3D立體列印 癌症治療新利器(下)

(三)、腹腔外科手術
利用立體列印技術,杉本氏 (Sugimoto) 嘗試以能用二種材質做立體列印的設備,基於患者獨有的愛克斯光電腦斷層影像與磁振造影影像,印製立體、透明而易於觀察、且具有仿真彈性的腸、胃、肝、膽、與胰腺等器官。
用於肝切除術 (Liver Resection) 或整形外科手術 (Orthopedic Surgery) 的模擬手術,以提昇該等手術之術前計畫的成效,並於2012年,發佈研究的初步成果3。
(四)、胸腹部主動脈植入物手術
由於含鈣與含脂質物質在局部動脈血管的內壁沉積,病變處的血管內部會產生斑塊,降低血管內腔的截面積,導致患部血管硬化,此即所謂動脈粥狀硬化症 (Atherosclerosis) (參 http://en.wikipedia.org/wiki/Atherosclerosis,2014.03.26 覽)。
前述病變尚可能導致血管向外膨大,而形成血管瘤(Aneurysm) (參 http://en.wikipedia.org/wiki/Aneurysm,2014.03.26 覽) ,稱為「動脈粥瘤硬化性動脈瘤」 (Atherosclerotic Aneurysm) 。
由於血管瘤病變處的血管壁強度弱於正常者,因此,病變嚴重時,可能導致血管壁破裂出血,進而可能導致「血容積過低性休克」(Hypovolemic Shock) (參 http://en.wikipedia.org/wiki/Hypovolemic_shock,2014.03.26 覽),甚至死亡。
血管瘤的一種標準治療方式是在病變處置入「套模支架」(Stent-grafts) (參http://en.wikipedia.org/wiki/Stent_graft#Stent_graft,2014.03.26 覽),以支架支持強度減弱的病變部位,並以套膜構成人工通道,供血液流通而免於接觸病變處的血管壁。
然而,在腎臟與胸腹部的主動脈等部位的某些動脈瘤 (Suprarenal- and Thoraco-abdominal Aortic Aneurysms) 會形成很複雜的幾何構形,使一般量產的套模支架不適用於病灶,而需以客製化方式製造患者獨有的套模支架。
倘能結合既有的治療計畫軟體與立體列印技術,則可預製病變的主動脈周圍更完整的主動脈複製品,以查證 (Verify) 客製化的套模支架與病灶的適合度,並預演植入套模支架手術。
瑞典的呂勒厄理工大學 (Luleå University of Technology) 黑肯森氏等人 (Hakansson et al.),即於2011年,發表此研究報告。
前述研究團隊利用1位67歲,患有胸腹部主動脈瘤的女性患者的「電腦斷層血管造影術」 (CT-Angiography; CTA) 影像進行研究。
研究人員先基於鈣化病變部位對愛克斯光減弱 (Attenuation) 程度高於週邊血管壁的減弱程度特性,以影像處理軟體將鈣化部位標記出來,再由對動脈瘤手術經驗豐富的醫師,以手動方式逐步將動脈瘤內病變部位區分出來。
然後,利用立體列印機以矽質樹脂 (Silicon) 等材料,將含有動脈瘤的主動脈的立體複製物 (Replica) 印製成形,最後評估此複製物的物理強度與幾何構形。
評估幾何構形的準確度的基準,乃根據患者的電腦斷層血管造影術的影像,以「多平面影像重建」 (Multi-Planar Reconstruction; MPR) 的方式,建立患部與週邊的主動脈立體數位模型,再比對前述數位模型與所印製的立體模型的幾何差異。
所印製的主動脈立體模型的平均壁厚為 3.5 公厘,而印製模型的 19 處指定點的內壁直徑和數位模型者之差的中位數僅 0.5 公厘。此外,研究團隊並以印製的主動脈病變模型,進行套模支架的植入操作預演,並獲得滿意的結果。
根據本文介紹的牙科植齒、頭頸部腫瘤放射治療、腹腔外科手術和胸腹部主動脈瘤套模支架置入這 4 項實例顯示,立體列印技術確實已展現諸如患者接受治療的複雜度、協助確認頭頸部腫瘤放射治療的輻射劑量分布估計,以及協助腹腔外科手術與胸腹部主動脈瘤置入手術的預演等,有益於提升醫學治療的成效。
但是,此技術的利用最終是否能於各醫學專科的療法普及,仍有待進一步研究確認,並期待未來的研究能得到更好的使用效果。
參考資料-Box1.
1. T. V. Fluegge, K. Nelson, R. Schmelzeisen and M. C. Metzger, Journal of Oral and Maxillofacial Surgery 71 (8), 1340-1346 (2013).
2. E. Pappas, T. Maris, R. W. Hammoud, G. Perkins and N. Al Hammadi, International Journal of Radiation Oncology Biology Physics 87 (2), S756-S757 (2013).
3. M. Sugimoto, Gastroenterology 142 (5), S344-S344 (2012).
4. A. Hakansson, M. Rantatalo, T. Hansen and A. Wanhainen, Vasa-European Journal of Vascular Medicine 40 (6), 453-459 (2011).
5. F. M. Khan, in Treatment Planning in Radiation Oncology, edited by F. M. Khan (Lippincott Williams & Wilkins, 2006), pp. 1-10.
6. 鄭永銘, in 簡明病理學 (合記圖書出版社, 2001), pp. 117-139.
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