曾想过你的医师是怎么做手术前准备吗？如果患部是脸或手脚，这些看得见的地方切开缝合就好，但如果病灶是在人体里，肠子、胃甚至是脑部，天啊，这些埋在深处、动辄血管神经围绕着的病源，医生究竟是如何快狠准地切除？
也许你会说借助影像科技，但你可能不知道的是，无论电脑断层、核磁共振、血管摄影以至于 3D 重建影像，虽然能够提供器官、解剖构造的概念，但执刀者还是必须在自己脑中构建手术状况，划刀、拨离、切除、缝合，过程中必须闪避血管、避免伤及神经，非常重经验和技巧，也难怪日剧《医龙》里的朝田龙太郎，手术前都要在天台上演练一番。
拜科技发达之赐，现在的医生不需要这么有想像力，只要借由精密电脑断层加上 3D 打印科技，就能制作出人体模型，甚至能像积木一样拆解成一块块，供执刀医师模拟真实手术。
之前曾介绍过，纽约医院的外科医生利用核磁共振（MRI scan）的影像资料，打印出患有先天性心脏病的婴儿心脏，做术前模拟。其他案例，像是纽约 Jacobs Institute 打印出患者颅内动脉瘤（aneurysm）模型，结果不仅让原本高死亡率的手术安全，手术时间更从平均 3 至 4 小时，降低为 45 分钟；而伦敦的 Guy’s and St. Thomas’ 及 Great Ormond Street 医院，则将 3D 打印应用在“将成人肾脏移植入 3 岁孩童”的手术规划。
（Source：3d print.com）
以上这些案例，也许还不够神奇，在 2015 年底，美国放射医学会（Radiological Society of North America，简称 RSNA）年会上，就发表一篇案例──利用 3D 打印协助连体婴分离手术。
相信人们对于双胞胎不陌生，但连体婴恐怕就只能在新闻里看到。一般来说，双胞胎的胚胎，会在母体第 12 天至 14 天分裂，并且发育，但如果过程中分裂不完全，就会形成连体婴，最常见的是胸、腹部相连，更甚者至臀部，而且彼此共享器官或血管。
根据马里兰大学（the University of Maryland）统计：世界每 20 万个新生儿里，会有一对是连体婴，其中约四分之三是女性，无论如何，连体婴的存活率约为 5 到 25%，大多都胎死腹中至流产，即便顺利出生，有 35% 的概率活不过一天。
然而，连体婴分离手术成功的关键，在于他们身体共享的程度，连结组织愈少，愈容易成功，但如果共用一个心脏、肝脏和其他内脏器官，则概率渺茫，若恰好骨盆关节相连，那么手术难上加难。
最复杂的连体婴分离手术
美国放射医学会年会所发表的案例为 Knatalye 及 Adeline，这对姊妹生于 2014 年 4 月 11 日，一出生就是从胸腔至骨盆腔相连（thoraco-omphalo-pyopagus）的连体婴，包含胸壁、肺脏、心包膜、横膈膜、肝脏、小肠、大肠、骨盆部分，根据主负责的美国德克萨斯儿童医院（Texas Children’s Hospital）心脏影像及放射研究医师 Dr. Rajesh Krishnamurthy 表示：“这个案例非常特别，她们身体连结的方式，将会是有史以来最复杂的连体婴分离手术。”也因此医疗团队决定运用 3D 打印来协助手术模拟。
术前的资料收集采用先进的影像科技──体积式扫描电脑断层仪（Toshiba aquilion one 320-slice CT scanner） 。一般来说，在拍摄时，患者的闭气技巧会直接影响影像品质，因此为求精准，仪器追求的是快速取得、减少照射时间。
而这台 Toshiba aquilion one，具备 320 个侦测器，能让每张切面的厚度变薄，有助于增加分辨率，此外，每圈扫描范围大幅度增加，因此能缩短时间、降低辐射暴露剂量。
在照射过程中，为了强化组织的对比度，医生会为双胞胎注入静脉显影剂（intravenous contrast），目的借由碘剂让血管、内脏组织的显像明确，更容易辨认出共用器官及血管。另外，其中一名女婴使用了口服显影剂，利用硫酸钡易吸附壁面而显像的特质，做肠胃道摄影，进而判断食道、胃肠是否相连。
当然，最关键的是心脏区，要让会跳动的心脏，呈现出完整而不模糊的影像十分艰难，团队采用心电图同步撷取模式（Prospective EKG triggering）电脑断层照射法，也就是避开心脏收缩时期，选择性在心脏舒张静止时，以轴状法（axial）扫描，再将影像重组，以得到清晰的影像，而且拍摄是间断且不连续的（step and shoot），降低了辐射暴露剂量。
▲右侧是 prospective ECG（Source：Medscape）
Rajesh Krishnamurthy 医师表示：“这对连体婴很幸运，因为影像显示她们的心脏虽然在同一个空腔，但各自独立没有融合，即便肝脏相连，但我们发现一个很适合分离的切入点，能够降低术中大出血的可能性。”
在资料获取后，医疗团队花了 3 天，采用 Materialise 公司的 Mimics Innovation Suite 软件进行影像重建，又耗费 3 天在 3D 打印 1：1 的实体模型。特别的是，他们利用不同颜色来进行打印，其中骨骼架构以硬树脂制成，脏器为橡胶，但肝脏特别用透明树脂，让里面的血管呈现白色，为的是让肝动脉及肝门静脉系统（hepatic portal system）显像更清楚。
这样的实体，可以很清楚辨别连体婴的脏器及血管是如何连结，而且还能像积木一样，自由翻转、组装或分开。
对于连体婴分离手术而言，最重要的是“如何适当分配器官”，以维持两人身体正常运作。此外，婴儿的血量少，必须“精准地找到血管分割部位”，恰到好处地分开，否则稍不留意就大出危及性命。因此模型能够协助医师订定开刀计划，揣摩手术途径，找到最佳切入点、重建方式，以及计算伤口关闭所需的皮肤覆盖面积。
经过模拟后，医疗团队在分离手术前 3 个月，于女孩体内植入组织扩张器，缓慢延展胸腔和腹部的皮肤，这是为了因应手术分离后，有足够的皮肤能覆盖伤口。
2015 年 2 月 17 日，这对连体婴近 1 岁时，她们接受了分离手术，历经近 30 个小时，在 12 名外科医生、6 个麻醉师及 8 个外科护士的合作下完成这项艰难任务，同年 5 月 Knatalye 出院，而术中有出血并发症的 Adeline 在一个月后也返家。
历经一年多来的等待，对她们的妈妈 Elysse Mata 来说，女儿像是得到重生的机会，能够独立又健康地活着，这一家人共同见证了医学奇迹。
3D 打印人体积木，影响的不仅是让医生能做更充分的准备，它还包含两个层面──“教学”以及“医病沟通”。
传统的医学教育，尤以外科为例，是手把手的“师徒教学制”，面对一大群的学生，仅有少数几位能亲身参与手术的“助手”工作，而其他人只能在场边观看，或借由实况影像学习。现在，“精密影像”与“3D 打印”的结合，将改变培养医师的模式，让医学生能够在无风险的环境中训练技能。
而医病沟通方面，一般医师术前解说开刀方式时，多对着黑白影像比手画脚一番，但病人和家属往往鸭子听雷，有看没有懂。现在有了实体，可移动、可操作，难度跟技巧能够被呈现，减少医与病之间的误会，多些理解。
可惜，3D 打印模型仍有待突破的点，虽然科技大为减少手术的不可预测性，但目前模型材质仍以橡胶、树脂为主，和人体组织不同，而依现今发展，使用细胞或分子进行生物打印的技术尚不成熟，无法打造出和人体质感一模一样的型体，也因此一些大厂，如 Stratasys 致力于研发近似组织的光聚合材料 TangoPlus，但对于医师而言，模型还是难以取代真实下刀的触感经验。
另一方面，普遍性也成一个问题。Dr. Rajesh Krishnamurthy 表示：“3D 打印科技进步神速，且成本降低，但真正限制它发展的，是没有保险公司愿意给付，目前都由各家医院自行吸收。”
台湾是否也该投入研发
科技虽迷人，但放眼全世界，却仅有少数医院能以研究之名，负担得起这种“精准”而“昂贵”的医疗。但这是现状，未来呢？会不会是极具潜力的蓝海。
2016 年 1 月，中国上海复旦大学附属儿科医院，以 3D 打印技术应用于连体婴分离手术，为中国史上第一次应用电脑辅助手术系统。亮点是他们采用国产海信计算机辅助手术系统（Computer Assisted Surgery）和海信外科智慧显示系统（Surgical Intelligent Display system），除了影像处理技术外，还加入 3D 手势辨识功能。
这背后的意义，是对岸已锁定国际“精准医疗”的市场，因此我们该思考的是，这类外科导航系统（Surgical Navigation Advanced Platform）和 3D 打印的医疗科技，以台湾医师和工程师的人才素质而言，会不会也是值得投入研发的领域呢？那我们的优劣势，又是什么？
- Complex Surgery to Separate Conjoined 10-Month-Old Twins Aided by Detailed 3D Printed Medical Model
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