客製化3D列印醫材技術之發展趨勢

 

刊登日期:2015/10/5
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本文說明 如何結合醫學影像及 3D列印技術來開發客製化醫材。客製化 3D列印醫材的流程包含了取得醫學影像檔、建構 3D解剖構造模型、虛擬手術規劃、醫材設計及 3D 列印製造等步驟。客製化 3D列印醫材能完全符合患者解剖構造,達到良好的臨床效果,同時可以幫助醫生預先評估可能的風險並準備應對措施,降低風險。另一方 面,此一技術雖然面臨了法規未明、材料應用限制等挑戰,也因全球均大力投入而逐步取得進展。

客製化3D列印醫材技術之發展趨勢
本文說明如何結合醫學影像及 3D列印技術來開發客製化醫材。客製化 3D列印醫材的流程包含了取得醫學影像檔、建構 3D解剖構造模型、虛擬手術規劃、醫材設計及 3D列印製造等步驟。客製化 3D列印醫材能完全符合患者解剖構造,達到良好的臨床效果,同時可以幫助醫生預先評估可能的風險並準備應對措施,降低風險。另一方面,此一技術雖然面臨了法規未明、材料應用限制等挑戰,也因全球均大力投入而逐步取得進展。
 
客製化3D列印市場趨勢
由於全球人口老化加速,生育率降低,高齡化社會衍生對醫療器材需求增加,而積層製造技術可展現客製化之特點,未來必定是往高階醫材產品開發,根據 BMI Espicom 的報告指出(圖二),預估全球醫療市場 2020年達 5,034億美元,2014~2020年醫療器材複合成長率可達 6.7%2015年全球的醫材市場達 3,570億美元,其中骨科與醫療植入物約 11.9%,以美國市場為例,脊椎及關節手術類數量成長最為快速,如圖三所示,顯示在人口持續老化後,將帶動相關手術及骨科植入物產品需求,而人工關節、脊椎植入物與顏顱面骨的產品發展,具備有客製化 3D列印醫材發展的需求。
 
客製化3D列印醫材流程
3. 虛擬手術規劃與醫材設計
在建置 3D模型完畢之後,可用 3D模型為基礎執行客製化手術之虛擬規劃與客製化醫材設計。概念為在虛擬環境中,可以直接規劃手術切割或安裝的順序、位置與角度,並據以設計各式手術需要的輔具,如導板或定位針,亦可設計客製化的植入物。由於是在誤差極小的數位環境下進行,將來 3D列印亦以數位參數製造,不論是輔具或是植入物的誤差均能降低而能良好匹配病人解剖構造。因此,可以大幅降低手術時間,減少患者的手術風險與增進手術成功率,從而提升手術臨床效果。
 
圖四、從頭部MRI影像中分割出頭骨建置3D模型
 
客製化3D列印醫材的機會與挑戰
客製化醫材的議題自 3D列印與電腦輔助繪圖技術取得大幅進展後更加蓬勃。這些主要是因為就許多國際發表的臨床案例看來,客製化 3D列印醫材技術確實使醫材或手術流程能良好匹配患者的解剖構造,因而提升了手術臨床結果,並能有效降低風險。另一方面,雖然看似處處機會,但客製化 3D列印醫材在產業面仍面臨了許多挑戰。

在需求方面,如何推廣臨床應用使醫療單位能了解客製化 3D列印醫材技術的優勢,並擴展臨床應用是重要的課題。目前國際間客製化 3D列印醫材應用的範圍多集中於義肢製作、整形外科、小兒手術、骨科之脊椎或人工關節手術、牙科或高難度手術,如連體嬰分割等。技術方面,目前 3D列印可用於醫材製造的材料仍略嫌狹隘。對於安全性要求較高的植入物仍以金屬製品較為成熟,因此 3D列印植入物應用仍以骨科或整形外科為主流……以上為部分節錄資料,完整內容請見下方附檔。 


圖六、3D
列印手術模擬模型
 
作者:蔡佩宜、黃志傑/工研院生醫所
★本文節錄自「工業材料雜誌」346期,更多資料請見下方附檔。

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