北京大學(xué)第三附屬醫(yī)院劉忠軍：3D打印機(jī)內(nèi)植物在骨科的應(yīng)用

2018年6月17日，第五屆世界3D打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)大會(huì)在佛山舉行，來(lái)自北京大學(xué)第三附屬醫(yī)院大外科主任劉忠軍教授做了主題報(bào)告，下面是報(bào)告全文。

劉忠軍：尊敬的各位嘉賓、各位朋友，和今天上午企業(yè)介紹的內(nèi)容不一樣，我從一個(gè)外科醫(yī)生的角度介紹一下3D打印技術(shù)在骨科領(lǐng)域的應(yīng)用。

我介紹一下3D打印機(jī)內(nèi)植物在骨科的應(yīng)用。

目前3D打印技術(shù)在骨科應(yīng)用大概幾個(gè)方面，第一是做模型，這是比較簡(jiǎn)單的一塊，無(wú)論解剖模型，還是病變模型，都可以用3D打印技術(shù)很容易打出來(lái)，來(lái)指導(dǎo)我們臨床上的一些應(yīng)用，比如打印出解剖模型做教學(xué)，甚至給醫(yī)生做治療參考。第二部分做導(dǎo)板，就是應(yīng)用這個(gè)模型做一些相應(yīng)的工具，在手術(shù)當(dāng)中引導(dǎo)我們的醫(yī)生能夠更精準(zhǔn)、更安全地做手術(shù)。今天我主要介紹用金屬鈦合金材料所做的內(nèi)植物在骨科領(lǐng)域的應(yīng)用。

為什么要用3D打印內(nèi)植物在骨科里面？由于內(nèi)植物具有非常顯著的優(yōu)勢(shì)，第一個(gè)優(yōu)勢(shì)，3D打印可以打印出任何特異的形狀，而我們?nèi)梭w的解剖結(jié)構(gòu)特別是骨科解剖結(jié)構(gòu)用于3D打印的優(yōu)勢(shì)，因?yàn)槲覀兊慕馄式Y(jié)構(gòu)并不是規(guī)則形狀，所以用3D打印出來(lái)的內(nèi)植物更適合于我們的解剖。第二個(gè)優(yōu)勢(shì)，這個(gè)可能是各行各業(yè)不關(guān)注，但是在臨床領(lǐng)域非常關(guān)注，這些內(nèi)植物可以做成微孔形狀，它在骨骼之間能夠提供骨組織生長(zhǎng)的可能性，實(shí)現(xiàn)整合。目前在中國(guó)3D打印骨科應(yīng)用到什么地步呢？目前有三項(xiàng)內(nèi)植物已經(jīng)成為產(chǎn)品正式應(yīng)用于臨床，例如髖關(guān)節(jié)髖臼杯。這個(gè)目前國(guó)內(nèi)已經(jīng)應(yīng)用幾千例，反饋回來(lái)的信息非常好。它的價(jià)格怎么樣？和同類產(chǎn)品相比3D打印要更好一些。

還有3D打印的個(gè)體定制化。我們來(lái)看一個(gè)病例，這是12的男孩，得了第二頸椎的惡性腫瘤。針對(duì)這種腫瘤以往怎么治療？把腫瘤切掉以后，在手術(shù)之前要給病人打一個(gè)外部固定架，病人要背負(fù)沉重的鐵架幾個(gè)月，而且在這個(gè)過(guò)程中也容易出現(xiàn)很多問(wèn)題。我們能不能改進(jìn)？首先我們做了一個(gè)和解剖貼合的人工椎體，然后用固定，這樣它的強(qiáng)度是不是能夠大大提高，我們就按照這個(gè)設(shè)想，研制出了第一個(gè)人工樞椎。在2014年7月份，我們成功地做了這個(gè)手術(shù)，把人工樞椎植入到病人體內(nèi)，手術(shù)上是突破性的，當(dāng)時(shí)這個(gè)人工樞椎的使用也獲得國(guó)內(nèi)外廣泛關(guān)注，國(guó)內(nèi)外七百多家媒體進(jìn)行了相關(guān)報(bào)道，我們的相關(guān)論文也在國(guó)際權(quán)威雜志進(jìn)行了發(fā)表。

在這之后，我們又做了第二例，也是一個(gè)年輕的女孩，也是得了這種腫瘤，切除之后的第二天她就可以戴一個(gè)普通頸椎病一樣下床。至今我們一共完成了8例，都獲得很好的效果。今年3月份做的一例從病人復(fù)查情況就可以看到恢復(fù)得非常好，病人也非常高興。以往一個(gè)難度很高、風(fēng)險(xiǎn)很大的手術(shù)用3D打印技術(shù)把它做到了幾乎完美的完成，對(duì)病人來(lái)講挽救了他的生命，在他深厚還有一個(gè)幸福的家庭。

剛才講的是一個(gè)階段的腫瘤切除，還有多節(jié)段的就更復(fù)雜，4個(gè)節(jié)段的脊椎腫瘤也可以用3D打印的內(nèi)植物做腫瘤切除之后的替換。這些疾病病例沒(méi)有3D打印技術(shù)之前醫(yī)生可能面對(duì)它會(huì)感到束手無(wú)策，有了3D打印就給我們提供了這樣一個(gè)非常好的技術(shù)，使這個(gè)疑難疾病得到很好的治療。

還有上頸椎部位，可以告訴大家，像這樣的病例在骨科領(lǐng)域是大家公認(rèn)非常難的一個(gè)部位，它的手術(shù)非常復(fù)雜，因?yàn)檫@個(gè)地方的解剖結(jié)構(gòu)非常多。但是有了3D打印技術(shù)以后，我們臨床醫(yī)生就可以做各種設(shè)計(jì)，來(lái)改進(jìn)治療。這是我們做的兩例非常復(fù)雜疑難的病例，用3D打印技術(shù)做了很好的解決。

3D打印技術(shù)所制作的內(nèi)植物有沒(méi)有可能修復(fù)大跨度的骨缺損。這是40歲的男病人，他得了腫瘤在胸椎和腰椎，從第十胸椎到第二腰椎，結(jié)構(gòu)都被腫瘤破壞了。目前全世界治療這種疾病最有效的手段是把腫瘤徹底切除，然后把病人的脊柱做結(jié)構(gòu)重建，這樣只有才能挽救這個(gè)病人。五個(gè)節(jié)段都被侵犯，手術(shù)技術(shù)已經(jīng)可以達(dá)到做徹底的切除，但是切除之后怎么辦？可以說(shuō)以往沒(méi)有一個(gè)合適的技術(shù)來(lái)提供我們做這種腫瘤切除以后的結(jié)構(gòu)重建。這個(gè)病人我們?yōu)樗麑?shí)行什么治療呢？首先第一次手術(shù)先做后方脊柱結(jié)構(gòu)做了完全切除，第二次首期椎體也做完全切除，但是這個(gè)手術(shù)本身而言也是我們中國(guó)醫(yī)生的驕傲，這樣的病例拿到全世界恐怕也沒(méi)有第二個(gè)。把五節(jié)錐體做了完整切除以后，一個(gè)3D打印的人工椎體支撐到脊椎前方結(jié)構(gòu)。3D打印我們可以做所需要的任何設(shè)計(jì)，我們?cè)谶@個(gè)人工椎體上設(shè)置了4顆椎功根結(jié)構(gòu)，用這個(gè)結(jié)構(gòu)可以把前后方的內(nèi)部定物緊密連接起來(lái)，這樣一來(lái)強(qiáng)度就會(huì)大大增加。盡管這么大的手術(shù)切除，手術(shù)后怎么辦？左邊這個(gè)圖就是整個(gè)病例實(shí)際情況，骨骼也是3D打印出來(lái)的，最后是這樣一個(gè)重建結(jié)構(gòu)。這個(gè)病人3個(gè)月就已經(jīng)完全恢復(fù)到正常狀態(tài)，6個(gè)月可以開(kāi)車、騎車，11個(gè)月已經(jīng)到南海去旅游了�？梢�(jiàn)，用3D打印這樣一個(gè)技術(shù)可以把一個(gè)非常疑難的病例解決到讓病人完全恢復(fù)到正常生活狀態(tài)。前不久是這個(gè)病人手術(shù)以后兩年來(lái)復(fù)查的情況，這個(gè)病例除了治療效果以外，我們還關(guān)注什么？關(guān)注人工假體和兩端骨的結(jié)合情況，結(jié)合得非常好。這樣的病例目前為止我們已經(jīng)完成了20例，五節(jié)段是比較罕見(jiàn)的，加上四個(gè)、三個(gè)、兩個(gè)節(jié)段的一共有20例。

在四肢骨上，26歲的男性病人，右側(cè)骨股由于骨折以后做了手術(shù)，很不幸手術(shù)之后感染形成骨髓炎，出現(xiàn)了大段的缺損。這個(gè)病人來(lái)到我們醫(yī)院以前已經(jīng)花了40萬(wàn)人民幣，是一個(gè)傷口化膿感染骨髓炎狀態(tài)。現(xiàn)時(shí)治療都有哪些治療？把這段有病的骨頭切掉以后，用自體骨做填充，外部一個(gè)支架和簡(jiǎn)單固定，等這個(gè)骨慢慢結(jié)合，大家可以想這個(gè)時(shí)間有多長(zhǎng)，或者用一個(gè)外部的固定架固定起來(lái)，等待骨骼自行慢慢長(zhǎng)到一起，這個(gè)周期非常長(zhǎng)，而且即便周期很長(zhǎng)以后這個(gè)療效也是不確定的。

目前對(duì)這樣的疾病有了越來(lái)越治療方式，我們國(guó)外同行也做了一些新嘗試，包括也使用3D打印技術(shù)，但是他們的理念還是什么？用3D打印做一個(gè)金屬的網(wǎng)架，然后在這個(gè)網(wǎng)架填充上自體骨或者移體骨，支撐到兩個(gè)骨的斷端，讓骨慢慢生長(zhǎng)。雖然方式已經(jīng)在以前基礎(chǔ)上有了大大改善，但是整個(gè)周期還是非常長(zhǎng)。

我們采用一個(gè)全新理念，把金屬內(nèi)植物植到病變?nèi)睋p的兩端，當(dāng)然早期經(jīng)過(guò)了一系列處理使感染完全得到控制以后才做了最后一步。把這個(gè)假體植到兩端以后，我們沒(méi)有放任何的組織，植到骨頭斷端以后的情況，手術(shù)以后幾天可以下定活動(dòng)了，前幾天是手術(shù)后6個(gè)月來(lái)復(fù)查，這個(gè)病人手術(shù)以后2個(gè)月就可以回到工作崗位工作。

這個(gè)病例和剛才的類似，一個(gè)女病人外傷以后出現(xiàn)了骨缺損，我們采用相類似的技術(shù)也做了修復(fù)，這是手術(shù)后的情況，這個(gè)病人在我們完成手術(shù)之前有4年的時(shí)間是單腿跳著走，那一條腿完全不能用力，這是手術(shù)之后很早期病人已經(jīng)開(kāi)始柱拐下床走動(dòng)了，這是一個(gè)根本性的變化。這是3D打印技術(shù)給我們提供的這樣一個(gè)成果。

從我們臨床實(shí)踐情況來(lái)看，我們就有了一個(gè)進(jìn)一步研究的思路。以往我們脊椎的骨和四肢的骨由于腫瘤、由于感染、由于外傷缺失以后，我們以往關(guān)鍵是什么？或者是用自體骨或者異體骨植到骨斷端，等待它慢慢生長(zhǎng)，改進(jìn)的方式是用一些金屬支架把它支撐到骨的斷端，支架里面還是要填充骨頭，等待這個(gè)骨慢慢生長(zhǎng)。

我們新的思路是能不能不用這些周期這么長(zhǎng)的手術(shù)，而且骨的來(lái)源本身也是一個(gè)很困難的問(wèn)題，所以我們?nèi)绻�用這種3D打印的微孔金屬假體做支撐，我們可以想一些方式讓他早期得到非常好的固定。好處是病人早期就恢復(fù)功能，最終得到很好的骨與假體的整合。

實(shí)際上我們?cè)龠M(jìn)一步檢查可以看到它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)也是長(zhǎng)得非常好，這是手術(shù)以后一個(gè)月和三個(gè)月拍攝X光片看到的情況。

臨床上我們也拿到一個(gè)寶貴的標(biāo)本，這個(gè)標(biāo)本來(lái)自于北京大學(xué)人民院，他們是骨盆股腫瘤做手術(shù)以后復(fù)發(fā)取得出來(lái)的標(biāo)本，提供了一個(gè)我們?cè)谌梭w上觀察3D打印人工假體結(jié)合的圖像。我們來(lái)觀察假體和骨之間結(jié)合的情況，我們看到非常精密的結(jié)合。右邊幾個(gè)彩色圖是硬組織切片，我們把人體組織和金屬假體同時(shí)做切片，看看骨細(xì)胞能不能結(jié)合得很好，也看到結(jié)合得非常好。這幾張圖像也是外行人不一定能夠看懂，可以告訴大家的是這幾張圖像里面，左上角是不做任何處理的3D打印人工假體和骨結(jié)合的情況，骨細(xì)胞可以明顯長(zhǎng)入到微孔里實(shí)現(xiàn)融合。如果我們加一些技術(shù)處理，中間的圖是做酸蝕技術(shù)以后看到骨長(zhǎng)得更好，右邊的圖是處理3D打印微孔的表面，不僅看到大量骨細(xì)胞長(zhǎng)入，而且看到血管長(zhǎng)入，如果表面做一些處理，會(huì)使這個(gè)骨長(zhǎng)得更快更好。

我們看到的是，如果我們把微孔金屬里邊再加一些促進(jìn)骨生長(zhǎng)的因子，也可以使骨組織長(zhǎng)得很好。加入一些新藥物可以促進(jìn)骨的整合。再有，如果我們把微孔假體作為一個(gè)載體的話，我們還可以把3D打印技術(shù)變成4D打印技術(shù)。什么是4D？加一些藥物局部起到作用，讓它增加功能。比如微孔里面加入了萬(wàn)古霉素（音），看到萬(wàn)古霉素（音）的可以起到很好的局部抗菌作用。按照這個(gè)思路我們還可以再繼續(xù)研究，如果加入抗結(jié)核的藥物可以抗結(jié)核，加入抗腫瘤的藥物可以抗腫瘤，所以3D打印技術(shù)還有進(jìn)一步的發(fā)展空間。

通過(guò)3D打印技術(shù)來(lái)修復(fù)各種原因的造成的骨缺損，即便大跨度的缺損，我們脊椎上的五節(jié)腫瘤切除的跨度達(dá)到19個(gè)厘米，都能得到很好的修復(fù)。再有從我們的實(shí)踐和實(shí)驗(yàn)的研究來(lái)看，還可以設(shè)置成附帶功能作用的假體，使它也成為植骨材料，當(dāng)有骨缺損的時(shí)候都要放如自體骨或者異體骨，如果把金屬假體也作為一種材料，也可以實(shí)現(xiàn)這種結(jié)合，這也是我們3D打印技術(shù)的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。

謝謝大家！

老夫明確的說(shuō)，靠 醫(yī)療 教育 撐不起來(lái) 3D打印的市場(chǎng)。而且，真的踏實(shí)做事情的，也擠不進(jìn)去。

lufeipeng3d 發(fā)表于 2018-6-24 22:09
老夫明確的說(shuō)，靠 醫(yī)療 教育 撐不起來(lái) 3D打印的市場(chǎng)。而且，真的踏實(shí)做事情的，也擠不進(jìn)去。

醫(yī)療和教育的市場(chǎng)也是很大的