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手術時間縮短風險降低,醫病關係更健康—3D 列印器官 印「自己」救自己

程靜如

科技線上

2015-06-18 14:35

英國有位民眾John Cousins在一場重要的會議簡報中,突然因為腹部劇痛而倒下,緊急被送到醫院後,發現原來是急性闌尾炎,馬上進行手術切除,解除疼痛;但在診斷過程中,同時也發現在他的腎藏中央位置,有一顆體積長達3.5 公分、寬 2.5公分的鹿角形巨大結石,需要開刀取出。

列印器官模型,醫師術前先「彩排」

 

醫師從X光電腦斷層掃描影像中,很快就瞭解John腎結石的位置與大小,但是手術能不能順利成功,關鍵在於醫師的臨床經驗。於是John Cousins靈機一動,把斷層掃描圖的3D 影像轉成3D列印參數,製作自己的腎臟模型;模型成品是由幾個區塊組合而成,展開之後,中間可以很清楚看到結石的位置。他把模型提供給醫師,讓醫師可以模擬練刀,事先規畫臨床手術方式。

 

原來John是一家3D列印公司的董事總經理,他們公司就在經銷3D列印機與材料;當天他腹痛倒下的時候,正好在向醫師做簡報,介紹3D列印能如何應用在醫學上,沒想到自己卻成了活教材。

 

他的手術歷經兩個小時,結果非常成功,這個花了他123英鎊,5個小時列印製作的腎臟模型,有效地幫助醫師更準確地移除。

 

在這之前,醫師動手術只能透過斷層掃描的畫面做判斷,自己在腦中模擬器官與病灶對應的尺寸及位置,考量整台手術要如何進行,手術刀該如何切入,無法實際操作「彩排預演」。如今有了3D列印客製化打造每位病患的器官模型,醫師在手術前不但可以看到,還可以摸到病人「擬真」的器官,具體確認病灶的範圍,等到真正進入開刀房,熟練度高的醫師能因此縮短手術時間,例如一般腎結石手術,可以縮短1/4時間,減低傷口暴露在外感染的機會,大大降低了風險。

 

大型複雜手術成功率大增

 

使用3D列印器官模型提昇開刀的效率與準確度,在美國德州兒童醫院也有一例。一對連體嬰女孩Knatalye Hope 與Adeline Faith,從出生就共享同一個軀幹、胸腔、腹部與骨盆,連器官也共用,這使得她們的分離手術變得十分複雜。於是醫師採用3D列印製作她們的器官模型,以3天時間建模、3天時間生產,打造出一個擬真的模型,呈現出這對連體嬰女孩肋骨之下,從心臟、肺、胃到腎等器官所在的位置,以及血管組織的連結;藉由這個模型,醫療團隊很快釐清狀況,並進一步決定分離手術執行的方案,以及如何合理分配她們的器官。

 

最後經過30個小時的手術,包括18個小時的軀幹分離、兩人各自器官的修補,醫療團隊終於成功分離了這對連體女嬰。這類大型的手術經驗,更讓3D列印器官在醫學上的應用受到肯定。

 

作為教學模型,溝通與研究無障礙

 

隨著3D列印的技術與材料日益發展,現在的模型不僅能以1:1顯示器官尺寸與病灶位置,甚至連血管、重量與柔軟度都可以被複製出來,細節豐富,觸感就像真的器官一樣,甚至手術刀切下去還會溢出分泌物,就像流血一樣。因此,除了臨床上用來規畫手術的執行方式,平常也很適合作為醫師教學使用,尤其是在不影響人命健康的前提下,提供醫師練刀機會,精進自己的技術。

 

另一方面,3D列印器官模型也能提供病患參考,讓病患更快瞭解自己的身體狀況,減少因為資訊不對稱而對醫師的診斷產生疑慮,藉此提升對醫師的信任與支持,建立良好的醫病關係。

 

當然,3D列印用於醫療,成就不僅於此,在不久的將來,直接列印出器官替換也不再是夢想。外科醫師Anthony Atala就曾經在TED演講上,手捧著一個3D列印的腎臟,向大家介紹以活細胞作為材料的3D列印技術。Anthony指出,這方面應用面臨的挑戰主要有三,包括找到能夠放在人體內而且長期穩定的材料,細胞的來源與培養,以及最重要的,供應血液的血管結構,讓器官能夠再生後存活下來。

 

John Cousins 的X 光電腦斷層掃描影像。

 

外科醫師 Anthony Atala 在 TED 演講上,手捧著一個 3D 列印的腎臟。 

 

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