北醫(yī)三院骨科主任劉忠軍：3D打印為患者帶來福音

在北京大學第三醫(yī)院骨科第一病房區(qū)內，有一間不大的辦公室，門牌上注明“3D打印實驗室”。這里就是骨科主任劉忠軍教授在門診、病房、教學之外待的時間最多的地方。房間內左邊一排桌子，擺放著幾臺電腦和3D打印機，打印耗材和模型散亂地堆放在桌面上，猛一看還以為是一個小小的創(chuàng)客空間。劉忠軍指著桌上的3D打印機說：“我們剛成功完成的一項切除惡性腫瘤、椎體置換手術，那個椎體的模型就是用這臺3D打印機打印出來的。”

2016年5月6日，全球首發(fā)金屬3D打印人體植入物—人工椎體—獲得國家食品藥品監(jiān)督管理總局(China Food and Drug Administration)注冊批準。這個產(chǎn)品就是由北醫(yī)三院和北京愛康宜誠醫(yī)療器材股份有限公司合作開發(fā)研制的。作為北醫(yī)三院3D打印人工椎體研究團隊的負責人，劉忠軍說，這標志著在3D打印植入物領域，中國已居世界領先水平。


那么，醫(yī)生與3D打印機這兩個看似無關的事物，是如何在劉忠軍的辦公室統(tǒng)一起來的呢?那還要從2009年說起。

2009年，與北醫(yī)三院有著業(yè)務往來的北京愛康宜誠醫(yī)療器材股份有限公司新進了一臺金屬材料的3D打印設備，在一次例行的業(yè)務交流會上，工程師向醫(yī)生們介紹了該設備的性能和特點。聽說可以打印出任何形態(tài)的東西，這一下就引起了劉忠軍的興趣，他敏銳地感覺到，3D打印骨科植入物將為他長期關注的問題找到答案。

“首先是解決骨科植入物形狀特異的需要。”劉忠軍介紹，人類的脊椎骨骼大多形狀十分不規(guī)則，比如頸椎第1、2節(jié)的寰椎和樞椎，結構特殊，傳統(tǒng)的制造手段很難實現(xiàn)。國際通用的辦法是用鈦網(wǎng)支撐(即用一段柱狀鈦合金網(wǎng)籠，將其中填充一些骨質，代替原來椎體，通過骨頭的再生完成上下的連接)。植入后只能做到部分貼合，牢固性也隨之大打折扣，而且恢復期長，病人很痛苦。而3D打印，可以完美地生產(chǎn)出特異性結構，同時也可以更好地做出符合病人具體需求的、個性化的產(chǎn)品。

“3D打印的另一個優(yōu)勢更明顯。”劉忠軍取出一件3D打印成品給記者看，“人類的骨骼是有孔隙的，這些孔隙為骨細胞的生長提供了空間。而3D打印的人工植入物完全可做成與骨組織相似的孔隙。這就不需要像以前那樣在網(wǎng)籠中填充骨質，而是由真骨與人工植入物融合，在牢固性上有極大的優(yōu)勢?！?br />
正是基于這樣的考慮，劉忠軍和他的團隊開始了長達數(shù)年的金屬3D打印骨科內植物的應用與相關基礎研究。

2016年5月獲得注冊的人工椎體產(chǎn)品，屬于直接植入人體的三類骨科植入物，為中國監(jiān)管等級最高的醫(yī)療器械產(chǎn)品。劉忠軍說：“醫(yī)學的發(fā)展，從來都離不開創(chuàng)新。而醫(yī)學的創(chuàng)新，來自病人的需求?！?br />
2016年5月，北醫(yī)三院骨科接收了一位特殊患者—患有罕見惡性腫瘤脊索瘤的袁先生。經(jīng)檢查，袁先生的腫瘤侵犯范圍非常廣，胸椎10、11、12和腰椎1、2，共五節(jié)脊椎受到了侵蝕。這種情況，從醫(yī)學上來說，除了通過手術把腫瘤切干凈，別無他法。

劉忠軍在手術中

切除五節(jié)脊椎已是非常困難的手術，“我們還要使椎管內的脊髓和神經(jīng)、血管等重要結構保持完好的功能。面臨的最大問題是，切除5節(jié)脊椎后如何支撐?”劉忠軍解釋說，五節(jié)脊椎長度為19厘米，傳統(tǒng)的鈦網(wǎng)已很難找到合適長度者，即便找到，也難以呈現(xiàn)脊柱“S”型的生理曲線。這樣的病例在以前根本沒辦法手術?！坝辛?D打印技術，我們就多了一個選擇?？梢岳媒饘?D打印技術，依照患者的解剖結構，制造出一枚與五節(jié)椎體形態(tài)與長度相仿的人工椎體?！眲⒅臆娬f。

6月12日早8點，袁先生平躺在接診車上被送進手術室。6個多小時后，袁先生被推出手術室，手術順利。由于術中出血量小，生命體征平穩(wěn)，術后袁先生未被推進ICU，而是直接回到了普通病房。兩周后，他已可以下地站立，并在別人的保護下行走。8月20日，袁先生自己走出了醫(yī)院。

袁先生是3D打印人工椎體通過CFDA認證后的首位獲益者，但是在骨科3D打印技術領域，劉忠軍和他的團隊已經(jīng)不是第一次站到全球最前沿：2014年7月31日，在成功切除1名12歲樞椎腫瘤患兒脊柱原發(fā)惡性腫瘤的同時，他們完成了世界首例3D打印人工定制樞椎植入術。目前，已有另5名患者植入人工樞椎，均恢復良好，效果顯著。

回想起研發(fā)的最初階段，劉忠軍說還有一個小插曲。作為骨科的技術人員，他需要向3D打印的工程技術人員描述椎體形態(tài)，由于均是一些專有名詞，劉忠軍說了半天，技術人員也沒能理解他想要的是什么形狀。劉忠軍靈機一動，用橡皮泥捏了一節(jié)椎體交給技術人員說：“就照著這樣做”。技術人員照此打出樣品，又經(jīng)過反復修改，一個標準的椎體最終做出來了。

現(xiàn)在，他們已經(jīng)不需要專業(yè)工程技術人員的幫助，劉忠軍的學生、李梓赫醫(yī)生已全部掌握了這套“手藝”—把所需椎體的各項數(shù)據(jù)輸入電腦，生成打印文件，就能很快地打印出想要的模型。劉忠軍說：“醫(yī)學領域的進步和發(fā)展，越來越離不開多學科的發(fā)展和多學科的交叉，做為一名醫(yī)生，單純掌握醫(yī)學知識已經(jīng)落后。中國要有跨學科人材，才有可能在科技創(chuàng)新方面有所作為?！?br />
經(jīng)過跨學科、跨領域合作，歷經(jīng)多年的研制及臨床觀察終獲突破。截至目前，中國已有兩項3D打印人體植入物獲得國家食品藥品監(jiān)督管理總局批準注冊，皆為北醫(yī)三院骨科團隊研制。2015年9月批準注冊的3D打印人工髖關節(jié)產(chǎn)品，也是國際上首個通過臨床驗證后獲得注冊的3D打印人工髖關節(jié)假體，上市1年來，已經(jīng)惠及1000多位患者。

劉忠軍告訴記者，3D打印技術除了在脊柱外科應用極具優(yōu)勢外，在眼眶缺損修復、顱骨修復、整形外科等都有良好的應用前景。此外，利用生物細胞材料3D打印器官、組織的前沿探索也值得期待。劉忠軍說：“3D打印技術的應用，無疑是中國醫(yī)學實現(xiàn)從追隨到超越的難得機遇。以骨科為例，在近幾年才逐漸成熟起來的金屬材料3D打印技術面前，全世界都站在同一起跑線上。從某種意義上說，中國骨科在3D打印技術的臨床應用及相關基礎研究領域處在世界前列?！?br />
延伸閱讀：《南極熊盤點：已將3D打印用于臨床手術的國內醫(yī)院》

來源：今日中國