聚焦3D打印眼鏡：可根據(jù)個體角膜形狀“量身定制”

根據(jù)個體角膜形狀“量身定制”,，呈現(xiàn)不規(guī)則鏡面形狀,；3D打印已應用于多個醫(yī)療領域角膜“變形”患者未來可能戴上3D打印的定制眼鏡,。據(jù)悉,，北京同仁醫(yī)院視光中心副主任宋紅欣博士正嘗試利用3D打印技術制作“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)每個人的角膜形狀，做到精準折射光線,、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NASA自適應光學系統(tǒng),。星星會“眨眼”是常見的光學現(xiàn)象。由于大氣湍流不斷變化,，星星發(fā)出的光芒在穿過大氣層時受到影響會時隱時現(xiàn),，影響天文觀測。為抹平“噪點”,，NASA將自適應光學系統(tǒng)用于天文望遠鏡——由可自由活動的多個小鏡片組成一塊大的變形鏡,，變形鏡接收到系統(tǒng)發(fā)送的像差信號后會自行調(diào)整鏡面、矯正像差,，讓星星不“眨眼”,。

3D打印眼鏡，相當于一個縮小的“變形鏡”,。其設計圖來源于每名患者各自的角膜形狀,，打印機根據(jù)“地圖”，通過噴射液體的方式,，一層層地將完全吻合個體角膜形狀的鏡片打印出來,。目前，宋紅欣博士已初步實現(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,，疾病一般開始于青春期,，發(fā)病原因目前仍不明確。這一疾病帶來的嚴重高階像差,，會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。

“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�,！痹谕�仁醫(yī)院,，宋紅欣在紙上畫出了嚴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,，外界的光線穿過角膜，在人類的視網(wǎng)膜上成像,，形成準確的畫面信號,。普通的近視人群因晶狀體變形，光線聚集在視網(wǎng)膜前,，需要通過眼鏡進行調(diào)整,，將成像點后移，保持視力清晰,。而一旦出現(xiàn)嚴重高階像差,，意味著光線在通過坑洼的角膜時，從各個不同角度被折射,、在晶狀體中形成了混亂光軌,，哪怕架上一副鏡片，也無法改變其在眼球內(nèi)的失序,。這也是為什么普通眼鏡無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,，鏡片就可以與角膜“同調(diào)”,，通過調(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，但在個性化需求面前市場化變得不現(xiàn)實,。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模型,、單獨流水線制作,，產(chǎn)品將是天價。3D打印的優(yōu)勢,，正在無需額外成本就能實現(xiàn)精細制作,。

3D打印已涉足多個醫(yī)療領域
3D打印的優(yōu)勢在醫(yī)學領域被認為有廣泛前景。早在9年前,，我國就有醫(yī)療機構(gòu)嘗試涉足這一領域,。2009年10月，北醫(yī)三院骨科的兩位專家在出國學術交流中見到了3D打印設備,，意識到這種打印材料或能解決人工關節(jié)一直以來存在的問題,。

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,，人的骨頭就能長入孔隙中,，讓植入物更牢固。但傳統(tǒng)人工關節(jié)通過模具鑄造生產(chǎn),，很難在金屬表面再實現(xiàn)一層精確的微小孔隙涂層,。相比之下，3D打印是電腦建模,，通過粉末冶金方式制造,，能更靈活地設計生產(chǎn)帶精密孔隙結(jié)構(gòu)的人工關節(jié)。

那年起,，北醫(yī)三院著手進行脊柱外科的3D打印植入物研究,。2015年7月，該院研發(fā)出的我國首個3D打印人體植入物獲CFDA注冊批準,，讓3D打印髖關節(jié)進入“量產(chǎn)”時代,。次年，3D打印椎體假體,、椎間融合器獲得CFDA注冊批準,，使我國在3D打印骨外科領域處于國際領先地位。

去年9月,，北京大學口腔醫(yī)院牽頭的重點項目3D打印種植牙完成動物實驗,，進入臨床試驗階段。該技術一旦廣泛應用,，將省去用骨材料填補骨與植入體之間的空隙這一步驟,，降低手術難度，讓更多患者能夠受益,。在國外,，研究人員開發(fā)出了可以隨著兒童的成長而自我調(diào)節(jié)的3D打印心臟支架，避免了在成長過程中需要二次手術更換植入物的需要,。對人造心臟等人體器官的3D打印研究,，也一直備受關注。

技術難題和成果轉(zhuǎn)化問題待解
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難題。從堅硬的骨骼到柔軟復雜的人體內(nèi)臟,，人們希望3D打印能帶來更多治療突破,，然而，現(xiàn)有的3D打印心臟售價昂貴，只能跳動半個小時,，3D打印韌帶,、肌腱、軟骨組織等仍停留在形似階段,，功能性還無法實現(xiàn),。在光學領域，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材料�,！彼渭t欣介紹,，他們已經(jīng)初步實現(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)驗不足,，材料上的難點仍待突破，他們現(xiàn)在使用的光敏材料在固化中會發(fā)生形變,，影響折射效果,。此外，他期待在成果轉(zhuǎn)化過程中,，能獲得更多法律,、市場等專業(yè)領域的支持。

據(jù)了解,，近年來,，科技成果轉(zhuǎn)化日益受到重視。2016年4月,，國務院發(fā)布《關于印發(fā)促進科技成果轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化行動方案》,；同年9月,，原國家衛(wèi)生計生委公布《關于加強衛(wèi)生與健康科技成果轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化工作的指導意見》,，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，對推進“健康中國”建設具有重要意義,。

宋紅欣希望,，將來我國也能建立相關成果轉(zhuǎn)化機制，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)化風險,。

來源： 新京報