3D打印在臨床醫(yī)學生物科技上的應用空間

3D 打印技術正開始走入我們的生活,。從用白色樹脂制作快速模型，到用混合材料打印出各色可以直接使用的物品,，3D打印技術即將讓我們的生產生活方式發(fā)生巨大改變,。在一些醫(yī)院中，3D打印已經造福于患者,，讓他們的手術更加簡便和成功,。
　　3D打印，如何打出無限生機,？請看記者從上海發(fā)回的報道,。
　　打出你的個性模型
　　記者來到上海交通大學醫(yī)學院附屬第九人民醫(yī)院，采訪3D打印技術在該院的應用,。3D打印機不是打印文字,、圖片的“二維”打印機模樣，而是一個單門冰箱一樣的“柜子”,，記者透過“柜門”上的玻璃觀察窗,，看到打印頭正在來回運動,，不斷噴出一條細細的塑料絲，不一會兒,，就露出了模型上一道清晰的白邊,。
　　整復外科的俞哲元醫(yī)生簡單介紹過這臺3D打印機后又加了一句：“像這樣的3D打印機可能很快就會被淘汰�,！庇浾吡私獾�,，平時，九院整復外科,、骨科,、口腔科、眼科的醫(yī)生都用這樣的3D打印機打印模型,，幫助患者修復顱骨缺損,、修整下巴、墊高鼻子,、重塑顴骨和設計​​各種頭面部手術操作。
　　3D打印技術又叫快速成型技術,，指根據計算機輔助設計（CAD）模型逐層完成實體模型的制造技術,。俞哲元向記者展示了一組“快速成型技術在整​​形外科的臨床應用”的圖片，記者在這里看到許多不幸的面孔,，先天畸形,、外傷和腫瘤使他們遭受生理和心理雙重折磨。3D打印技術的臨床應用,，給他們帶來了過上普通人生活的希望,。
　　俞哲元不時拿來一些以前3D打印的白色塑料模型，都是人臉部,、頭部需要整復的“零部件”,。他說，這樣的個性化三維模型優(yōu)勢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，醫(yī)生在手術前就能對瘤體分布了如指掌,，手術中模型還起到了導航作用,。
　　整復外科的不少病人都需要植入個性化假體，3D打印能讓不規(guī)則的植入體制作得嚴絲合縫,，俞哲元將這一過程稱為“虛擬制造與實體制造的結合”：CT掃描獲取患者影像數據,，計算機輔助三維影像重建，量化評估臨床需求分析,，計算機輔助三維植入體設計,，快速成型輸出,，植入體模塊實體驗證，EH復合人工骨翻模成型,，最后應用于臨床手術,。
　　記者還看到一組3D打印翻制的植入體設計臨床應用照片：
　　小伙子車禍后左側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打印設計的植入體,，顱骨修復如初。
　　另一個小伙子患右側半面短小癥,，3D打印翻制的植入體“撐開”了短小一側的臉頰,，術后6個月，他成了帥小伙,。
　　俞哲元拿來一些白色“小零碎”,，有為數字化輪廓整形手術設計的模型，也有手術后從患者臉部取下的真人骨頭碎片,。
　　女孩下頜角肥大,，要做口內切口下頜角整形術，術前她看了模擬圖,，切下的骨頭與設計的模型一樣,，她開心極了。
　　一個男孩雙眼瞪得像銅鈴一樣大,，需要做面中部牽引手術,。3D打印模型為牽引手術實現了精確設計，令他恢復如正常人一般,，同患此病的媽媽也來做了手術,。
　　“被上帝吻過的孩子”先天性唇?裂，醫(yī)生從孩子出生后就設計制作了塑料導引板,，讓孩子每周換一個,，3個月后豁口變小，手術效果更上一層樓,。
　　為外科手術精確導航
　　記者在九院聽到許多關于3D打印技術應用的故事,。
　　口腔修復科博士后顧曉宇所在的團隊開發(fā)出了一套高度集成的具有臨床應用價值的顏面缺損數字化贗復診療系統(tǒng)，在3D打印技術的幫助下,，大大提高了顏面缺損修復效率與精確性,。目前，該技術已在國內能夠進行顏面缺損贗復診療的9家3甲醫(yī)院臨床應用,，取得了良好的社會效益,。
　　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,，獲得三維數字模型后進行配準融合操作,，得到設計模型,，再從數據庫中選出合適的鼻外形數據，患者認可后作為設計依據,。經一系列復雜設計,，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,，以往要在手術室忙6個小時�,，F在3D打印先“拷貝”好健耳模型，手術中軟骨雕塑有“實物”參照,，不僅全耳再造手術縮短至2小時,，“新耳”和另一側健耳還如出一轍。
　　骨盆腫瘤手術是骨科領域難度很高的一項手術,，要求速度快,、下刀準，切除干凈,，骨盆切割線的位置要求十分精準。醫(yī)生會在術前用3D打印出一個患者的模型骨盆,，骨盆上的拼接縫清晰可辨,，那是醫(yī)生手術下刀的切割線。中國工程院院士,、九院骨科教授戴?戎說：“3D打印的骨盆原型帶給醫(yī)生充分的手術設計輔助,。”
　　一個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,。上海交通大學機械學院3D打印了兩個白色頭骨模型，眼科醫(yī)生比照左眼眶垮塌的模型對斷骨截骨,、復位和固定,，又比照完好的模型截取、彎曲和安裝鈦板,。5天后,，小伙子康復出院。
　　有了3D打印,，患者需要的個性化“零部件”都能定制了,。據了解,，從2004年就開始研究和使用3D打印機的上海交通大學目前用得最多的是第三代激光快速成型機，打印材料是PSB塑料,，能夠為上海大部分三甲醫(yī)院和山東,、廣東、江蘇,、浙江等地的一些醫(yī)院服務,，每年有600多位患者受益。
　　記者同時了解到,，除了PSB塑料的激光快速成型機外,，第三代打印機里，還有一種工藝精度更高的液態(tài)光敏樹脂固化快速原型機,，以光敏樹脂為原料,，在計算機控制下的紫外光、激光按預定設計的軌跡對液態(tài)樹脂逐點掃描,，使被掃描區(qū)的樹脂薄層產生光聚合反應,，從而形成一個個薄層截面，最終形成立體模型,。
　　在醫(yī)學應用中,，光固化成型主要用于制作手術導板。手術中,，醫(yī)生切開皮膚,、肌肉，暴露手術部位后,，如果依然無法對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)域就是手術導板,，手術刀沿直線接縫游走,，切下導板的同時，也精確切除了患處,。

未來具有無限可能

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

　　前幾代3D打印只能打印紙質,、塑料模型，打印時間長,，打印成本高,，打印過程中還會產生污染，不夠環(huán)保,，這就是俞哲元所指出的,，這樣的3D打印機會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“手術助手”,。眼見為實的模型可以幫助醫(yī)生設計高難手術，進行術前模擬,，術中導航,，在一些視野受限的手術中，能快速找到患處,，精準放入植入體,，將手術風險降至最低。這樣的3D打印在上海多家醫(yī)院已成為高難手術前的常規(guī)操作,，降低了高難手術的難度和風險,。

　　此外，與患者的溝通變得很直觀,，患者目前狀況,、手術會怎樣進行、達到什么效果,，都能讓患者知曉，并給予很好配合,。特別是關乎患者容顏的頭面部修復手術和美容手術,，這樣的溝通尤其重要，經患者認可的3D打印翻制的植入體設計讓患者對術后效果有了直觀的預期,，往往在手術完成后他們的滿意度更高,，而醫(yī)生也減少了對潛在醫(yī)患糾紛的擔憂。



　　3D打印還為年輕醫(yī)生壯了膽,，手術難度降低,，手術導航保駕，使他們經過兩三年培養(yǎng),，就能獨立完成手術,。更重要的是,，3D打印還帶來了學科交叉、人才培養(yǎng),、配套服務等環(huán)節(jié)的變化,，伴隨數據處理、加工,、新材料研發(fā)等領域的推進,，抓緊培養(yǎng)醫(yī)科、工科復合型的年輕醫(yī)生,，已成為九院等許多大醫(yī)院的共識,。



　　據悉，醫(yī)生們翹首以盼的第四代3D打印機已實現技術突破,，打印頭能發(fā)射溫度極高,、焦點集中的電子束，迅速 ​​融化鈦合金粉,，一點一點完成金屬的“堆疊”,，最終打印出所需的物件。上海交通大學正計劃從瑞士引進第四代3D打印機,，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打印機的“墨盒”里裝的是塑料，就能打印出一個塑料制品,，如果裝上細胞,，就能“打印”出一個器官——盡管這還有待于生物材料、干細胞,、組織工程等多學科的科技突破,，但這樣的前景令人鼓舞。

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

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

　　這是一個寄托了美好希望的訛傳，或許未來某一天,，希望真能變成現實,，生命也將重現生機。