基于3D打印技術的疼痛個體化精準醫(yī)療遠程數(shù)字化平臺構建

摘要：基于3D打印技術的疼痛個體化精準醫(yī)療的遠程數(shù)字化平臺的構建，旨在實現(xiàn)不同地區(qū)、不同級別醫(yī)院之間的醫(yī)療信息對接、醫(yī)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(xiàn)狀，在有限的醫(yī)療資源下實現(xiàn)醫(yī)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(yī)療;遠程數(shù)字化

目前疼痛診療數(shù)字化及遠程化資源嚴重匱乏且分配失衡，實施創(chuàng)新驅動發(fā)展戰(zhàn)略，加快科技成果的轉移轉化，將科技與醫(yī)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(yī)學醫(yī)療檢測方法困境的突破口，微創(chuàng)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(chuàng)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(jīng)皮穿刺是疼痛科微創(chuàng)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(xiàn)微創(chuàng)與精準的完美融合。

1.開發(fā)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(fā)打印材料，針對不同微創(chuàng)治療的需求設計價格低廉、便捷穩(wěn)定的個體化導航模板。

目前，眾醫(yī)療平臺使用的第一代穿刺導航系統(tǒng)使用塑料為材料，具有價格低廉的優(yōu)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(xiàn)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(wěn)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(fā)新型打印材料，在考慮價格因素的同時兼顧穩(wěn)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(shù)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(lián)網(wǎng)+概念，開發(fā)移動APP，鋪設獨立的信息傳輸網(wǎng)絡，實現(xiàn)醫(yī)療信息的高效共享，推動互聯(lián)網(wǎng)醫(yī)療的進程。

疼痛的數(shù)字化網(wǎng)絡平臺主要包括：

以移動APP為媒介的互聯(lián)網(wǎng)醫(yī)療構建著力于實現(xiàn)信息共享（如網(wǎng)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(jīng)痛為例：早期病人行單純藥物治療、中后期患者根據(jù)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(shù)字化診療平臺通過遠程診斷實現(xiàn)遠程分診，一方面提高了醫(yī)療質量，另一方面也大大節(jié)約了醫(yī)療資源。這不僅疼痛診療發(fā)展的關鍵，更是互聯(lián)網(wǎng)醫(yī)療發(fā)展的關鍵步驟。

2.健康云和大數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)根據(jù)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(tài)分配和計算，從而取代了傳統(tǒng)基于純CPU構建集群系統(tǒng)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(fā)GPU接口虛擬化技術，實現(xiàn)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(fā)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(tài)管理的虛擬的并行計算資源，實現(xiàn)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(tǒng)硬件設備的開發(fā)性及兼容性。

2.2 GPFS并行文件系統(tǒng)技術

縱觀國內外眾多大數(shù)據(jù)服務云集群，在文件系統(tǒng)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(jié)點的計算性能而忽視系統(tǒng)I/O吞吐效率，多數(shù)都是采用Samba、NFS、CIFS等架構，在多節(jié)點并發(fā)讀寫存儲系統(tǒng)時不可避免的遇到性能瓶頸。

為了滿足大規(guī)模數(shù)據(jù)處理對吞吐量、存儲能力和可靠性的要求，本云集群創(chuàng)造性的引入性能優(yōu)異的GPFS并行文件系統(tǒng)。通過將數(shù)據(jù)塊以條帶化的方式分布至存儲系統(tǒng)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(jié)點并發(fā)讀寫操作，極大的提高大數(shù)據(jù)文件并發(fā)存取性能。該并行文件系統(tǒng)還支持分布式元數(shù)據(jù)服務器架構，避免元數(shù)據(jù)處理成為系統(tǒng)瓶頸，可以根據(jù)系統(tǒng)規(guī)模靈活調整I/O服務數(shù)量，以適應系統(tǒng)后期擴容需求。

同時系統(tǒng)極力解決大數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)的積累和數(shù)據(jù)處理的靈活性。

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