3D列印輔護具 護膝護腕好輕鬆「印」出自在手足

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3D列印輔護具 護膝護腕好輕鬆「印」出自在手足

撰文/劉映蘭

曾經掀起創客(Maker)風潮的3D列印,不僅實現了人類的奇思異想,現在也進入醫療領域,成為復健病人的好幫手。小至滑鼠手、媽媽手,大至足踝矯形器和義肢, 3D列印技術所展現的客製化與貼合度,應用到輔護具上,大幅縮短製作時間,量身訂做更讓病患穿得舒適,復健更有效!

小至滑鼠手、媽媽手,大至足踝矯形器和義肢,工研院與新竹馬偕紀念醫院合作建置「3D列印設計服務共創平台」,列印出客製化醫療輔護具,成為病患生活中不可或缺的貼心「手足」。
小至滑鼠手、媽媽手,大至足踝矯形器和義肢,工研院與新竹馬偕紀念醫院合作建置「3D列印設計服務共創平台」,列印出客製化醫療輔護具,成為病患生活中不可或缺的貼心「手足」。

3D列印技術正夯,但你能想像這項技術,除了可以幫助腕隧道症候群(俗稱滑鼠手)患者復健外,還能印出幼兒義肢,協助爬坐平衡,進而跨出人生的第一步!工研院與新竹馬偕紀念醫院合作建置「3D列印設計服務共創平台」,列印出客製化醫療輔護具,成為病患生活中不可或缺的貼心「手足」。

將3D列印技術運用在醫療輔護具上的起心動念,其實是來自研發人員的「切身之痛」。工研院雷射與積層製造科技中心副執行長洪基彬致力於研發、推廣3D列印技術,直到有一天,困擾他的椎間盤突出問題又復發時,突然靈光乍現:「何不用3D列印來印輔護具?」

現代人長時間使用滑鼠,壓迫腕神經而罹患滑鼠手;長期抱小孩、做家務,導致手部肌腱發炎而,變成「媽媽手」,這些操勞過度的關節,不小心處於特定姿勢時就會疼痛不已,一旦施力不當,不僅疼痛加劇,甚至有可能造成不可逆的傷害。新竹馬偕紀念醫院復健科醫師陳建鵬指出,滑鼠手、媽媽手等治療方式都需要適當輔具協助腕部固定、矯正姿勢,避免造成問題的重複性動作繼續帶來傷害。

快速、舒適 大幅改善輔護具製程

然而,傳統的輔護具是採用「熱塑」的方式製作,治療師需先以約攝氏60度的熱水軟化材料,再將材料套入病患的手部等待模具冷卻成形,方能建立個人的手部專屬模型,過程中患者必須維持固定姿勢並忍受熱塑材料包裹住患部。

當洪基彬將「3D列印設計服務共創平台」推薦給新竹馬偕醫院,工程師與醫師都有種如獲至寶的感覺。在醫院這端,復健治療師只需開啟3D掃描儀,8秒完成患部360度掃描,將資料上傳雲端,再透過AI系統導入相關症狀的病例數據,15分鐘就能完成建模。建模資料回傳醫院,加入醫師和復健治療師的專業意見,共同參與模擬製程,原本模擬需要3到4天的時間,現在只需1小時,大幅縮短輔護具製造流程,病患很快就能復健進程。

在臨床上,陳建鵬也強調,舒適性是復健的關鍵,如果輔護具戴起來不舒適,病患就不會常戴,復健效果自然有限,因此輔護具的材質就顯得十分重要。經過工研院3D列印團隊與新竹馬偕醫院不斷溝通、修正,針對不同功能的輔護具,已經找出最適化的材質與透氣設計,提高病患穿戴的舒適性。

義肢、足踝矯形器也難不倒

除了改善媽媽手與滑鼠手的復健效果,工研院的3D列印技術也曾幫助過一名出生時手部感染而截肢的獨臂男嬰,待小男嬰長到開始坐立、爬行的年紀時,因為缺少一隻手臂的孩子少了施力點,不僅很難平衡,甚至連行走都不方便。

陳建鵬表示,傳統義肢的價格依照材質、使用功能和患者本身的狀況,價差甚大;加上嬰幼兒成長速度快,更換義肢的頻率也高,傳統製造方式跟不上孩子成長的速度。現在有了3D列印技術製造的義肢輔具,可以隨孩子成長速度更換,質地輕巧更便宜,減輕病患家庭的經濟負擔。

此外,醫療輔護具還有另一個廣大應用族群-銀髮族。隨著年紀老邁開始退化的足踝,讓年長者困難於行,台灣已邁入高齡化社會,輔護具需求逐年增加,與手部輔護具一樣,醫師和復健治療師經常面臨患者因穿戴不適而降低穿戴意願,導致治療效果欠佳的困境。

為了增加病患的舒適度,工研院也與交通大學合作建置「步態研究」實驗場域,透過觀察、感測病患走路姿勢,加上問卷調查,深度了解使用者的真實感受和經驗,將蒐集回來的資料數據加以分析和實驗,打造最適合銀髮族的足踝矯形器。

工研院雷射中心副執行長洪基彬期待有朝一日能用3D列印技術研發出改善椎間盤突出的矯形器、人工骨釘或協助醫師開刀時的手術導板等。
工研院雷射中心副執行長洪基彬期待有朝一日能用3D列印技術研發出改善椎間盤突出的矯形器、人工骨釘或協助醫師開刀時的手術導板等。

未來醫療領域應用更廣

工研院打造的「3D列印設計服務共創平台」,結合掃瞄、3D建模、結構及積層製造製程設計分析技術,透過雲端服務平台,醫療團隊可遠端即時回饋意見,完成3D列印輔護具的最佳化設計,讓多方參與的輔護具製作流程得以無縫銜接,一氣呵成。

洪基彬表示,未來「3D列印設計服務共創平台」的商業模式,會參考IC設計公司與晶圓代工廠的上下游關係,「醫療院所只需提供列印前期設計,即可將數據經由雲端傳輸給醫材供應商生產所需輔護具。」目前該平台正積極累積更多輔護具列印案例,儘早完成法規所要求的場域驗證。

由於3D列印輔護具現階段仍屬體外醫療器材,洪基彬期待有朝一日,能用這項技術研發出改善椎間盤突出的矯形器,但這一類型醫療器具植入人體,需要更多實證,工研院研究團隊現在除了和新竹馬偕醫院合作手、足輔護具外,也積極和台北醫學院附設醫院、高雄醫學院附設醫院、台北榮總等多家醫院合作,嘗試在難度更高的體內植入3D列印醫材,例如椎間盤或人工骨釘,或協助醫師開刀時的手術導板等。

「期待有一天,能看到工研院3D列印的人工心臟或髖關節問世,造福更多病患,」洪基彬充滿信心地說。