解析▪新創技術
化創意為現實  高榮3D列印研創中心化身臨床醫療神隊友
2022-06-16

高榮研創中心的3D列印產品發展應用主要有三個主題,包括1.以「音頻技術偵測動靜脈瘻管功能失效」的洗腎病人智慧穿戴裝置,能及時在瘻管失效前的黃金期立即回診就醫,延長瘻管壽命;2.用於顎骨缺損重建的顏面骨鈦金屬彌補物,幫助恢復患者容貌外觀和咬合功能將是顏面重建;3.氣囊式拍痰器,增加患者使用意願,改善肺炎及肺塌陷等合併症的產生。該中心多項產品已獲得多個發明獎項或完成技轉,其於臨床應用上為病人帶來更多好處,體現了以3D列印醫材提升個人化醫療和精準醫療的價值…

目前高雄榮總研創中心服務最多的是有原創基因的創新醫護技藥同仁,他們將創意轉譯成為原型樣態(prototype)進行實驗或是模擬,以及進行複雜手術前的模型創建,作為醫病共享決策的可視化、可觸化工具,以小兒心臟模型佔的數量最多,特別是在一些先天性心臟病困難案例,因為這些案例獨特解剖,常規的CT成像技術較困難進行案例討論及理解。透過3D成像技術操縱、切割、彎曲和旋轉等優化的影像處理,不僅可以將2D平面顯示的影像以立體結構呈現,更可結合臨床醫師的需求以開洞、剖面等技術因應不同患者情況去調整呈現的方式,可以對高度複雜的患者進行更精確的計劃程序,對一些困難案例提供高品質的解剖特徵影像。

是醫材也是教材  3D列印從器官建模到微流道晶片通包

3D列印心臟模型則提供解剖結構之觸覺及視覺的全新概念,運用3D列印技術製作高複雜度疾患的精確模型,以實體的模型來進一步輔助臨床醫師手術的規劃與討論,並成為有價值的教育工具,提升年輕醫師對於單一心室症的瞭解。運用3D列印技術造福醫師,進行精確且個性化的干預措施,進行臨床及輔助手術計畫決策。3D列印技術可以減少成本、時間和併發症,並成為有價值的教育工具,協助患者及其家人理解疾病的解剖特徵,造福病患。研創中心甚至建立專屬資料庫進行案例搜集,並協助小兒心臟中心獲得2020生策會的SNQ標章。

小兒骨科的3D列印需求也越來越多,臨床醫師可藉由3D列印技術於實際手術前,先製作等比例之病患組織模型,方便醫師事先規劃執行方式以及模擬手術狀況,藉此安排對病患最安全有益的步驟進行手術。此外,客製化的3D列印模型可作為輔助醫師在體外修整市售產品,藉此符合病患需求。研創中心有一部雙噴頭的3D列印機可以進行最長約60公分的模型列印,對於小兒骨科病人涵蓋範圍,可以從骨盆到腳踝,在術前的模擬與骨材的選定幫助很大,可以降低手術時間,增加手術成功率與細緻度。除了上述提到的心臟與骨頭建模,所有軟組織的電腦斷層影像、磁振造影,甚至於3維超音波影像都可以進行建模,例如肺臟、肝臟、主要血管,腫瘤,最近也盛行利用彌散加權圖像、彌散張量圖像,跟踪成像3D建模技術來展示大腦與身體其他部位連接起來的長束,以及不同的皮層和皮層下區域之間複雜的神經迴路。最近更有專家利用3D列印來製作微流道裝置或晶片來發展新的篩查技術,用於分類樣品中的疾病生物標誌物、細胞和其他小結構。


※小兒骨科的3D列印需求越來越多,從骨盆到腳踝都能列印,對於術前的模擬與骨材的選定幫助很大,可因此降低手術時間,增加手術成功率與細緻度。(照片來源:高榮研創中心)

高榮研創中心三大產品發展應用主題

一、以音頻技術偵測動靜脈瘻管功能失效之整合式動靜脈瘻管穿戴裝置

本計畫的初心是希望提供洗腎病患一個結合智慧醫療的穿戴裝置,收集病患的生理訊號,包括心跳(HR)、血氧濃度(SpO2)、血壓(c-NIBP)量測的監控,使得洗腎病人從開始進行血液透析時,隨即獲得完整的醫療照護。智慧偵測感應器的核心技術為「音頻技術偵測動靜脈瘻管功能失效」是利用自回歸模型監控動靜脈瘻管生命週期變化,能及時在瘻管失效前的黃金期立即回診就醫,延長瘻管壽命。但是訊號偵測的位置卻是成功的關鍵,因此利用三維掃描與3D列印來為洗腎病人的廔管客製化一個結合智慧醫療的穿戴裝置,是非常重要的。此穿戴裝置具新型專利及設計專利,亦獲得2018國家新創獎、2018德國紐倫堡發明展金獎、2018台灣創新技術博覽會銅獎、2019年日內瓦國際發明展銀獎。


※高榮研創中心利用三維掃描與3D列印為洗腎病人研發可蒐集和監測生理訊號的智慧穿戴裝置,並添加一個智慧感測器,以音頻技術偵測動靜脈瘻管功能失效與否。(照片來源:高榮研創中心)

二、應用積層製造生產並集成牙科植體之顏面骨鈦金屬彌補物於顎骨缺損重建

口腔癌(oral cavity cancer)是全球第六大常見惡性腫瘤,台灣每年有高達七千位口腔癌患者,具有顯著的高死亡率及治療後產生重大後遺症,尤其是在癌症晚期發現並治療的病患。腫瘤廣泛切除和頸部淋巴廓清術為目前主要治療的方式,但手術後將產生解剖學上缺陷、功能喪失、美觀上缺陷和伴隨的心理影響對患者是十分巨大的。除了口腔癌腫瘤外,近年各種顏面重建需求也逐漸增加,由於顏面部具有獨特的解剖構造,重要器官組織的存在以及缺陷的多樣性,顏面與咬合的重建具有很大挑戰性,恢復容貌外觀和咬合功能將是顏面重建的首要目標。研創中心協助本院口腔醫學部與工研院及南科廠商合作,針對創新鈦金屬積層製造技術製作的口顎彌補醫材產品進行人體臨床試驗,建立台灣3D列印醫材產品的指標性臨床驗證案例,以作為產品上市前的臨床佐證。


※口顎彌補醫材產品可幫助恢復患者容貌外觀和咬合功能。(照片來源:高榮研創中心)

三、氣囊式拍痰器 Air percussor

胸腔及心臟手術術後,常因肺擴張不全,痰液咳不乾淨而誘發肺炎、肺塌陷等合併症,因而延遲病情進展、增加住院天數、醫療負擔。護理人員除了衛教胸腔復健運動,還會教導背部扣擊,家屬看護跟醫護人員共同執行提升執行效能,然而,臨床上面臨執行成效不好,原因不外乎:不會拍(拍不好、懶得拍);沒有適當輔助工具;病人身上有傷口或者胸管,害怕疼痛而抗拒等問題。研創中心應用拋棄式面罩改良,設計輕巧、方便使用並符合人體工學的工具協助家屬、病患,使其接受背部扣擊意願提升,執行率增加,進而改善肺炎及肺塌陷等合併症之產生。本產品具新型專利及設計專利,亦獲2018KIDE高雄國際發明暨設計展金獎、2019年日內瓦國際發明展銀獎,在2020年完成技轉。


※改良自拋棄式面罩的氣囊式拍痰器,輕巧、方便使用且符合人體工學,可使病患使用意願提升,進而改善肺炎及肺塌陷等合併症的產生。(照片來源:高榮研創中心)

最後在分享的結尾,期待未來有更多夥伴加入3D列印的行列來促進個人化與精準醫療的發展,為促使各項研發成果與技術得以應用於臨床上,研創中心定期舉辦3DP相關課程,導入創新思維與技術,強化研發或研究成果之臨床創新應用、專利取得,培育更多夥伴,提升研發能量及各項研究之臨床應用價值。



※系列報導:

※本文由高雄榮總研創中心_楊宗龍創新長撰寫。如有引用,請註明作者及出處來源(生策中心 新創幫)。

 

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