個人化精準治療-3D列印骨科植入物的「精密量測」
3D列印醫療植入物的最大考驗：尺寸精度
醫療植入物的使用，在骨科領域相當常見，也存在許多問題。傳統的醫療植入物通常是根據標準尺寸和形狀製造，無法完全符合每個患者的身體結構，這可能導致植入物不匹配、手術失敗率增加以及術後不適感。近年來，3D列印技術在骨科植入物的應用正迅速崛起，能為患者精確客製化，確保其完美契合身體結構，提升手術成功率和患者舒適度。此外，3D列印還能打造複雜的幾何形狀和微孔結構，這些結構有助促進骨組織的生長和整合，縮短康復時間。這些優勢使3D列印植入物遠勝於傳統植入物，成為現代醫學的一大突破。
3D列印技術在骨科領域的應用，儘管為患者提供了客製化的解決方案，但在尺寸精度仍面臨諸多挑戰。這些挑戰如果處理不當，將影響人體與植入物的契合度和功能性，甚至影響手術效果和患者的康復程度，以下是一些常見的尺寸精度難題：
1. 材料收縮和變形：
不同的3D列印材料在列印和冷卻過程中會發生收縮和變形，容易導致最終產品的尺寸與設計尺寸不符。
2. 層厚和分辨率：
3D列印的分辨率取決於設備的層厚度設置。較大的層厚度會降低列印速度，但會影響細節精度和表面光滑度；反之，較小的層厚度能提高細節精度，但列印時間將顯著增加。因此，在速度和尺寸精度之間找到平衡點是重要。
列印機校準：3D列印機的任何校準偏差都會導致列印尺寸不準確。定期進行校準和維護是確保尺寸精度的重要環節。
3. 複雜幾何形狀：
醫療植入物通常具有複雜的幾何形狀和結構，這些複雜形狀在列印過程中非常容易出現尺寸偏差。
4. 後處理工序：
3D列印的醫療植入物通常需經過後處理步驟，如清洗、拋光、熱處理等。這些步驟可能會對尺寸產生影響。
5. 數據轉換和精度損失：
從醫學影像到3D模型的數據轉換過程中，可能會出現精度損失。醫學影像資料（如CT、MRI）的分辨率和精度將直接影響3D模型的準確性。
3D列印髖臼植入物-最佳解決方案
3D列印的髖臼植入物，在進行列印後，還需經過一系列的後處理步驟，包括熱處理、表面拋光和螺紋加工等，皆需符合多項醫療標準和法規，企業A使用三次元量測設備（CMM）進行精密量測，工程師說道：「3D列印醫療植入物是一項複雜的技術，參數變化很大，因此製作時，預測植入物尺寸和幾何形狀是相當具有挑戰性的。我們基本要具備能檢查由不同類型材料所製成的醫療植入物的能力，而三次元量測設備（CMM）的工作區域大小也很重要，但最關鍵的還是精度。」
由於必需嚴守細小公差和相關標準，後處理階段會重複進行，直到實體醫療植入物完全和虛擬模型百分之百相符為止。在每個步驟中，會使用三次元量測設備（CMM）進行品質檢查，並透過雷射掃描器，更能快速顯示實體醫療植入物與虛擬模型的匹配程度。而配有雷射掃描器的三次元量測設備（CMM）對於檢查較大部件（如髖臼植入物）的特徵和表面非常有效，對於標準品（如骨板）的品質控制以及評估患者專用植入物中的標準部件（如螺紋孔和球面）也非常有用。
圖片說明：立陶宛的Ortho Baltic，使用雷射掃描器，對3D列印的髖臼植入物進行精密量測（LK ALTERA 10.7.6 CMM、Nikon LC15Dx laser scanner）
患者專用的醫療植入物是一項客製化的治療方案，也意味手術必須預先計劃好，這樣醫療植入物才能簡單地放置到位。而要能完美執行，就必須百分之百確保植入物的幾何形狀與CAD模型完全一致，且孔加工精度極高，為了滿足這些要求，精密量測的重要性顯見一般。當在每個製造和後處理階段進行快速檢查時，配有雷射掃描器的三次元量測設備（CMM）是不可或缺的，尤其是檢查球面（spherical surfaces）、承載面（earing surfaces）和孔角度（hole angles）。
圖片說明：（圖左）患者的3D列印髖臼植入物就位照、（圖右）3D列印的髖臼植入物進行精密量測特寫
雷射掃描器的另一個主要優勢是能夠處理反射和多材料表面。透過軟體持續地調整每個測量點的雷射設置來保持精度、速度和數據完整性。探測誤差可與接觸式檢測相媲美（1.9 μm），數據收集速度又快（每秒70,000點），能有效維持在掃描複雜表面時的最高標準，成為醫療行業複雜部件品質評估的理想工具。
醫療植入物的「精密測量」關鍵
使用三次元量測設備（CMM）時，需要對量測對象的表面噴灑3D掃描噴粉顯像劑，目的如下：
1. 降低反光度：
某些材料或表面會強烈反光，容易在進行精密量測時造成干擾。噴灑3D掃描噴粉顯像劑，能消除這些反射，使精密量測的數據更加準確。
2. 均勻表面特性：
一些物件的表面可能有顏色或透明度差異，3D掃描噴粉顯像劑可使表面顏色一致，避免量測過程中出現數據缺失或誤差。
3. 增加對比度：
3D掃描噴粉顯像劑可增加測量表面的對比度，特別是在使用光學掃描技術時，有助獲得更清晰的數據。
圖片說明：（圖左）3D掃描噴粉顯像劑、（圖右）3D掃描噴粉顯像劑噴灑物件場景
但對於像是本篇的醫療植入物領域，3D掃描噴粉顯像劑則會引起一些問題和挑戰，像是：
1. 清潔問題：
噴粉後很難完全清除，特別是對於表面複雜或有微細結構的物件。
2. 污染風險：
殘留的粉末可能會造成污染，特別是醫療植入物這種對潔淨度要求非常高的物件。
3. 表面損傷：
某些材料對3D掃描噴粉顯像劑的化學成分較敏感，噴粉後可能會導致表面損傷或材料性能下降。
4. 生物相容性：
3D掃描噴粉顯像劑必需可慮生物相容性，以免對人體造成傷害。
5. 厚度均勻性：
噴粉厚度不均勻會對量測精度造成影響，對需高精度的量測影響巨大。
6. 額外步驟：
噴粉增加了量測前的準備時間和清潔時間，使整個作業時間更加複雜和冗長。
綜合以上所述，不需噴灑3D掃描噴粉顯像劑的精密量測方式，不僅能有效消除對醫療植入物的隱憂，還能從根本上解決額外步驟的問題，有效確保量測精度和醫療植入物的完整
性。
圖片說明：（圖左）複雜曲面的醫療植入物、（圖右）易碎、柔性物件
