3D打印技術(shù)正開(kāi)始走入我們的生活。從用白色樹(shù)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(jiǎn)便和成功。
3D打印,如何打出無(wú)限生機(jī)?請(qǐng)看本報(bào)記者從上海發(fā)回的報(bào)道。
打出你的個(gè)性模型
記者來(lái)到上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)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(jī)不是打印文字、圖片的“二維”打印機(jī)模樣,而是一個(gè)單門冰箱一樣的“柜子”,記者透過(guò)“柜門”上的玻璃觀察窗,看到打印頭正在來(lái)回運(yùn)動(dòng),不斷噴出一條細(xì)細(xì)的塑料絲,不一會(huì)兒,就露出了模型上一道清晰的白邊。
整復(fù)外科的俞哲元醫(yī)生簡(jiǎn)單介紹過(guò)這臺(tái)3D打印機(jī)后又加了一句:“像這樣的3D打印機(jī)可能很快就會(huì)被淘汰。”記者了解到,平時(shí),九院整復(fù)外科、骨科、口腔科、眼科的醫(yī)生都用這樣的3D打印機(jī)打印模型,幫助患者修復(fù)顱骨缺損、修整下巴、墊高鼻子、重塑顴骨和設(shè)計(jì)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(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)模型逐層完成實(shí)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?cè)馐苌砗托睦黼p重折磨。3D打印技術(shù)的臨床應(yīng)用,給他們帶來(lái)了過(guò)上普通人生活的希望。
俞哲元不時(shí)拿來(lái)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(fù)的“零部件”。他說(shuō),這樣的個(gè)性化三維模型優(yōu)勢(shì)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(duì)瘤體分布了如指掌,手術(shù)中模型還起到了導(dǎo)航作用。
整復(fù)外科的不少病人都需要植入個(gè)性化假體,3D打印能讓不規(guī)則的植入體制作得嚴(yán)絲合縫,俞哲元將這一過(guò)程稱為“虛擬制造與實(shí)體制造的結(jié)合”:CT掃描獲取患者影像數(shù)據(jù),計(jì)算機(jī)輔助三維影像重建,量化評(píng)估臨床需求分析,計(jì)算機(jī)輔助三維植入體設(shè)計(jì),快速成型輸出,植入體模塊實(shí)體驗(yàn)證,EH復(fù)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(jì)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(jì)的植入體,顱骨修復(fù)如初。
另一個(gè)小伙子患右側(cè)半面短小癥,3D打印翻制的植入體“撐開(kāi)”了短小一側(cè)的臉頰,術(shù)后6個(gè)月,他成了帥小伙。
俞哲元拿來(lái)一些白色“小零碎”,有為數(shù)字化輪廓整形手術(shù)設(shè)計(jì)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(jì)的模型一樣,她開(kāi)心極了。
一個(gè)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(shí)現(xiàn)了精確設(shè)計(jì),令他恢復(fù)如正常人一般,同患此病的媽媽也來(lái)做了手術(shù)。
“被上帝吻過(guò)的孩子”先天性唇腭裂,醫(yī)生從孩子出生后就設(shè)計(jì)制作了塑料導(dǎo)引板,讓孩子每周換一個(gè),3個(gè)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(dǎo)航
記者在九院聽(tīng)到許多關(guān)于3D打印技術(shù)應(yīng)用的故事。
口腔修復(fù)科博士后顧曉宇所在的團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)出了一套高度集成的具有臨床應(yīng)用價(jià)值的顏面缺損數(shù)字化贗復(fù)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(fù)效率與精確性。目前,該技術(shù)已在國(guó)內(nèi)能夠進(jìn)行顏面缺損贗復(fù)診療的9家3甲醫(yī)院臨床應(yīng)用,取得了良好的社會(huì)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(jìn)行配準(zhǔn)融合操作,得到設(shè)計(jì)模型,再?gòu)臄?shù)據(jù)庫(kù)中選出合適的鼻外形數(shù)據(jù),患者認(rèn)可后作為設(shè)計(jì)依據(jù)。經(jīng)一系列復(fù)雜設(shè)計(jì),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(gè)小時(shí)。現(xiàn)在3D打印先“拷貝”好健耳模型,手術(shù)中軟骨雕塑有“實(shí)物”參照,不僅全耳再造手術(shù)縮短至2小時(shí),“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(xiàng)手術(shù),要求速度快、下刀準(zhǔn),切除干凈,骨盆切割線的位置要求十分精準(zhǔn)。醫(yī)生會(huì)在術(shù)前用3D打印出一個(gè)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(guó)工程院院士、九院骨科教授戴尅戎說(shuō):“3D打印的骨盆原型帶給醫(yī)生充分的手術(shù)設(shè)計(jì)輔助。”
一個(gè)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(xué)機(jī)械學(xué)院3D打印了兩個(gè)白色頭骨模型,眼科醫(yī)生比照左眼眶垮塌的模型對(duì)斷骨截骨、復(fù)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(fù)出院。
有了3D打印,患者需要的個(gè)性化“零部件”都能定制了。據(jù)了解,從2004年就開(kāi)始研究和使用3D打印機(jī)的上海交通大學(xué)目前用得最多的是第三代激光快速成型機(jī),打印材料是PSB塑料,能夠?yàn)樯虾4蟛糠秩揍t(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(shí)了解到,除了PSB塑料的激光快速成型機(jī)外,第三代打印機(jī)里,還有一種工藝精度更高的液態(tài)光敏樹(shù)脂固化快速原型機(jī),以光敏樹(shù)脂為原料,在計(jì)算機(jī)控制下的紫外光、激光按預(yù)定設(shè)計(jì)的軌跡對(duì)液態(tài)樹(shù)脂逐點(diǎn)掃描,使被掃描區(qū)的樹(shù)脂薄層產(chǎn)生光聚合反應(yīng),從而形成一個(gè)個(gè)薄層截面,最終形成立體模型。
在醫(yī)學(xué)應(yīng)用中,光固化成型主要用于制作手術(shù)導(dǎo)板。手術(shù)中,醫(yī)生切開(kāi)皮膚、肌肉,暴露手術(shù)部位后,如果依然無(wú)法對(duì)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(dǎo)板,手術(shù)刀沿直線接縫游走,切下導(dǎo)板的同時(shí),也精確切除了患處。
未來(lái)具有無(wú)限可能
3D打印被很多人視為帶來(lái)了第三次工業(yè)革命。但對(duì)醫(yī)生們來(lái)說(shuō),這技術(shù)就像是“躲在醫(yī)生身后的手術(shù)助手”,如果將來(lái)打印出的模型能直接用于病人體內(nèi),那必將帶來(lái)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(shí)間長(zhǎng),打印成本高,打印過(guò)程中還會(huì)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(jī)會(huì)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(jiàn)為實(shí)的模型可以幫助醫(yī)生設(shè)計(jì)高難手術(shù),進(jìn)行術(shù)前模擬,術(shù)中導(dǎo)航,在一些視野受限的手術(shù)中,能快速找到患處,精準(zhǔn)放入植入體,將手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)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(fēng)險(xiǎn)。#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#
此外,與患者的溝通變得很直觀,患者目前狀況、手術(shù)會(huì)怎樣進(jìn)行、達(dá)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(fù)手術(shù)和美容手術(shù),這樣的溝通尤其重要,經(jīng)患者認(rèn)可的3D打印翻制的植入體設(shè)計(jì)讓患者對(duì)術(shù)后效果有了直觀的預(yù)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(duì)潛在醫(yī)患糾紛的擔(dān)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(dǎo)航保駕,使他們經(jīng)過(guò)兩三年培養(yǎng),就能獨(dú)立完成手術(shù)。更重要的是,3D打印還帶來(lái)了學(xué)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(jìn),抓緊培養(yǎng)醫(yī)科、工科復(fù)合型的年輕醫(yī)生,已成為九院等許多大醫(yī)院的共識(shí)。
據(jù)悉,醫(yī)生們翹首以盼的第四代3D打印機(jī)已實(shí)現(xiàn)技術(shù)突破,打印頭能發(fā)射溫度極高、焦點(diǎn)集中的電子束,迅速融化鈦合金粉,一點(diǎn)一點(diǎn)完成金屬的“堆疊”,最終打印出所需的物件。上海交通大學(xué)正計(jì)劃從瑞士引進(jìn)第四代3D打印機(jī),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(jī)的“墨盒”里裝的是塑料,就能打印出一個(gè)塑料制品,如果裝上細(xì)胞,就能“打印”出一個(gè)器官——盡管這還有待于生物材料、干細(xì)胞、組織工程等多學(xué)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(jìn)行干細(xì)胞培養(yǎng),誘導(dǎo)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(jī)直接在人體上打印,連植入都省了。
這聽(tīng)上去有些瘋狂,但3D打印在醫(yī)學(xué)臨床的應(yīng)用確實(shí)日新月異。今年3月,美國(guó)維克·弗里斯特再生醫(yī)學(xué)研究所所長(zhǎng)、外科醫(yī)生安東尼·阿塔拉在演講時(shí),捧出一個(gè)3D打印的粉紅色腎臟,全場(chǎng)聽(tīng)眾起立鼓掌。很快,這個(gè)還不具備功能的腎臟被訛傳成是一個(gè)可以移植的腎臟。
這是一個(gè)寄托了美好希望的訛傳,或許未來(lái)某一天,希望真能變成現(xiàn)實(shí),生命也將重現(xiàn)生機(jī)。
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