【健康报】当3D打印遇到医学
作者:健康报   来自:健康报  时间:2017-5-8   文章点击率:  栏目点击率:

    ——《健康报》(2017年4月29日第04版

    北京大学第三医院骨科主任 刘忠军
  试想一下,你身上的某个器官或者组织出现了状况,你正担心能否找到稀缺的捐献器官,这时候,医院用3D生物打印机打印出一个全新的器官移植到你体内,就像换掉一个机器上的老旧零件一样简单……3D生物打印时代离我们越来越近。本期周末讲坛邀请相关领域的专家为大家揭开3D打印和4D打印的神秘面纱。
  3D打印技术是新兴的快速成型技术,是以数字化设计文件为基础,通过计算机设计,将材料逐层沉积或黏合打印出三维物体的成型技术。
  3D打印已越来越多地应用到医疗领域。比如,在粒子植入治疗中,通过预先对肿瘤进行CT扫描,将扫描图像传输到计算机计划系统,进行科学的针刺路径设计,可以精确地避开大血管、神经和人体重要组织器官,之后将设计软件传输到3D打印机指导打印出根据术前检查设计的引导模板,之后再利用模板引导针刺,大大提高了粒子植入治疗精度,大大缩短了手术治疗时间。
  增材制造,即我们俗称的“3D打印”技术问世已有20多年,但以金属材料进行3D打印的历史则不过10余年。最初由电子束熔融技术开创了用金属粉末进行“3D打印”(增材制造)的先河,随后,激光熔融很快成为金属3D打印的另一种主要技术。引人关注的是,在过去短短几年时间里,金属3D打印技术在医学领域,尤其在骨科专业的应用已经深受重视,迄今应用3D打印金属内植物进行骨科手术的成功案例不胜枚举,其创新潜力和应用前景更被业内普遍看好。中国骨科界似乎正在掀起一波3D打印技术临床应用的热潮。那么3D打印内植物在骨科领域的应用前途究竟如何呢?是会像某些当初的新技术,比如干细胞移植一样,从备受青睐到莫衷一是?还是会像不少同行所期待的那样,会给骨科手术带来颠覆性变革?要真正认识并客观评价金属3D打印技术在骨科领域的应用价值,一方面需要弄清楚3D打印内植物的特性及其在骨科手术中可能发挥的优势;另一方面,需要密切观察业已应用于临床的3D打印内植物的中、远期疗效。
  医生为患者量身打造内植物
  认真剖析一下3D打印技术的工艺特点就会发现,其在骨科领域的应用中具有至少3项不同于传统工艺的显著特质:1.可一次性打印出具有复杂形状和结构的内植物。2.内植物打印从输入数据、装填金属粉末至产品制作成型的整个过程可在相对较短时限内(十几个小时)完成。3.内植物可以被打印成类似于骨小梁的微孔结构,为植入部位相邻骨组织长入提供条件。上述前两项特质不仅使更适合于人类骨骼解剖形态及结构的内植物制作成为可能,而且为个体化定制骨科内植物的临床应用提供了十分便捷的条件。与前两项特质相比,第三项特质,即内植物微孔设计的意义或许更为重要,宿主相邻骨组织能够长入内植物的微孔,意味着宿主骨骼与内植物的直接融合,这是以往绝大多数内植物所不能实现的。
  身上哪些骨头可以3D打印
  从以上3D打印内植物的特质中不难发现,其应用于骨科具有得天独厚的优势,因为骨骼组织结构稳定,解剖形态的影像数据也易于获取,再加上骨科在过去几十年间采用金属器材固定和结构重建的技术已经相当成熟,3D打印技术不过是提供了另一种新的内植物制作工艺。在此种情形之下,3D打印技术最早被引入骨科领域也就不足为奇了。
  金属3D打印技术始于欧洲,瑞典Arcam公司最早研发出用钛合金粉末进行增材制造的电子束熔融技术。很自然地,本来就在医学领域充满创新活力的欧洲,也成为最早将3D打印金属内植物应用于骨科临床的地区,尤其在关节外科方面,髋关节臼杯产品于2007年即已上市,迄今已完成逾万例3D打印髋臼杯置换手术。
  值得庆幸的是,中国在3D打印内植物的骨科应用方面跟上了世界步伐,时至今日甚至在某些方面位居前列。2010年前后,几乎是在欧洲研发3D打印髋关节内植物的起步阶段,中国就有人开始了3D打印金属内植物的研发,不仅是髋关节产品,还有用于脊柱、肿瘤、创伤与关节外科的多种3D打印内植物,尤其个体定制化内植物都先后被应用于骨科临床,使中国成为在3D打印技术骨科应用方面最活跃的地区之一。2015年~2016年,国产3D打印髋关节臼杯、脊椎人工椎体及颈椎椎间融合器等3项产品分别上市,成为3D打印在骨科领域应用的中国标识。

    原文链接:http://szb.jkb.com.cn/jkbpaper/html/2017-04/29/content_182101.htm