增材制造技術(shù)在獸醫(yī)外科手術(shù)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(shù)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(shù)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(shù)難度會很大，并且會嚴重影響病犬的術(shù)后生存質(zhì)量。
在人類外科領(lǐng)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(shù)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(shù)的進步，PSI已經(jīng)成為標準醫(yī)療實踐的一部分。
生產(chǎn)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(shù)完成加工。

挑戰(zhàn)
病犬是一只七歲的伯恩山犬，它的左側(cè)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(shù)后的面部骨骼結(jié)構(gòu) — 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(shù)領(lǐng)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(shù)在獸醫(yī)外科領(lǐng)域的應用優(yōu)勢。

解決方案
這次手術(shù)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(shù)中使用了由德國Voxelmed公司設計、由雷尼紹采用增材制造技術(shù)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(jié)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(shù)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(shù)規(guī)范。

Liptak醫(yī)生因此能夠提前規(guī)劃手術(shù)流程、簡化相關(guān)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(shù)，以推動全球醫(yī)療方式的變革。

“手術(shù)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?nèi)孕枰M行上頜骨切除術(shù)，以切除45 mm x 50 mm的腫塊和30 mm的側(cè)緣組織。之后我們將植入體放置入位并使用手術(shù)螺釘固定，同時制備面部軸型皮瓣用來覆蓋手術(shù)部位和植入體。由于鼻子的結(jié)構(gòu)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(chǎn)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(jié)果

如果沒有增材制造技術(shù)，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(jié)構(gòu)極其復雜，植入體必須具有與病犬現(xiàn)有的骨骼結(jié)構(gòu)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(shù)后擁有較高的生存質(zhì)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(shù)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(shù)。德國目前正在規(guī)劃進行類似的創(chuàng)傷修復手術(shù)，并且人們正在研究如何使各種動物通過這類手術(shù)受益?！?br />
這只七歲的伯恩山犬在術(shù)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(shù)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(shù)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