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3D列印技術,讓手術更精準

2014/6/30 郭佳容

《經濟學人》2012年的封面故事大膽預測「3D列印」將掀起第三次工業革命,3D列印的亮點在於客製化、簡化製程與製作結構複雜產品。一般只要有設計圖,沒有什麼不能用3D列印製作,因此給人無限的想像。

其中最大膽的想像就是:列印你的器官,可能有一天日漸衰老的器官可以再次重生。

10年內可預見3D列印器官

2012年,一家位於美國加州的實驗室已經利用3D列印技術製作出一顆肝臟,雖然只存活了4天,卻說明這項技術並非不可能。

工研院南分院積層製造與雷射應用中心總監曾文鵬指出,3D列印只是人造器官、複製器官發展的工法之一,原理是將人體骨骼、組織如同鷹架一般架設起來,再噴印上活體細胞,隨著活體細胞慢慢生長、支撐鷹架慢慢降解,列印器官於是成形。

根據科技權威雜誌《Gartner》每年8月的預測報告顯示,2011年預測生物列印技術還需要10年以上的時間才可能應用,到2013年已經躍升到可預見的5~10年內。報告中還提到,最快在2015年,亞洲太平洋地區最可能出現生物列印器官成功或失敗的案例。

不過,即使技術到位之後,仍需要經過社會道德與法規的考驗,曾文鵬一語道破,3D列印器官除了穩定的複製技術尚待突破,道德的爭論也還未有定論,歐美國家對此一技術普遍抱持著謹慎的態度。

3D手術模擬: 重建顎面手術更到位

除了3D生物列印的大夢,目前3D列印技術在醫療上比較可能的應用有兩大層面,第一層面是3D掃描模擬,第二層面則是3D列印醫材,這兩大層面主要應用在牙科、骨科、口腔顎面整形與醫美等科別。

日前,香港民眾易小玲跨海來到長庚醫院接受口顎重建手術,她三年前遭菲律賓異議份子挾持槍擊,導致右顎面近乎全毀,完好的左顎面也在歷經33次手術之後,肌肉攣縮位移。術前,主刀的中央研究院院士、長庚異體移植中心主任魏福全直言,如果10分代表最困難的手術,這就是「12分」困難的手術。

不過很多人不知道,這次手術成功的背後,3D列印技術扮演功不可沒的角色。

魏福全指出,3D斷層掃描技術先還原易小玲變形攣縮的左顎面,接下來鏡射到右顎面,完成左右臉對稱,因此在術前就可以掌握顎面骨頭精確位置,提供日後重建下顎骨與植牙手術最重要的基礎。

而醫療團隊也透過3D列印技術團隊的支援下,列印出弧度正確的下顎骨,並照著彎折出合適的鈦合金骨板植入,接著取下患者小腿腓骨骨皮瓣形塑下顎骨形狀,並吻合血管神經,重建缺損的下顎骨,目前等待下顎骨傷口癒合後可接著做植牙手術。

傳統CT或MRI斷層掃描取得的影像以硬組織為主,不僅不夠完整,且會受到患者口內金屬(假牙)的干擾,由國內廠商德芮達引進的3D斷層掃描軟體可以解決這個問題,且可以重組電腦斷層影像,將3D影像模組化,使醫生更能掌握患者解剖構造與模擬術後結果,德芮達總經理邱雲堯指出。

台北慈濟醫院口腔顎面外科主治醫師許博智指出,過去口腔顎面外科醫師治療顏面歪斜、戽斗、上下顎差距過大的患者,術前評估只能參考全口與側面X光片,並用傳統石膏模型模擬手術,現在可以直接在電腦上模擬各部位3D立體影像,過去,憑醫師手術經驗決定的角度位置,現在都能數據化、客觀化,幫助手術過程更細緻,且省下製作石膏2~3天的時間。

另外,根據3D模擬影像製作定位的手術導板,可以在術中更精確地固定上、下顎位置;當面臨較困難的案例時,還可以進一步列印出頭顱模型,在術前進行模擬切割。

許博智指出,這套模擬軟體特別適用於顎顏面整形、良性及惡性顏面腫瘤的患者,其他因意外導致顏面粉碎性骨折的患者,也適用。

目前長庚、北榮、台北慈濟的口腔顎面整形外科都有引進這套3D模擬軟體,如果屬於顏面美容矯正,患者需自付CT斷層掃描費用,約5000元左右。

3D列印醫材:牙科齒模、透明牙套,骨科人工關節置換應用

3D列印醫材中,目前應用最廣泛的就屬於牙科和骨科。

根據業界權威的《3D列印工業雜誌》最新報告顯示,目前3D列印在牙科應用技術走得最前端,包括透明矯正牙套、齒模、金屬牙冠,甚至人工牙根,都已經有實際的應用。目前,世界上每天至少有1萬6千顆金屬牙冠以3D列印技術製造出來,產值不容小覷。

不過,礙於國內「積層製造」法規還未推出,目前國內牙科應用大多還局限在齒模製作。過去,患者要反覆跑醫院好幾次,辛苦地緊咬特殊材質齒模,才能夠咬出牙冠模型,再送到技工所製造,現在透過3D掃描技術,可以直接取得病人的齒模,再依循傳統製程或3D列印作模。

而國內也引進國外3D列印技術製作的透明牙套,根據3D影像掃描預測患者矯正路徑,每兩個星期更換一副牙套,好處是吃飯和睡覺時可以將牙套拿下,且不影響正常外觀,矯正時間約需1~2年,不過費用較貴,約15~30萬,是鋼絲矯正牙齒之外的新選擇。

在骨科的應用上,病人可以實際受惠的則是置換人工關節時暫時性的骨水泥製作。

一般人工關節一旦出現細菌感染,重新置換的期間,需要製作暫時的抗生素骨水泥關節取代,此時透過3D掃描與列印技術,能夠製作出模型,再灌入含有抗生素的骨水泥,等待凝固後就可以拿出來植入患者體內暫時取代人工關節約2個月。過去醫生只能手捏骨水泥,常常出現外型不夠適合或不夠堅固,導致斷裂或脫位的情形。

亞東醫院骨科主任張至宏指出,3D列印模型製作的骨水泥與病人結構較吻合且堅固,能幫助置換期間患者依舊活動自如。

讓個人化醫療變為可能

不管是3D列印應用在哪個層面,最重要的精神在於,能針對患者個別差異作客製化醫療處置。曾文鵬指出,過去醫材像衣服,只有固定幾個尺寸,現在客製化的3D列印技術能盡量符合患者構造上的個別差異。

例如,工研院研發的手術導板,可以應用在脊椎手術與植牙上,針對個別患者的齒骨與脊椎形狀製作,避開重要的神經血管,將降低手術失誤率,進而達到減少醫療糾紛的效果。

在器械研發上,也有針對不同身型病患製作的內視鏡舌管,能提供更多客製化尺寸選擇,幫助微創手術進行。

另外,國內廠商也正在醫療輔具上下功夫,包括客製化的助聽器與義肢等輔具,都是研發的重點。

過去常見患者因助聽器大小尺寸不適合,且露於耳廓之外較不美觀,導致很多患者放棄使用,現在3D列印技術可以製作出符合個人不同耳道構造的助聽器,配戴舒適之餘,還有美觀低調的好處。

3D列印掀起的商機已經延燒10年,國內業者紛紛摩拳擦掌,而3D列印科技應用在醫療帶來的不僅是商機,還有更精緻、更人性化的個人化醫療福祉。

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