拯救汪星人—金屬3D列印技術在獸醫外科手術中的應用

來自德國、加拿大和英國的專家在近日完成的一項國際性醫療合作項目中，共同參與救治了一隻來自加拿大的家庭寵物犬，而增材製造技術 (AM)（亦稱金屬3D列印）則在其中發揮了重要作用。

手術在加拿大施行，醫生使用了一個由德國Voxelmed公司設計並由雷尼紹公司製造的植入體，用於取代病犬頭部因腫瘤切除而缺失的上頜骨組織。

背景犬類在年齡超過十歲後，罹患腫瘤疾病的概率會增至50%以上。通常，可以先利用化學療法來抑制腫瘤，然後通過手術切除，這樣做一般不會帶來持久性的創傷。

但在某些情況下，由於腫瘤所處部位複雜，手術難度會很大，並且會嚴重影響病犬的術後生存質量。

在人類外科領域，醫學界已經取得了重大突破 — 越來越多的外科醫生使用定製的植入體來幫助改善手術效果並縮短患者的康復周期。

過去，醫院只針對極為複雜的病例使用患者定製植入體 (PSI)，而現在，由於技術的進步，PSI已經成為標準醫療實踐的一部分。

生產PSI的最有效方法之一，則是使用醫療專用CAD工具進行定製設計，並使用增材製造 (AM) 技術完成加工。

挑戰病犬是一隻七歲的伯恩山犬，它的左側上頜處長有一個腫瘤，醫生在診斷之後認為，除了首先徹底切除腫瘤，然後實施面部修復之外，沒有更好的治療手段。由於腫瘤所處部位的複雜性，醫生選擇了定製的3D列印鈦合金植入體來支撐病犬術後的面部骨骼結構 — 這被認為是最佳的治療方案，因為這種植入體可以具備高度複雜的自由形狀和特徵。

迄今為止，PSI主要用於人類的治療病例，但工程和醫療技術領域的跨國公司雷尼紹，以及3D設計專業公司Voxelmed，則希望通過該案例凸顯增材製造技術在獸醫外科領域的應用優勢。

解決方案這次手術由加拿大渥太華Alta Vista動物醫院的執業獸醫Julius Liptak主刀，術中使用了由德國Voxelmed公司設計、由雷尼紹採用增材製造技術製成的鈦合金頜面植入體。

參與該項目的專家們首先使用醫學數字成像和通信 (DICOM) 國際標準，對病犬的多份掃描診斷圖像進行分析整合，從而生成腫瘤部位的數字3D模型。接下來，專家們使用該模型並結合Liptak醫生的指導意見來設計定製的植入體。

在設計過程中，Liptak醫生反覆檢查了植入體的預期效果圖，並將其與病灶部位的3D掃描圖像和犬類的頭骨模型進行比較。設計階段的精益求精使得植入體的製造和術中放置過程變得更加簡單，因為它符合Liptak醫生所要求的各項植入體技術規範。

Liptak醫生因此能夠提前規劃手術流程、簡化相關準備工作並縮短病犬處於麻醉狀態的時間。該植入體由位於加拿大安大略省倫敦市的醫療增材設計解決方案中心 (ADEISS) 製造。

ADEISS由加拿大西安大略大學、London Medical Network公司和雷尼紹公司合作創立。該中心專註於增材製造醫療設備和醫療器械的研發和商業應用，還協助其他公司開發增材製造醫療技術，以推動全球醫療方式的變革。

「手術過程中，腫瘤連同邊緣的一部分組織被切除，」執業獸醫、Voxelmed公司3D設計師兼首席執行官Jan Klasen解釋道，「腫瘤生長在皮膚中，而非生長在上頜骨中，但我們仍需要進行上頜骨切除術，以切除45 mm x 50 mm的腫塊和30 mm的側緣組織。之後我們將植入體放置入位並使用手術螺釘固定，同時製備面部軸型皮瓣用來覆蓋手術部位和植入體。由於鼻子的結構不會因為硬組織的缺失而變形，因此這隻伯恩山犬保留了正常的臉型效果。

植入體的設計和製造過程只用了兩周的時間。在這個特殊的病例中，病犬的腫瘤一直在持續生長。因此，如果生產植入體所用的時間過長，就會導致原來設計的植入體不再適合已經增生的患處。

結果「如果沒有增材製造技術，那麼在切除腫瘤後，我們便幾乎不可能重新修復病犬的上頜骨，因為該部位的幾何結構極其複雜，」Klasen解釋道，「植入體必須具有與病犬現有的骨骼結構相似的形狀和功能。使用增材製造植入體來保持口腔和鼻腔原有的形狀和功能，可確保病犬術後擁有較高的生存質量，就像自然生長的頭骨和上頜骨那樣，可以幫助它輕鬆呼吸和進食。」

「據我所知，這是第一個用於此類手術的植入體。在此病例之前，大多數獸醫甚至都沒有意識到存在這種醫療技術。德國目前正在規划進行類似的創傷修復手術，並且人們正在研究如何使各種動物通過這類手術受益。」

這隻七歲的伯恩山犬在術後第二天便出院了。雖然它又服用了一小段時間的止痛藥和抗生素，但是術後它便能夠通過鼻子正常呼吸，最後更完全康復。如果沒有增材製造技術的進步，這名摯愛的家庭成員可能無法像現在這樣長久幸福地生存下去。

180頁3D列印行業應用白皮書（2018）

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