從近日召開(kāi)的第八屆上海國(guó)際骨科前沿技術(shù)與臨床轉(zhuǎn)化學(xué)術(shù)會(huì)議上獲悉，第九人民醫(yī)院骨科使用3D打印鈦合金假體,，為一位44歲男性患者成功實(shí)施骨盆軟骨肉瘤切除后骨盆重建手術(shù),。這一真正意義上的3D打印骨盆假體重建手術(shù)的成功,，標(biāo)志著3D打印技術(shù)在骨科臨床應(yīng)用領(lǐng)域取得又一突破,。
從非金屬材料到金屬制造，從高高在上的航空航天到觸手可及的百姓生活,，3D打印技術(shù)正在進(jìn)入快車道,。對(duì)此，本報(bào)特別采訪了我國(guó)最早接觸這項(xiàng)技術(shù)的專家之一,、中國(guó)工程院院士,、第九人民醫(yī)院終身教授戴尅戎，請(qǐng)他帶我們對(duì)3D打印技術(shù)“管中窺豹”,。
3D打?。憾S想象變成立體
戴尅戎院士介紹，3D打印技術(shù),，即快速原型技術(shù),，就是把二維圖像變成立體實(shí)物，這是上世紀(jì)80年代發(fā)展起來(lái)的一門新興技術(shù)：在計(jì)算機(jī)協(xié)助下,，根據(jù)物體的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）技術(shù)和CT等數(shù)據(jù),，通過(guò)材料精確堆積制造出原型。
他認(rèn)為,，醫(yī)學(xué)離不開(kāi)3D打印技術(shù),，因?yàn)閭€(gè)體化是現(xiàn)代醫(yī)學(xué)發(fā)展趨勢(shì)，比如國(guó)際上每年要做100多萬(wàn)個(gè)人工關(guān)節(jié),，但各部位的人工關(guān)節(jié)一般只有5種型號(hào),，不能讓病人“削足適履”，必須追求“量身定制”——CT對(duì)人體進(jìn)行斷層掃描,，量準(zhǔn)骨頭外部輪廓和內(nèi)部結(jié)構(gòu)的尺寸,，然后在計(jì)算機(jī)里進(jìn)行三維重建，即形成虛擬的立體圖像,，而3D技術(shù)可將電腦里呈現(xiàn)的虛擬部位打印出來(lái),，變成實(shí)體。
此外,，還可以在3D打印的模型上進(jìn)行假體的模擬安裝,，不斷修改到符合病人的需要，這大大提高療效與安全性,。戴尅戎院士舉了一個(gè)例子——
一個(gè)19歲女孩因多發(fā)性脂肪瘤,，左腿從腳趾到髖關(guān)節(jié)處發(fā)育畸形，整條腿像麻花,，需修正多處畸形,，進(jìn)行接骨板固定，并植入特殊的人工關(guān)節(jié)。戴尅戎院士帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)利用3D打印技術(shù),，打印出女孩畸形的下肢骨骼和關(guān)節(jié),。從模型上看到，畸形主要集中于膝關(guān)節(jié)處,，他們一次次在模型上進(jìn)行模擬手術(shù),，最后成功在女孩的關(guān)節(jié)處安裝人工關(guān)節(jié)和制約裝置，借助機(jī)械結(jié)構(gòu)不讓關(guān)節(jié)松動(dòng),，同時(shí)為她的大腿和小腿進(jìn)行截骨矯正與腫瘤切除,。經(jīng)康復(fù)治療，女孩終于可以脫拐走路,。
戴尅戎院士說(shuō),，3D打印技術(shù)已推廣到膝、肩,、踝,、肘、腕,、骨盆等各個(gè)部位,，可對(duì)四肢所有關(guān)節(jié)、骨頭進(jìn)行定制,。他們已為數(shù)百位病人制作出個(gè)體化的骨關(guān)節(jié)修復(fù)假體,。除了骨科，3D打印技術(shù)還幫助整復(fù)外科,、口腔科,、眼科醫(yī)生制作塑料模型或假體，用于為患者修復(fù)顱骨,、修整下巴,、重塑顴骨、眼眶等,。
戴尅戎院士認(rèn)為,，3D打印技術(shù)還有一個(gè)“附加作用”，就是有助于醫(yī)患溝通,。通過(guò)3D打印模型,，醫(yī)生可以透明而詳細(xì)地向病人和家屬介紹病情與治療方案，讓對(duì)方更容易理解,。
金屬打?。簭哪Ｐ偷街苯又踩?/strong>
前幾代3D打印機(jī)都只能打印紙質(zhì)或塑料模型，經(jīng)過(guò)20多年發(fā)展,，如今新一代3D打印機(jī)能按設(shè)計(jì)直接打印出金屬或陶瓷制品,，直接植入人體,。
今年4月10日，在第九人民醫(yī)院骨科手術(shù)室,，由戴尅戎院士和郝永強(qiáng)教授領(lǐng)銜的骨腫瘤團(tuán)隊(duì)使用3D打印鈦合金假體,，為一位44歲男性患者成功實(shí)施骨盆軟骨肉瘤切除后假體重建手術(shù)?；颊咝g(shù)后3天即能進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練和下地，術(shù)后2周已能扶拐行走,。這是真正意義上的3D打印骨盆假體重建手術(shù),。
戴尅戎院士說(shuō)，此次,，他們同時(shí)應(yīng)用了快速原型模型制造和直接金屬打印半骨盆假體的雙重技術(shù),。那么，金屬打印是怎樣進(jìn)行的呢,？
“3D打印機(jī)發(fā)射出溫度極高的電子束或激光,，迅速融化金屬粉，一點(diǎn)一點(diǎn),、一層一層完成金屬小顆粒的堆疊和熔合,，金屬微小的粉末在需要連接的地方熔解、冷卻,、連接,，這對(duì)3D打印機(jī)的要求更高，因?yàn)樗皇菬G,，而是必須精確對(duì)一部分粉末進(jìn)行加溫,。”戴尅戎院士說(shuō),，“打印出來(lái)的部件,，還要拋光、清洗,、消毒,。”
該院擁有的這臺(tái)金屬3打印機(jī)價(jià)值近600萬(wàn),，可使用骨科最常用的3種材料打印,，即鈦合金、鈷鉻鉬合金和不銹鋼,，一般而言,，前兩種材料就能滿足骨科大部分醫(yī)療需要?！澳壳拔覀兊拇蛴≡O(shè)備與材料都是進(jìn)口的,，費(fèi)用昂貴。”戴尅戎院士表示,，我國(guó)要發(fā)展3D打印技術(shù),，就要鼓勵(lì)發(fā)展擁有自主產(chǎn)權(quán)的3D打印機(jī)，加強(qiáng)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)人才的培養(yǎng),，并在政策上支持這項(xiàng)新技術(shù),，同時(shí)嚴(yán)控質(zhì)量。
生物打?。何磥?lái)醫(yī)學(xué)重大變革
面對(duì)一日千里的科技進(jìn)步,，戴尅戎院士認(rèn)為，結(jié)合了組織工程技術(shù)的生物打印是3D打印技術(shù)的未來(lái)方向,。
在醫(yī)療領(lǐng)域,，科學(xué)家們已能用3D打印機(jī)制造出人造耳朵和人造腎臟。戴尅戎院士表示,，目前打印出來(lái)的人體結(jié)構(gòu)或組織,，雖然具備外形或擁有部分力學(xué)性能的特點(diǎn)，但并不具備新陳代謝,、造血,、造尿等器官功能。3D技術(shù)的關(guān)鍵在于材料,，因?yàn)槿说慕M織不同,，當(dāng)各種細(xì)胞賴以生存附著的材料都能被打印時(shí)，才能滿足不同需求,，而這有賴于生物材料,、干細(xì)胞、組織培養(yǎng)等多學(xué)科的合作與突破,。
他帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)正在進(jìn)行這方面的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)：先用生物材料打出“骨架”,，再在它上面進(jìn)行干細(xì)胞培養(yǎng)，誘導(dǎo)形成有生理功能的組織結(jié)構(gòu),。他形象地比喻：“人體的組織工程包括支架,、細(xì)胞、生長(zhǎng)因子三要素,，我們考慮能否在做支架時(shí)逐層‘灑’上細(xì)胞和生長(zhǎng)因子,？就像攤蔥油餅：一層面粉一層蔥，一層面粉一層豬油,，一層面粉一層芝麻……生物打印,，就是用‘死’的材料，加上‘活’的細(xì)胞和生長(zhǎng)因子,?！?/p>
戴尅戎院士表示,，生物打印將給醫(yī)學(xué)帶來(lái)重大的變革，未來(lái)可能成為普遍的醫(yī)療模式,。比如,，通過(guò)3D打印制造器官，就能解除移植器官資源緊缺的難題,。今后,，大多數(shù)醫(yī)院可能會(huì)配備3D打印機(jī)，制造各種可拯救病人生命的特定裝置,。
醫(yī)工結(jié)合：醫(yī)學(xué)發(fā)展必經(jīng)之路
戴尅戎院士說(shuō),，3D打印是第三次工業(yè)革命的標(biāo)志之一。第三次工業(yè)革命是一場(chǎng)數(shù)字化革命,，包括計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和數(shù)字化制造技術(shù)等,。
3D打印技術(shù)最早被用于航空航天,，英國(guó)南安普頓大學(xué)制造了世界上第一架3D飛機(jī)，如今在民用,、汽車,、醫(yī)療等領(lǐng)域都得到廣泛應(yīng)用。2012年4月,，《時(shí)代》雜志將3D打印技術(shù)列入本世紀(jì)十大最快發(fā)展的技術(shù)之一,。
“從上世紀(jì)80年代開(kāi)始，我們就對(duì)3D打印技術(shù)進(jìn)行研究,，醫(yī)生與工程師進(jìn)行那么多年的磨合,，才能到現(xiàn)在出一點(diǎn)成績(jī)。醫(yī)工結(jié)合,，是醫(yī)學(xué)發(fā)展的必經(jīng)之路,。”戴尅戎院士介紹,，該院已成立3D打印技術(shù)臨床轉(zhuǎn)化研發(fā)中心,，在浦江鎮(zhèn)與當(dāng)?shù)氐募庸S合作?！斑@是一塊試驗(yàn)田,，我們鼓勵(lì)醫(yī)院所有科室的醫(yī)生都到我們的實(shí)驗(yàn)室里來(lái)嘗試3D打印。醫(yī)院負(fù)責(zé)研發(fā)產(chǎn)品,，上海交大的工程學(xué)老師進(jìn)行計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì),，而工廠進(jìn)行配套加工和申辦生產(chǎn)許可證，使產(chǎn)品可以合法生產(chǎn),、使用,，從而形成產(chǎn)業(yè)鏈,，最終讓患者受益?！彼f(shuō),，“在高端3D打印設(shè)備的國(guó)產(chǎn)化方面，上海最有條件取得突破,，應(yīng)盡早整合力量,。希望政府統(tǒng)籌規(guī)劃，比如建立3D打印研究中心,，讓各個(gè)領(lǐng)域都開(kāi)發(fā)3D打印產(chǎn)品——以后,，只要有一臺(tái)電腦、一臺(tái)3D打印機(jī),，加上一個(gè)聰明的頭腦,，就能把創(chuàng)意全部‘打印’出來(lái)?！?/p>
