Imaging and digital design for medical applications of additive manufacturing
Loading...
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
School of Science |
Doctoral thesis (article-based)
| Defence date: 2019-01-18
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Authors
Date
2019
Major/Subject
Mcode
Degree programme
Language
en
Pages
61 + app. 51
Series
Aalto University publication series DOCTORAL DISSERTATIONS, 3/2019
Abstract
Since their inception in the late 80s, additive manufacturing (AM) technologies have contributed largely in the paradigm change of production engineering. A focal area where these processes offer exceptional contemporary applications and future potential is the medical milieu; low production volumes, high degree of customization, and complexity of required shapes are strong drivers leading towards digital fabrication. Medical applications of additive manufacturing are classified to span five distinct categories: medical models, external prostheses and guides, surgical tools, inert implants, and biomanufacturing. The primary aim for this dissertation is to develop the five-step process for medical applications of AM: medical imaging, digital design, fabrication, post-processing, and clinical application. In the center of a successful clinical AM application lies the digital design phase. The results of this dissertation present optimization framework for medical imaging in order to ensure quality of source material for the designs. Subsequently, the design step is enhanced by developing and presenting practical and computational methods for design automation and conversion techniques into efficient clinical applications. The research focusing on the critical steps of the process is complemented with a holistic view on the complete process. Apart from the technical solutions offered, the collaborative needs, and information and communication flows within the process are essential for successful medical application of additive manufacturing. Critical future research topics required in the research area include novel material and software development as well as more efficient utilization of existing technologies.Ainetta lisäävä valmistus (additive manufacturing, AM) on ollut noin kolmen vuosikymmenen ajan merkittävä tekijä valmistustekniikan paradigman muutoksessa. Lääketiede ja terveydenhoito ovat näille tekniikoille erityisen kiinnostava sovelluskohde; matalat tuotantovolyymit, korkea kustomoinnin aste, sekä vaadittujen rakenteiden kompleksisuus ovat tekijöitä, jotka ajavat kohti digitaalista tuotantoa. Ainetta lisäävän valmistuksen lääketieteelliset sovellukset ovat järjestettävissä viiteen luokkaan: lääketieteelliset mallit, kehon ulkopuoliset proteesit ja ohjurit, kirurgiset työkalut, kehonsisäiset implantit, sekä biovalmistus. Tämän väitöstutkimuksen päätavoite on ainetta lisäävän valmistuksen lääketieteellisten sovellusten viisivaiheisen prosessin kehittäminen: lääketieteellinen kuvantaminen, digitaalinen suunnittelu, valmistus, jälkikäsittely, ja kliininen sovellus. Onnistuneen kliinisen AM-sovelluksen toteuttamisessa kriittinen vaihe on digitaalinen suunnittelu. Tämän väitöstutkimuksen tulokset muodostavat rungon lääketieteellisen kuvantamisen optimoimiseen, jotta suunnittelussa tarvittava lähdemateriaalin laatu turvataan. Suunnitteluvaihetta tehostetaan kehittämällä käytännöllisiä ja laskennallisia menetelmiä suunnitteluautomaatioon ja konversioon kohti tehokasta, onnistunutta kliinistä applikaatiota. Prosessin kriittisten vaiheiden tutkimusta täydennetään koko prosessin yleiskuvauksella. Tässä tutkimuksessa tuotettujen teknisten ratkaisujen ohella yhteistyö sekä informaatio- ja kommunikaatiovuot prosessin ja verkoston osien välillä ovat tärkeitä. Tulevaisuuden tutkimuskohteista tällä alueella tärkeimpiä ovat uusien materiaalien sekä ohjelmistojen kehitys, ja olemassaolevien tekniikoiden tehokkaampi hyödyntäminen.Description
Supervising professor
Koskelainen, Ari, Prof., Aalto University, Department of Neuroscience and Biomedical Engineering, FinlandPartanen, Jouni, Prof., Aalto University, Department of Mechanical Engineering, Finland
Keywords
additive manufacturing, 3D printing, medical imaging, ainetta lisäävä valmistus, 3D-tulostus, lääketieteellinen kuvantaminen
Other note
Parts
-
[Publication 1]: Huotilainen E, Paloheimo M, Salmi M, Paloheimo KS, Björkstrand R, Tuomi J, Markkola A, Mäkitie AA. Imaging requirements for medical applications of additive manufacturing. Acta Radiologica, 2014, 55(1):78-85.
DOI: 10.1177/0284185113494198 View at publisher
-
[Publication 2]: Huotilainen E, Jaanimets R, Valášek J, Marcián P, Salmi M, Tuomi J, Mäkitie AA, Wolff J. Inaccuracies in additive manufactured medical skull models caused by the DICOM to STL conversion process. Journal of Craniomaxillofacial Surgery, 2014, 42(5):e259-65.
DOI: 10.1016/j.jcms.2013.10.001 View at publisher
-
[Publication 3]: Tuomi J, Björkstrand R, Pernu M, Salmi M, Huotilainen E, Wolff J, Vallittu P, Mäkitie AA. In vitro cytotoxicity and surface topography evaluation of additive manufacturing titanium implant materials. Journal of Materials Science: Materials in Medicine, 2017, 28:53.
DOI: 10.1007/s10856-017-5863-1 View at publisher
- [Publication 4]: Huotilainen E, Salmi M, Lindahl J. 3D Printed Surgical Templates for Fresh Cadaveric Osteochondral Allograft Surgery with Dimension Verification by Multivariate CT Analysis. (submitted).
-
[Publication 5]: Tuomi J, Paloheimo KS, Vehviläinen J, Björkstrand R, Salmi M, Huotilainen E, Kontio R, Rouse S, Gibson I, Mäkitie AA. A Novel Classification and Online Platform for Planning and Documentation of Medical Applications of Additive Manufacturing. Surgical Innovation, 2014, 21(6):553-9.
DOI: 10.1177/1553350614524838 View at publisher