉足輕重的作用，因其創傷小且效果確切，為各種指南所推薦，患者及家屬也易于接受。精準的經皮穿刺是疼痛科微創治療的基礎，3D打印技術的應用使個性化精準穿刺成為可能，實現微創與精準的完美融合。

1.開發內容和重點解決的關鍵技術問題

1.1.基于3D打印技術，開發打印材料，針對不同微創治療的需求設計價格低廉、便捷穩定的個體化導航模板。

目前，眾醫療平臺使用的第一代穿刺導航系統使用塑料為材料，具有價格低廉的優勢，同時也有很多弊端。由于手術使用前采用高溫高壓滅菌，此材質的導板可能出現一定的形變，帶來穿刺的誤差；塑料導板較柔軟，固定時雖能完好地貼合在皮膚上，但其穩定性仍有待改善；塑料的異味，貼合面部或由牙齒咬合時的異感降低了患者的舒適度。開發新型打印材料，在考慮價格因素的同時兼顧穩定性和舒適度，以成為當前亟待解決的重要問題。

1.2搭建完善的數字化疼痛診療平臺，為慢性疼痛提供個性化診療服務，融入互聯網+概念，開發移動APP，鋪設獨立的信息傳輸網絡，實現醫療信息的高效共享，推動互聯網醫療的進程。

疼痛的數字化網絡平臺主要包括：

以移動APP為媒介的互聯網醫療構建著力于實現信息共享（如網上掛號，床位預約、檢查預約、健康科普與培訓等）和診療技術共享（如遠程會診、線上咨詢、遠程手術指導）。其中信息共享技術已日趨成熟，而遠程診斷與治療尚處于起步階段，以三叉神經痛為例：早期病人行單純藥物治療、中后期患者根據具體病因可選擇行射頻熱凝治療、血管減壓治療、伽馬刀治療等，然而混亂的分診制度使得病人并沒有得到及時的，正確的治療，疼痛的數字化診療平臺通過遠程診斷實現遠程分診，一方面提高了醫療質量，另一方面也大大節約了醫療資源。這不僅疼痛診療發展的關鍵，更是互聯網醫療發展的關鍵步驟。

2.健康云和大數據服務關鍵技術問題

2.1 GPU+CPU異構集群的多核圖形超算技術及并行任務調度技術

本云集群針對大數據算法并行計算任務繁重，具有迭代特征的要求，在國內首次采用具有完整的雙精度性能，PCIe通信速度更快，支持大型數據集和高可靠性ECC保護等特點的Telsa系列GPU硬件技術，將任務數據根據TASK、RENDERING、TILE做三級分解，分別分配到CLUSTER、NODE、CORE三級計算單元中，基于RAY-TRACE渲染算法在CORE中對TILE做動態分配和計算，從而取代了傳統基于純CPU構建集群系統的方法，極大提高了計算速度，降低了計算成本。同時在原有的GPU+CPU的異構圖形超算云集群構建基礎上，研發GPU接口虛擬化技術，實現異構集群兼容各系列GPU。

下一步將采用性價比高、維護成本低的GeForce、Quadro系列GPU代替目前的硬件設備，研發將GPU的并行計算服務抽象為虛擬服務，并行計算服務和GPU硬件進行隔離，使GPU硬件成為可動態管理的虛擬的并行計算資源，實現異構集群兼容GeForce、Quadro系列GPU的接口虛擬化技術，從而提升系統硬件設備的開發性及兼容性。

2.2 GPFS并行文件系統技術

縱觀國內外眾多大數據服務云集群，在文件系統和存儲架構設計上都普遍存在共同的弱點和缺陷，設計方案通常只考慮單節點的計算性能而忽視系統I/O吞吐效率，多數都是采用Samba、NFS、CIFS等架構，在多節點并發讀寫存儲系統時不可避免的遇到性能瓶頸。

為了滿足大規模數據處理對吞吐量、存儲能力和可靠性的要求，本云集群創造性的引入性能優異的GPFS并行文件系統。通過將數據塊以條帶化的方式分布至存儲系統中，提供分布式文件級和目錄級的塊級鎖管理功能，允許最大程度的多節點并發讀寫操作，極大的提高大數據文件并發存取性能。該并行文件系統還支持分布式元數據服務器架構，避免元數據處理成為系統瓶頸，可以根據系統規模靈活調整I/O服務數量，以適應系統后期擴容需求。

同時系統極力解決大數據存儲過程中所面臨的容量問題、延遲問題、安全問題、成本問題、數據的積累和數據處理的靈活性。

參考文獻：

[1]李靜.3D打印醫療應用市場將超百億[N].經濟參考報，2014 （007）.

[2]董文興，劉斌.3D打印技術在骨科醫療器械的應用現狀分析[J].生物骨科材料與臨床研究，2014（04）.

[3]周慶，黃毅.3D打印技術在腦外科中的臨床應用[J].中國醫學工程， 2017（04）.

[4]鄧濱，歐陽漢斌，黃文華.3D打印在醫學領域的應用進展[J].中國醫學物理學雜志，2016（04）.