增材制造技術在獸醫(yī)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(yī)療合作項目中，共同參與救治了一只來自加拿大的家庭寵物犬，而金屬3D打印則在其中發(fā)揮了重要作用。手術在加拿大施行，醫(yī)生使用了一個由德國Voxelmed公司設計并由雷尼紹公司制造的植入體，用于取代病犬頭部因腫瘤切除而缺失的上頜骨組織。

犬類在年齡超過十歲后，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，然后通過手術切除，這樣做一般不會帶來持久性的創(chuàng)傷。

但在某些情況下，由于腫瘤所處部位復雜，手術難度會很大，并且會嚴重影響病犬的術后生存質量。
在人類外科領域，醫(yī)學界已經(jīng)取得了重大突破 — 越來越多的外科醫(yī)生使用定制的植入體來幫助改善手術效果并縮短患者的康復周期。過去，醫(yī)院只針對極為復雜的病例使用患者定制植入體 (PSI)，而現(xiàn)在，由于技術的進步，PSI已經(jīng)成為標準醫(yī)療實踐的一部分。
生產PSI的最有效方法之一，則是使用醫(yī)療專用CAD工具進行定制設計，并使用增材制造 (AM) 技術完成加工。

挑戰(zhàn)
病犬是一只七歲的伯恩山犬，它的左側上頜處長有一個腫瘤，醫(yī)生在診斷之后認為，除了首先徹底切除腫瘤，然后實施面部修復之外，沒有更好的治療手段。由于腫瘤所處部位的復雜性，醫(yī)生選擇了定制的3D打印鈦合金植入體來支撐病犬術后的面部骨骼結構 — 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復雜的自由形狀和特征。

迄今為止，PSI主要用于人類的治療病例，但工程和醫(yī)療技術領域的跨國公司雷尼紹，以及3D設計專業(yè)公司Voxelmed，則希望通過該案例凸顯增材制造技術在獸醫(yī)外科領域的應用優(yōu)勢。

解決方案
這次手術由加拿大渥太華Alta Vista動物醫(yī)院的執(zhí)業(yè)獸醫(yī)Julius Liptak主刀，術中使用了由德國Voxelmed公司設計、由雷尼紹采用增材制造技術制成的鈦合金頜面植入體。

參與該項目的專家們首先使用醫(yī)學數(shù)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(shù)字3D模型。接下來，專家們使用該模型并結合Liptak醫(yī)生的指導意見來設計定制的植入體。

在設計過程中，Liptak醫(yī)生反復檢查了植入體的預期效果圖，并將其與病灶部位的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制造和術中放置過程變得更加簡單，因為它符合Liptak醫(yī)生所要求的各項植入體技術規(guī)范。

Liptak醫(yī)生因此能夠提前規(guī)劃手術流程、簡化相關準備工作并縮短病犬處于麻醉狀態(tài)的時間。

該植入體由位于加拿大安大略省倫敦市的醫(yī)療增材設計解決方案中心 (ADEISS) 制造。

治療該伯恩山犬時使用的植入體
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(chuàng)立。該中心專注于增材制造醫(yī)療設備和醫(yī)療器械的研發(fā)和商業(yè)應用，還協(xié)助其他公司開發(fā)增材制造醫(yī)療技術，以推動全球醫(yī)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(zhí)業(yè)獸醫(yī)、Voxelmed公司3D設計師兼首席執(zhí)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。之后我們將植入體放置入位并使用手術螺釘固定，同時制備面部軸型皮瓣用來覆蓋手術部位和植入體。由于鼻子的結構不會因為硬組織的缺失而變形，因此這只伯恩山犬保留了正常的臉型效果。

植入體的設計和制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(xù)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(jīng)增生的患處。
結果

如果沒有增材制造技術，那么在切除腫瘤后，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復雜，植入體必須具有與病犬現(xiàn)有的骨骼結構相似的形狀和功能。使用增材制造植入體來保持口腔和鼻腔原有的形狀和功能，可確保病犬術后擁有較高的生存質量，就像自然生長的頭骨和上頜骨那樣，可以幫助它輕松呼吸和進食。
——Klasen

“據(jù)我所知，這是第一個用于此類手術的植入體。在此病例之前，大多數(shù)獸醫(yī)甚至都沒有意識到存在這種醫(yī)療技術。德國目前正在規(guī)劃進行類似的創(chuàng)傷修復手術，并且人們正在研究如何使各種動物通過這類手術受益。”

這只七歲的伯恩山犬在術后第二天便出院了。雖然它又服用了一小段時間的止痛藥和抗生素，但是術后它便能夠通過鼻子正常呼吸，最后更完全康復。如果沒有增材制造技術的進步，這名摯愛的家庭成員可能無法像現(xiàn)在這樣長久幸福地生存下去。

來源： 國際工業(yè)自動化