3D打印骨骼

《 光明日报 》（2013年07月21日 06版）

图为刘忠军教授展示打印出的骨骼。 孙玉良摄

只需在电脑上完成设计，再轻启按键，3D打印机就能打印出你想要的食物、玩具、古董、生物组织甚至是人的骨骼、器官……这种听上去只有好莱坞大片才可能出现的场景，如今已经离我们的生活越来越近。目前，北京大学第三医院正在研究运用3D打印技术治病救人，已有近40位患者用上了3D打印出的“骨骼”。

3D打印骨骼获批进入临床观察

“从2009年开始，北医三院骨科就开始开展3D打印骨骼技术的动物实验研究。”据这一研究的牵头人、北医三院骨科主任刘忠军介绍，实验结果非常乐观，骨长入情况非常好，在很短的时间内，就可以看到骨细胞已经长进到打印骨骼的孔隙里面。目前，该项技术已经通过动物实验，并于今年被正式批准进入临床观察阶段。

刘忠军说，经过四年的努力，他带领的团队已经在脊柱及关节外科领域研发出几十个3D打印脊柱外科植入物，其中颈椎椎间融合器、颈椎人工椎体及人工髋关节三个产品，已经进入临床观察阶段。

据了解，参加人体试验者主要是颈椎病患者和髋关节病患者，现在已经有近40位患者在签署知情同意后，植入了3D打印出来的骨骼。他们分别在北医三院接受了脊椎人工椎体植入、颈椎的椎间融合器植入和人工髋臼植入手术，并定期接受追踪检查。

几小时就能打印出一节“脊椎”

那么，骨骼是怎样被打印出来的呢？需要多长时间？针对种种公众关心的问题，刘忠军解释说，因为医院是采取与厂家合作研究的模式，所以目前北医三院内并没有3D打印机，这台机器在合作的公司里。骨骼打印流程主要包括：先将设计图形输入到计算机里面，然后将金属粉末注入机器、高温熔化、成型、凝固、冷却。例如医院如需要打印一节脊椎，就把设计图样传送给厂家，几个小时后可以拿到产品。

很多人还对3D打印机的样子很好奇。刘忠军坦言，其实，3D打印机的外形没什么特别，有点像一个冰箱；打印出的骨骼类似灰色曲奇饼干，上面布满孔隙，看上去也不太起眼。但就是这些不显山不露水的小东西，代表着骨科手术治疗即将跨入一个新时代。

与传统技术相比具有两大优势

据悉，与传统技术相比，3D打印的骨骼具有两大优势。

一是想做什么形状的骨骼都可以。刘忠军指出，人体骨骼中形状最怪异的要数寰枢椎，即颈椎第一节和第二节，根本没有正常的几何形状。寰枢椎位于颅颈交界区，是连接生命中枢的要塞，被视为“手术的禁区”，是脊柱骨科手术中风险最高的部位。如果医生要将患者这里的骨肿瘤切除，为了支撑和固定，就需用一个内植物来填充。传统的处理方法是在切除骨骼的部位放入一个钛网，然后从患者身体其他部位取出部分骨头填充进去，再用钢板和钢钉固定住，然后让它慢慢生长。但通过长期临床观察发现，这种填充方法植入骨骼与周边骨骼融合的时间很长，而且在生长的过程里面容易出现金属塌陷等问题。有了3D打印技术，医生就可以直接生产出同一形状、体积的内植物，填充到缺损部位里面，上下用螺钉固定，非常牢固。

二是打印出的植入物带有可供骨头长入的孔隙，它们像海绵一样可以将周边的骨头吸引进来，使真骨与假骨之间结成牢固的一体，有助于缩短患者的恢复期。

呼吁尽快设立快速审批通道

这样好的技术，是不是很快就能得到推广？患者很快就能用上？答案当然是否定的。

“作为人体内植入物，不管是国内还是国外，其要求都是非常严格的，一般要经过很多审批手续和大量医生的研究，找出科学依据，证实它们在人体内是无害的、可靠的，并且要比现有的治疗手段更好。”刘忠军表示，只有拿到这些证据，才有可能进入临床观察，只有临床观察证实我们原设计结果是确切的，才有可能成为正规的产品，为患者使用。但这个过程非常漫长，审批流程非常复杂。

为此，刘忠军呼吁，对于创新性产品，应设立快速审批通道，缩短审批周期，这样才能让它早一点进入市场，早一点让患者受益。（北京大学第三医院 仰东萍 姚永玲）

■延伸阅读

3D打印的昨天 今天 明天

3D打印技术是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。3D打印机则出现在上世纪90年代中期，即一种利用光固化和纸层叠等技术的快速成型装置。它与普通打印机工作原理基本相同，打印机内装有液体或粉末等“打印材料”，与电脑连接后，通过电脑控制把“打印材料”一层层叠加起来，最终把计算机上的蓝图变成实物。如今这一技术在多个领域得到应用，人们用它来制造服装、建筑模型、汽车、巧克力甜品等。

医疗行业在3D方面也有着广泛的应用前景。美国密歇根州有一个两个月大的婴儿，因患气管支气管软化，导致气管坍塌，氧气无法顺畅地进入肺部，随时面临窒息。手术前，只能依靠插入气管维持通气。在征得婴儿父母以及相关机构允许后，密歇根医学院利用3D打印机，根据患者胸部的CT影像，打印出了气管的形状以及一块夹板。然后将夹板放入患儿胸部，支撑起坍塌的气管，让气流畅通。手术后婴儿使用了21天的呼吸机便痊愈出院。如今一年过去了，夹板未出现任何异样。

这块3D打印的夹板制作只耗时一天，成本只有传统工艺的三分之一。它采用的聚乙内酯材料，也被用来制作手术缝合线。这块夹板大约会在3年后降解，但那时患者的呼吸道机能将完全成熟，可以脱离夹板。

这位婴儿很幸运，它是首批3D打印机应用临床的案例。这一医学成就发表在新英格兰医学杂志上。去年，首例利用3D打印的下颌移植手术在荷兰完成。

也许，3D打印最有前景的应用在于医疗行业。今后大多数医院可能会配备3D打印机，以制造可拯救病人性命的特定装置。把石膏模型送到工厂以定制医疗装置可能需要数月时间，而3D打印可在医院内完成制作，只需数小时即可完成。