醫療

3D列印技術於骨科的應用

【專家觀點】
3D列印技術於骨科的應用

(3D列印技術目前被應用在許多不同的產業中。)

傳統製造業採用減除方式,從原料塊製造工具和器材,3D列印技術則採用積層堆積方式製造成品,常用3D科技很多,如粉末列印、光硬化樹脂列印、和微液滴列印等,3D列印技術相當新穎,製造觀念有別於傳統工業,堪稱二次工業革命。目前在各行各業已有廣泛應用,廣及民生和工業用品、國防、航太交通、環境等,應用廣泛,未來必會研發出更多的新技術和產品,帶來更大的突破。

近年來臨床上開始應用3D列印,包括骨科、整型外科、創傷醫學、牙科等,從病患的電腦斷層掃描或磁振造影檢查取得影像,經電腦程式操控3D列印機器,製成實品作臨床應用;該實品特色為具病患客製化,讓醫師手術前精確瞭解個別的病理解剖變化,另可應用於創造特定工具和醫療器材,協助精確施行手術和置入醫材,達到手術目標,改善手術成果。

3D列印醫材在骨科醫療器材的開發上,已逐漸成熟,是目前骨科臨床新竉兒;目前結合各項影像和電腦程式,製造出前所未有的解剖教學模型、手術導板、植入物、矯正醫材、人工關節、輔具等,例如針對複雜的骨折,可在術前建立複雜的3D解剖模型,有助於瞭解病況和手術前的手術規劃,輔助診斷,醫病溝通,及住院醫師的手術模擬教學,並可製作手術導板供術中使用,改善手術成果,修補大塊骨缺損,或引導正確放入螺釘,這項進展改善許多困難的挑戰,深具實用價值,應用上包括研究、骨折重建、小兒骨骼畸型矯正、脊椎手術、人工關節、骨腫瘤切除與重建等。

3D生物列印更為進步,配合組織再生工程,結合3D列印,採用天然和/或合成多分子材質,結合兩種材料,符合不同需求,製造具有生物活性,合適的機械強度的新式組織工程組織支架,供細胞或組織生長,此種3D生物列印的產品如軟骨、骨骼組織等,更能發揮細胞功能,且依需求不斷改進,未來應用於關節治療,或配合骨移植塊的幾何需求,製造病患特定的骨植移物,應用上有其優勢。

理論上3D列印的骨科臨床醫材,先經電腦斷層掃描檢查或磁振造影檢查,取得精確數位影像,結合電腦軟體程式訂定臨床設計參數,根據病患特定個別差異性,依特定需求進行積層製造客製化器材,應該都能切合病患需求,減少製程偏差,突顯3D列印積層製造的預期品質。但考量醫材製造方法各有不同,且電腦程式和精準度有別,而應用於許多血管或神經周圍的手術,風險相當高,目前法規上針對製程、材料、列印參數、物理性質、機械性質、生物相容性等,都有其規範,以確保有效性和安全性,但部分高風險醫材仍有法規上的限制。

總之,3D列印醫材對骨科手術提供許多便利,包括規劃模型、病患特定化手術導引工具、客製化3D植入物,及電腦導航系統息息相關,但應依個案進行,且全盤考量各案例的特殊情況,才能得到滿意成果。可是由於價格昂貴,製程緩慢,結構強度和安全性的個別驗證,都有待克服。

(本文作者為臺大醫學院骨科教授、主任)