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3D列印於醫學教育的應用-以急診訓練用教材二氧化碳監測儀(EtCo2)設計為例之心得與建議

文/賴嘉民

  3D列印完成的二氧化碳監測儀(EtCo2,以下簡稱EtCo2)訓練用模型,不但耐用性及擬真度高,且成本相對低廉,成為有效的降低大林慈院急診訓練成本的訓練。

  二氧化碳監測儀(EtCo2)是急診小兒科所需的器材,為新進人員所必要之訓練項目,新進人員對於新接觸的儀器使用上較不熟悉,容易操作失誤造成儀器受損,但監測儀單一價格便高達數萬元,且儀器本身脆弱,難以承受新進人員訓練時的過多操作失誤風險,配置數量有限僅配置於臨床人員使用,若新進同仁訓練所使用時,還必須與臨床人員協調商借為訓練用,新進人員若操作次數不多,對儀器陌生,也降低使用該儀器的熟悉度及意願。有鑑於此,急診部的教學型主治醫師-李振威醫師,從他的學長曾利用3D列印之氣管模型作為氣管切開術練習器具,萌生是否有可能也透過3D列印的技術,製作擬真並近乎原器材的模型作為訓練用之可能性。在與本組多媒體設計師-賴嘉民討論後,先確定以3D動畫軟體以1:1比例仿製的可行性,並估計製作價格及列印成本後,開始著手進行製作數位化(EtCo2)儀器模型。

 

  製作流程大致上如下,首先,以傳統的尺測量方式,以公分為單位,開始將外觀各結構長寬高標記,繪製簡單的設計草圖,接著,在3D軟體設計時,同樣以公分為設計基準單位,將原始物件的外型在3D軟體重繪製,重繪製完成的模型,在輸出時再以3D列印軟體確認尺寸後送3D列印,即完成整個製作流程。

 

  最終,在3D軟體完成數位模型,透過3D列印完成之(EtCo2)模型成品,交由急診部實際使用,不但精準並確實與原始套裝之耗材氣管完美接合,3D列印之模型成品堅固度,也讓單位免去新進人員訓練時,所必須擔心的器材損失問題,且單一3D列印之模型成本僅800元左右,相當於實際器材價格1/100,經濟成本效益相當高,在價格與功能方面,都符合預期的成本和效能效益。根據李醫師實際執行訓練時觀察,當新進同仁透過3D列印之模型進行操作訓練後,當該人員開始臨床工作後,對儀器操作熟悉度明顯提升,也增加對該儀器使用的意願。

  此次的合作案,也是首度將本院採購之3D軟體的效益,從單純本組工作項目其中一項的垂直效果,擴展至不同的橫向效果,從數位世界回推到現實世界,獲得到許多難得並寶貴的經驗,在此分享幾點設計製作時的心得與建議:

  1. 與案主,確認製作成品必須具備之功能需求,避免成品功能不符實際需求
  2. 確定功能需求後,與功能需求無關之原始物件結構,則不在數位模型上呈現
  3. 初期設計,測量原始物件時,儘可能精準將主要外觀結構尺寸、相對比例尺寸標示完整,進入3d軟體設計階段,若結構尺寸、相對比例尺寸標示不正確,可能導致最終成品與原物件尺寸有誤差而導致無法應用