3D打印在臨床醫(yī)學生物科技上的應(yīng)用空間

3D 打印技術(shù)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(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(shù)在該院的應(yīng)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(shè)計​​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)計算機輔助設(shè)計（CAD）模型逐層完成實體模型的制造技術(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,、外傷和腫瘤使他們遭受生理和心理雙重折磨,。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(xiàn)，醫(yī)生在手術(shù)前就能對瘤體分布了如指掌,，手術(shù)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(jié)合”：CT掃描獲取患者影像數(shù)據(jù),，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(shè)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(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)計的植入體,，顱骨修復如初。
　　另一個小伙子患右側(cè)半面短小癥,，3D打印翻制的植入體“撐開”了短小一側(cè)的臉頰,，術(shù)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(shù)字化輪廓整形手術(shù)設(shè)計的模型，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(shù),。3D打印模型為牽引手術(shù)實現(xiàn)了精確設(shè)計，令他恢復如正常人一般,，同患此病的媽媽也來做了手術(shù),。
　　“被上帝吻過的孩子”先天性唇?裂，醫(yī)生從孩子出生后就設(shè)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(shù)效果更上一層樓,。
　　為外科手術(shù)精確導航
　　記者在九院聽到許多關(guān)于3D打印技術(shù)應(yīng)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(yīng)用價值的顏面缺損數(shù)字化贗復診療系統(tǒng)，在3D打印技術(shù)的幫助下,，大大提高了顏面缺損修復效率與精確性,。目前,，該技術(shù)已在國內(nèi)能夠進行顏面缺損贗復診療的9家3甲醫(yī)院臨床應(yīng)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(shù)字模型后進行配準融合操作,，得到設(shè)計模型,，再從數(shù)據(jù)庫中選出合適的鼻外形數(shù)據(jù)，患者認可后作為設(shè)計依據(jù),。經(jīng)一系列復雜設(shè)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(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個小時�,，F(xiàn)在3D打印先“拷貝”好健耳模型，手術(shù)中軟骨雕塑有“實物”參照,，不僅全耳再造手術(shù)縮短至2小時,，“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)域難度很高的一項手術(shù),，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(shù)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(shù)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(shù)設(shè)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(nèi),。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(jù)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(wù),，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(shè)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(chǎn)生光聚合反應(yīng),，從而形成一個個薄層截面，最終形成立體模型,。
　　在醫(yī)學應(yīng)用中,，光固化成型主要用于制作手術(shù)導板。手術(shù)中,，醫(yī)生切開皮膚,、肌肉，暴露手術(shù)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(shù)導板,，手術(shù)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(shù)就像是“躲在醫(yī)生身后的手術(shù)助手”，如果將來打印出的模型能直接用于病人體內(nèi),，那必將帶來醫(yī)療界的“革命”,。

　　前幾代3D打印只能打印紙質(zhì)、塑料模型,，打印時間長,，打印成本高，打印過程中還會產(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(shù)助手”。眼見為實的模型可以幫助醫(yī)生設(shè)計高難手術(shù),，進行術(shù)前模擬,，術(shù)中導航，在一些視野受限的手術(shù)中,，能快速找到患處,，精準放入植入體，將手術(shù)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(shù)前的常規(guī)操作,，降低了高難手術(shù)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(shù)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(guān)乎患者容顏的頭面部修復手術(shù)和美容手術(shù),，這樣的溝通尤其重要，經(jīng)患者認可的3D打印翻制的植入體設(shè)計讓患者對術(shù)后效果有了直觀的預期,，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(shù)難度降低,，手術(shù)導航保駕,，使他們經(jīng)過兩三年培養(yǎng)，就能獨立完成手術(shù),。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(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，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(jù)悉,，醫(yī)生們翹首以盼的第四代3D打印機已實現(xiàn)技術(shù)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(shù)路徑,，有的設(shè)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(shè)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(yīng)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(xiàn)實，生命也將重現(xiàn)生機,。