3D打印在臨床醫(yī)學(xué)生物科技上的應(yīng)用空間

3D 打印技術(shù)正開(kāi)始走入我們的生活。從用白色樹(shù)脂制作快速模型，到用混合材料打印出各色可以直接使用的物品，3D打印技術(shù)即將讓我們的生產(chǎn)生活方式發(fā)生巨大改變。在一些醫(yī)院中，3D打印已經(jīng)造福于患者，讓他們的手術(shù)更加簡(jiǎn)便和成功。
　　3D打印，如何打出無(wú)限生機(jī)？請(qǐng)看記者從上海發(fā)回的報(bào)道。
　　打出你的個(gè)性模型
　　記者來(lái)到上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第九人民醫(yī)院，采訪3D打印技術(shù)在該院的應(yīng)用。3D打印機(jī)不是打印文字、圖片的“二維”打印機(jī)模樣，而是一個(gè)單門冰箱一樣的“柜子”，記者透過(guò)“柜門”上的玻璃觀察窗，看到打印頭正在來(lái)回運(yùn)動(dòng)，不斷噴出一條細(xì)細(xì)的塑料絲，不一會(huì)兒，就露出了模型上一道清晰的白邊。
　　整復(fù)外科的俞哲元醫(yī)生簡(jiǎn)單介紹過(guò)這臺(tái)3D打印機(jī)后又加了一句：“像這樣的3D打印機(jī)可能很快就會(huì)被淘汰。”記者了解到，平時(shí)，九院整復(fù)外科、骨科、口腔科、眼科的醫(yī)生都用這樣的3D打印機(jī)打印模型，幫助患者修復(fù)顱骨缺損、修整下巴、墊高鼻子、重塑顴骨和設(shè)計(jì)​​各種頭面部手術(shù)操作。
　　3D打印技術(shù)又叫快速成型技術(shù)，指根據(jù)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）模型逐層完成實(shí)體模型的制造技術(shù)。俞哲元向記者展示了一組“快速成型技術(shù)在整​​形外科的臨床應(yīng)用”的圖片，記者在這里看到許多不幸的面孔，先天畸形、外傷和腫瘤使他們?cè)馐苌�理和心理雙重折磨。3D打印技術(shù)的臨床應(yīng)用，給他們帶來(lái)了過(guò)上普通人生活的希望。
　　俞哲元不時(shí)拿來(lái)一些以前3D打印的白色塑料模型，都是人臉部、頭部需要整復(fù)的“零部件”。他說(shuō)，這樣的個(gè)性化三維模型優(yōu)勢(shì)就是提高臨床診斷和治療水平。
　　記者看到兩張頭面部血管瘤患者的頭骨模型照片，白色模型上紅色血管瘤纖毫畢現(xiàn)，醫(yī)生在手術(shù)前就能對(duì)瘤體分布了如指掌，手術(shù)中模型還起到了導(dǎo)航作用。
　　整復(fù)外科的不少病人都需要植入個(gè)性化假體，3D打印能讓不規(guī)則的植入體制作得嚴(yán)絲合縫，俞哲元將這一過(guò)程稱為“虛擬制造與實(shí)體制造的結(jié)合”：CT掃描獲取患者影像數(shù)據(jù)，計(jì)算機(jī)輔助三維影像重建，量化評(píng)估臨床需求分析，計(jì)算機(jī)輔助三維植入體設(shè)計(jì)，快速成型輸出，植入體模塊實(shí)體驗(yàn)證，EH復(fù)合人工骨翻模成型，最后應(yīng)用于臨床手術(shù)。
　　記者還看到一組3D打印翻制的植入體設(shè)計(jì)臨床應(yīng)用照片：
　　小伙子車禍后左側(cè)顱骨缺損了巴掌大一塊，醫(yī)生利用車禍留下的傷疤，放入3D打印設(shè)計(jì)的植入體，顱骨修復(fù)如初。
　　另一個(gè)小伙子患右側(cè)半面短小癥，3D打印翻制的植入體“撐開(kāi)”了短小一側(cè)的臉頰，術(shù)后6個(gè)月，他成了帥小伙。
　　俞哲元拿來(lái)一些白色“小零碎”，有為數(shù)字化輪廓整形手術(shù)設(shè)計(jì)的模型，也有手術(shù)后從患者臉部取下的真人骨頭碎片。
　　女孩下頜角肥大，要做口內(nèi)切口下頜角整形術(shù)，術(shù)前她看了模擬圖，切下的骨頭與設(shè)計(jì)的模型一樣，她開(kāi)心極了。
　　一個(gè)男孩雙眼瞪得像銅鈴一樣大，需要做面中部牽引手術(shù)。3D打印模型為牽引手術(shù)實(shí)現(xiàn)了精確設(shè)計(jì)，令他恢復(fù)如正常人一般，同患此病的媽媽也來(lái)做了手術(shù)。
　　“被上帝吻過(guò)的孩子”先天性唇?裂，醫(yī)生從孩子出生后就設(shè)計(jì)制作了塑料導(dǎo)引板，讓孩子每周換一個(gè)，3個(gè)月后豁口變小，手術(shù)效果更上一層樓。
　　為外科手術(shù)精確導(dǎo)航
　　記者在九院聽(tīng)到許多關(guān)于3D打印技術(shù)應(yīng)用的故事。
　　口腔修復(fù)科博士后顧曉宇所在的團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)出了一套高度集成的具有臨床應(yīng)用價(jià)值的顏面缺損數(shù)字化贗復(fù)診療系統(tǒng)，在3D打印技術(shù)的幫助下，大大提高了顏面缺損修復(fù)效率與精確性。目前，該技術(shù)已在國(guó)內(nèi)能夠進(jìn)行顏面缺損贗復(fù)診療的9家3甲醫(yī)院臨床應(yīng)用，取得了良好的社會(huì)效益。
　　60歲的男性崔某某鼻部惡性腫瘤全鼻切除，醫(yī)生先CT掃描，獲得三維數(shù)字模型后進(jìn)行配準(zhǔn)融合操作，得到設(shè)計(jì)模型，再?gòu)臄?shù)據(jù)庫(kù)中選出合適的鼻外形數(shù)據(jù)，患者認(rèn)可后作為設(shè)計(jì)依據(jù)。經(jīng)一系列復(fù)雜設(shè)計(jì)，3D打印翻制出模型，染色、裝膠、加溫固化，患者戴上硅橡膠材料“新鼻”，十分滿意。
　　“先天性小耳畸形癥”通常的手術(shù)方式是用病人一段肋骨軟骨再造一只健全的耳朵。耳再造專家張如鴻教授為雕琢出一只堪稱完美的耳朵，以往要在手術(shù)室忙6個(gè)小時(shí)�，F(xiàn)在3D打印先“拷貝”好健耳模型，手術(shù)中軟骨雕塑有“實(shí)物”參照，不僅全耳再造手術(shù)縮短至2小時(shí)，“新耳”和另一側(cè)健耳還如出一轍。
　　骨盆腫瘤手術(shù)是骨科領(lǐng)域難度很高的一項(xiàng)手術(shù)，要求速度快、下刀準(zhǔn)，切除干凈，骨盆切割線的位置要求十分精準(zhǔn)。醫(yī)生會(huì)在術(shù)前用3D打印出一個(gè)患者的模型骨盆，骨盆上的拼接縫清晰可辨，那是醫(yī)生手術(shù)下刀的切割線。中國(guó)工程院院士、九院骨科教授戴?戎說(shuō)：“3D打印的骨盆原型帶給醫(yī)生充分的手術(shù)設(shè)計(jì)輔助。”
　　一個(gè)小伙子車禍造成分隔腦與眼部的眶上壁骨骼斷得粉碎，眼眶下壁也掉到了上頜竇內(nèi)。上海交通大學(xué)機(jī)械學(xué)院3D打印了兩個(gè)白色頭骨模型，眼科醫(yī)生比照左眼眶垮塌的模型對(duì)斷骨截骨、復(fù)位和固定，又比照完好的模型截取、彎曲和安裝鈦板。5天后，小伙子康復(fù)出院。
　　有了3D打印，患者需要的個(gè)性化“零部件”都能定制了。據(jù)了解，從2004年就開(kāi)始研究和使用3D打印機(jī)的上海交通大學(xué)目前用得最多的是第三代激光快速成型機(jī)，打印材料是PSB塑料，能夠?yàn)樯虾４蟛糠秩�甲醫(yī)院和山東、廣東、江蘇、浙江等地的一些醫(yī)院服務(wù)，每年有600多位患者受益。
　　記者同時(shí)了解到，除了PSB塑料的激光快速成型機(jī)外，第三代打印機(jī)里，還有一種工藝精度更高的液態(tài)光敏樹(shù)脂固化快速原型機(jī)，以光敏樹(shù)脂為原料，在計(jì)算機(jī)控制下的紫外光、激光按預(yù)定設(shè)計(jì)的軌跡對(duì)液態(tài)樹(shù)脂逐點(diǎn)掃描，使被掃描區(qū)的樹(shù)脂薄層產(chǎn)生光聚合反應(yīng)，從而形成一個(gè)個(gè)薄層截面，最終形成立體模型。
　　在醫(yī)學(xué)應(yīng)用中，光固化成型主要用于制作手術(shù)導(dǎo)板。手術(shù)中，醫(yī)生切開(kāi)皮膚、肌肉，暴露手術(shù)部位后，如果依然無(wú)法對(duì)需要切除的患處精確下刀，只需要將模型安放上去，與模型間有一條直線接縫的可拆卸區(qū)域就是手術(shù)導(dǎo)板，手術(shù)刀沿直線接縫游走，切下導(dǎo)板的同時(shí)，也精確切除了患處。

未來(lái)具有無(wú)限可能

　　3D打印被很多人視為帶來(lái)了第三次工業(yè)革命。但對(duì)醫(yī)生們來(lái)說(shuō)，這技術(shù)就像是“躲在醫(yī)生身后的手術(shù)助手”，如果將來(lái)打印出的模型能直接用于病人體內(nèi)，那必將帶來(lái)醫(yī)療界的“革命”。

　　前幾代3D打印只能打印紙質(zhì)、塑料模型，打印時(shí)間長(zhǎng)，打印成本高，打印過(guò)程中還會(huì)產(chǎn)生污染，不夠環(huán)保，這就是俞哲元所指出的，這樣的3D打印機(jī)會(huì)不斷推陳出新的原因。

　　即便還有諸多不完善之處，但醫(yī)生們依然十分感謝3D打印這位“手術(shù)助手”。眼見(jiàn)為實(shí)的模型可以幫助醫(yī)生設(shè)計(jì)高難手術(shù)，進(jìn)行術(shù)前模擬，術(shù)中導(dǎo)航，在一些視野受限的手術(shù)中，能快速找到患處，精準(zhǔn)放入植入體，將手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)降至最低。這樣的3D打印在上海多家醫(yī)院已成為高難手術(shù)前的常規(guī)操作，降低了高難手術(shù)的難度和風(fēng)險(xiǎn)。

　　此外，與患者的溝通變得很直觀，患者目前狀況、手術(shù)會(huì)怎樣進(jìn)行、達(dá)到什么效果，都能讓患者知曉，并給予很好配合。特別是關(guān)乎患者容顏的頭面部修復(fù)手術(shù)和美容手術(shù)，這樣的溝通尤其重要，經(jīng)患者認(rèn)可的3D打印翻制的植入體設(shè)計(jì)讓患者對(duì)術(shù)后效果有了直觀的預(yù)期，往往在手術(shù)完成后他們的滿意度更高，而醫(yī)生也減少了對(duì)潛在醫(yī)患糾紛的擔(dān)憂。



　　3D打印還為年輕醫(yī)生壯了膽，手術(shù)難度降低，手術(shù)導(dǎo)航保駕，使他們經(jīng)過(guò)兩三年培養(yǎng)，就能獨(dú)立完成手術(shù)。更重要的是，3D打印還帶來(lái)了學(xué)科交叉、人才培養(yǎng)、配套服務(wù)等環(huán)節(jié)的變化，伴隨數(shù)據(jù)處理、加工、新材料研發(fā)等領(lǐng)域的推進(jìn)，抓緊培養(yǎng)醫(yī)科、工科復(fù)合型的年輕醫(yī)生，已成為九院等許多大醫(yī)院的共識(shí)。



　　據(jù)悉，醫(yī)生們翹首以盼的第四代3D打印機(jī)已實(shí)現(xiàn)技術(shù)突破，打印頭能發(fā)射溫度極高、焦點(diǎn)集中的電子束，迅速 ​​融化鈦合金粉，一點(diǎn)一點(diǎn)完成金屬的“堆疊”，最終打印出所需的物件。上海交通大學(xué)正計(jì)劃從瑞士引進(jìn)第四代3D打印機(jī)，打印出的鈦合金物件有望直接用作骨科材料植入人體。

　　如果3D打印機(jī)的“墨盒”里裝的是塑料，就能打印出一個(gè)塑料制品，如果裝上細(xì)胞，就能“打印”出一個(gè)器官——盡管這還有待于生物材料、干細(xì)胞、組織工程等多學(xué)科的科技突破，但這樣的前景令人鼓舞。

　　許多人提出了不同的技術(shù)路徑，有的設(shè)想先用生物材料打印出“骨架”，再在上面進(jìn)行干細(xì)胞培養(yǎng)，誘導(dǎo)形成組織﹔有的則設(shè)想直接打印生成器官﹔更大膽的想法，是用打印機(jī)直接在人體上打印，連植入都省了。

　　這聽(tīng)上去有些瘋狂，但3D打印在醫(yī)學(xué)臨床的應(yīng)用確實(shí)日新月異。今年3月，美國(guó)維克·弗里斯特再生醫(yī)學(xué)研究所所長(zhǎng)、外科醫(yī)生安東尼·阿塔拉在演講時(shí)，捧出一個(gè)3D打印的粉紅色腎臟，全場(chǎng)聽(tīng)眾起立鼓掌。很快，這個(gè)還不具備功能的腎臟被訛傳成是一個(gè)可以移植的腎臟。

　　這是一個(gè)寄托了美好希望的訛傳，或許未來(lái)某一天，希望真能變成現(xiàn)實(shí)，生命也將重現(xiàn)生機(jī)。