3D打印新突破 定制鏡片配角膜

角膜“變形”患者未來(lái)可能戴上3D打印的定制眼鏡,，據(jù)南極熊了解，北京同仁醫(yī)院視光中心副主任宋紅欣博士正嘗試?yán)��?D打印技術(shù)制作“自由曲面”的定制鏡片,。普通鏡片表面是圓滑的凸起,，“自由曲面”意味著突破這種規(guī)則光滑面,，呈現(xiàn)出不規(guī)則的鏡面形狀,，根據(jù)每個(gè)人的角膜形狀,，做到精準(zhǔn)折射光線、矯正視力,。3D打印鏡片能精確吻合角膜形狀,，起到“量身定制”的效果。

這一靈感源自美國(guó)NASA自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng),。星星會(huì)“眨眼”是常見(jiàn)的光學(xué)現(xiàn)象,。由于大氣湍流不斷變化，星星發(fā)出的光芒在穿過(guò)大氣層時(shí)受到影響會(huì)時(shí)隱時(shí)現(xiàn),，影響天文觀測(cè),。為抹平“噪點(diǎn)”，NASA將自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)用于天文望遠(yuǎn)鏡——由可自由活動(dòng)的多個(gè)小鏡片組成一塊大的變形鏡，變形鏡接收到系統(tǒng)發(fā)送的像差信號(hào)后會(huì)自行調(diào)整鏡面,、矯正像差，讓星星不“眨眼”,。

3D打印眼鏡,，相當(dāng)于一個(gè)縮小的“變形鏡”。其設(shè)計(jì)圖來(lái)源于每名患者各自的角膜形狀,，打印機(jī)根據(jù)“地圖”,，通過(guò)噴射液體的方式，一層層地將完全吻合個(gè)體角膜形狀的鏡片打印出來(lái),。目前,，宋紅欣博士已初步實(shí)現(xiàn)自由曲面鏡片的高精度制造。

傳統(tǒng)鏡片難拯救不規(guī)則角膜
這一特殊眼鏡,，意在解決特殊人群的視力障礙——圓錐角膜是一種以高度不規(guī)則近視散光和不同視力損害為特點(diǎn)的原發(fā)性角膜變性疾病,，該病在人群中的發(fā)病率為1:2000，疾病一般開(kāi)始于青春期,，發(fā)病原因目前仍不明確,。這一疾病帶來(lái)的嚴(yán)重高階像差，會(huì)讓普通眼鏡失去效果,，角膜外傷,、角膜炎、角膜移植等患者均可能發(fā)展出高階像差,，這一群體人數(shù)近百萬(wàn),。

“普通的角膜表面光滑凸起，而他們的角膜坑坑洼洼,，出現(xiàn)了很多不規(guī)則的凹陷,。”在同仁醫(yī)院,，宋紅欣在紙上畫(huà)出了嚴(yán)重高階像差的角膜形狀——一段弧形曲線,，中央部分呈現(xiàn)出了波浪狀的線條，像是原本光滑的溫泉蛋一側(cè)被挖出了光滑的小鋸齒,。

視力正常的情況下,，外界的光線穿過(guò)角膜，在人類的視網(wǎng)膜上成像,，形成準(zhǔn)確的畫(huà)面信號(hào),。普通的近視人群因晶狀體變形，光線聚集在視網(wǎng)膜前,，需要通過(guò)眼鏡進(jìn)行調(diào)整,，將成像點(diǎn)后移，保持視力清晰。而一旦出現(xiàn)嚴(yán)重高階像差,，意味著光線在通過(guò)坑洼的角膜時(shí),，從各個(gè)不同角度被折射、在晶狀體中形成了混亂光軌,，哪怕架上一副鏡片,，也無(wú)法改變其在眼球內(nèi)的失序。這也是為什么普通眼鏡無(wú)法拯救其視力的原因,。

如果3D打印的自由曲面眼鏡成為現(xiàn)實(shí),，鏡片就可以與角膜“同調(diào)”，通過(guò)調(diào)整不同的光線折射方向,，讓其在眼內(nèi)有序成像,。宋紅欣表示，傳統(tǒng)制鏡工藝未必不能做到這一點(diǎn),，但在個(gè)性化需求面前市場(chǎng)化變得不現(xiàn)實(shí),。每位患者角膜形狀不同，鏡片的曲面也不同,，意味著每一片鏡片都要單獨(dú)模型,、單獨(dú)流水線制作，產(chǎn)品將是天價(jià),。3D打印的優(yōu)勢(shì),，正在無(wú)需額外成本就能實(shí)現(xiàn)精細(xì)制作。

3D打印已涉足多個(gè)醫(yī)療領(lǐng)域
3D打印的優(yōu)勢(shì)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域被認(rèn)為有廣泛前景,。早在9年前,，我國(guó)就有醫(yī)療機(jī)構(gòu)嘗試涉足這一領(lǐng)域。2009年10月,，北醫(yī)三院骨科的兩位專家在出國(guó)學(xué)術(shù)交流中見(jiàn)到了3D打印設(shè)備,，意識(shí)到這種打印材料或能解決人工關(guān)節(jié)一直以來(lái)存在的問(wèn)題。

其中一位骨科專家蔡宏解釋,，人體骨骼結(jié)構(gòu)天然存在很多孔隙,，如果金屬表面能仿照其擁有微小且完全連通的孔隙，人的骨頭就能長(zhǎng)入孔隙中,，讓植入物更牢固,。但傳統(tǒng)人工關(guān)節(jié)通過(guò)模具鑄造生產(chǎn)，很難在金屬表面再實(shí)現(xiàn)一層精確的微小孔隙涂層,。相比之下,，3D打印是電腦建模，通過(guò)粉末冶金方式制造,，能更靈活地設(shè)計(jì)生產(chǎn)帶精密孔隙結(jié)構(gòu)的人工關(guān)節(jié),。

那年起,，北醫(yī)三院著手進(jìn)行脊柱外科的3D打印植入物研究。2015年7月,，該院研發(fā)出的我國(guó)首個(gè)3D打印人體植入物獲CFDA注冊(cè)批準(zhǔn),，讓3D打印髖關(guān)節(jié)進(jìn)入“量產(chǎn)”時(shí)代。次年,，3D打印椎體假體,、椎間融合器獲得CFDA注冊(cè)批準(zhǔn)，使我國(guó)在3D打印骨外科領(lǐng)域處于國(guó)際領(lǐng)先地位,。

這只是3D打印在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用案例之一,。去年9月,，北京大學(xué)口腔醫(yī)院牽頭的重點(diǎn)項(xiàng)目3D打印種植牙完成動(dòng)物實(shí)驗(yàn),，進(jìn)入臨床試驗(yàn)階段。該技術(shù)一旦廣泛應(yīng)用,，將省去用骨材料填補(bǔ)骨與植入體之間的空隙這一步驟,，降低手術(shù)難度，讓更多患者能夠受益,。

在國(guó)外,，研究人員開(kāi)發(fā)出了可以隨著兒童的成長(zhǎng)而自我調(diào)節(jié)的3D打印心臟支架，避免了在成長(zhǎng)過(guò)程中需要二次手術(shù)更換植入物的需要,。對(duì)人造心臟等人體器官的3D打印研究,，也一直備受關(guān)注。

技術(shù)難題和成果轉(zhuǎn)化問(wèn)題待解
前景光明,，道路坎坷,。3D打印在臨床上的落地仍面臨不少技術(shù)難題。從堅(jiān)硬的骨骼到柔軟復(fù)雜的人體內(nèi)臟,，人們希望3D打印能帶來(lái)更多治療突破,，然而，現(xiàn)有的3D打印心臟售價(jià)昂貴,，只能跳動(dòng)半個(gè)小時(shí),，3D打印韌帶、肌腱,、軟骨組織等仍停留在形似階段,，功能性還無(wú)法實(shí)現(xiàn)。

在光學(xué)領(lǐng)域,，3D打印面臨的是一片處女地,。“3D打印的核心之一在于材料,，我們現(xiàn)在仍在尋找合適的光學(xué)材料,�,！彼渭t欣介紹，他們已經(jīng)初步實(shí)現(xiàn)了自由曲面鏡片的高精度制造,，加工成本較傳統(tǒng)方法降低10倍以上,。但由于經(jīng)驗(yàn)不足，材料上的難點(diǎn)仍待突破,，他們現(xiàn)在使用的光敏材料在固化中會(huì)發(fā)生形變,，影響折射效果。

此外,，他期待在成果轉(zhuǎn)化過(guò)程中,，能獲得更多法律、市場(chǎng)等專業(yè)領(lǐng)域的支持,。近年來(lái),，科技成果轉(zhuǎn)化日益受到重視。2016年4月,，國(guó)務(wù)院發(fā)布《關(guān)于印發(fā)促進(jìn)科技成果轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化行動(dòng)方案》,；同年9月，原國(guó)家衛(wèi)生計(jì)生委公布《關(guān)于加強(qiáng)衛(wèi)生與健康科技成果轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化工作的指導(dǎo)意見(jiàn)》,，提出科技成果轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化是衛(wèi)生與健康科技創(chuàng)新的重要內(nèi)容,，對(duì)推進(jìn)“健康中國(guó)”建設(shè)具有重要意義。

宋紅欣希望,，將來(lái)我國(guó)也能建立相關(guān)成果轉(zhuǎn)化機(jī)制,，讓金融、法律等專業(yè)人士加入,，以提高醫(yī)療創(chuàng)新成果轉(zhuǎn)化效率,，降低產(chǎn)業(yè)化風(fēng)險(xiǎn)。

來(lái)源：新京報(bào)