重慶可以用
技術(shù)做手術(shù)了
重慶晚報獨(dú)家打探西南醫(yī)院3D打印實(shí)驗(yàn)室
昨日上午11時,，第三軍醫(yī)大學(xué)附屬西南醫(yī)院關(guān)節(jié)外科,，利用自主研發(fā)的3D打印導(dǎo)航系統(tǒng),，成功實(shí)施了重慶首例3D醫(yī)療打印技術(shù)膝關(guān)節(jié)置換手術(shù),。王慧英是此項(xiàng)免費(fèi)新技術(shù)的首個受益者,。
3D醫(yī)療打印技術(shù)在國內(nèi)外發(fā)展迅速,。昨日，重慶晚報記者獨(dú)家探訪了西南醫(yī)院3D打印實(shí)驗(yàn)室,，在這里,，研究人員自主研發(fā)的3D打印機(jī)，已能打印耳朵,，根據(jù)手術(shù)需要打印器官骨骼的技術(shù)也在實(shí)驗(yàn)當(dāng)中,。
重慶晚報記者 嚴(yán)藝菲 首席記者 冉文 攝影報道
醫(yī)生先模擬再打印模板
3D技術(shù)這樣手術(shù)
醫(yī)生先模擬再打印模板
1、用3D打印導(dǎo)航系統(tǒng),，手術(shù)前先用CT掃描患病部位得到3D影像數(shù)據(jù),。
2、依靠數(shù)據(jù)在電腦建立手術(shù)部位的3D形態(tài),，再由專家在專業(yè)軟件上進(jìn)行一場模擬手術(shù),。如此一來，去除哪些部分,、去除多少,、選擇哪種大小的植入物，都可以在術(shù)前反復(fù)修正直至完美,。
3,、當(dāng)專家認(rèn)為達(dá)到最好效果后，便用專業(yè)公式分析出截骨導(dǎo)向板的3D打印數(shù)據(jù)。
4,、截骨導(dǎo)向板打印出來后就相當(dāng)于一塊手術(shù)模板,，只需將該模板套在裸露的膝關(guān)節(jié)上做手術(shù)即可。
手術(shù)精準(zhǔn)
誤差控制0.5~1毫米
66歲的王慧英10年前患上骨關(guān)節(jié)炎,，此前長期使用藥物與激素,，效果不佳，目前右膝要換人工膝關(guān)節(jié),。她入院時恰逢西南醫(yī)院的膝關(guān)節(jié)置換3D打印導(dǎo)航系統(tǒng)研究成功,，且該技術(shù)的費(fèi)用由西南醫(yī)院臨床科研創(chuàng)新基金承擔(dān)，患者只需要承擔(dān)傳統(tǒng)手術(shù)的費(fèi)用即可,。在國外,，該技術(shù)需要增加2000歐元費(fèi)用。
昨日上午11時,，王慧英被推入手術(shù)室,，消毒麻醉、切開手術(shù)部位,、安裝手術(shù)導(dǎo)板,、去除壞死部分關(guān)節(jié)、置換人工關(guān)節(jié)……11時38分,，王慧英被推出病房,。“手術(shù)順利，比傳統(tǒng)手術(shù)輕松,。”施術(shù)醫(yī)生,、西南醫(yī)院關(guān)節(jié)外科主任楊柳說。
楊柳與西南醫(yī)院關(guān)節(jié)外科副教授郭林介紹,，目前國內(nèi)少數(shù)幾家醫(yī)院已掌握此前沿技術(shù),。在重慶，西南醫(yī)院是首家研發(fā)成功的單位,。在精準(zhǔn)方面,，該技術(shù)表現(xiàn)出色，可將手術(shù)誤差控制在0.5到1毫米,，優(yōu)于教授級醫(yī)生在傳統(tǒng)手術(shù)中的3毫米誤差,。原本60~90分鐘的手術(shù)，現(xiàn)在30分鐘就可完成,。
遠(yuǎn)程支持
在區(qū)縣可接受類似手術(shù)
在傳統(tǒng)膝關(guān)節(jié)置換手術(shù)中，外科醫(yī)生主要進(jìn)行以下步驟：打開手術(shù)部位,，去除壞死部分,，再裝上人工關(guān)節(jié)。雖然只有三個步驟，但有許多不確定性,，比如去除的體積等,。
據(jù)統(tǒng)計(jì)，每100例需要進(jìn)行重新修正的置換手術(shù)中,，就有30例是因?yàn)樾g(shù)中不確定因素造成,，還有20例是因?yàn)楦腥荆瑐鹘y(tǒng)手術(shù)時間長也是影響感染率的一個原因,。
此項(xiàng)技術(shù)還可進(jìn)行遠(yuǎn)程手術(shù)指導(dǎo),，實(shí)際助力本屆重慶兩會要求的醫(yī)聯(lián)體改革。“比如,，區(qū)縣醫(yī)院可以將患者的CT數(shù)據(jù)傳給我們,，由我們用軟件進(jìn)行手術(shù)后，將截骨導(dǎo)向板的3D數(shù)據(jù)傳回給區(qū)縣醫(yī)院,，區(qū)縣醫(yī)院3D打印出截骨導(dǎo)向板即可,。完全可以讓患者在區(qū)縣醫(yī)院就得到教授水平的手術(shù)治療。”楊柳說,。
推廣運(yùn)用
還可用來治療牙齒與脊柱
楊柳介紹,，此項(xiàng)技術(shù)前景寬廣，牙齒手術(shù)與脊柱手術(shù)中也已有采用,。比如,，脊柱矯形手術(shù)中，醫(yī)生需要向患者脊柱打入一些醫(yī)療釘,，脊柱附近神經(jīng)繁多,，醫(yī)生在手術(shù)中時常擔(dān)心傷及神經(jīng)，往往打入一顆醫(yī)療釘后需要暫停手術(shù)進(jìn)行多方CT檢查,，確認(rèn)無誤后才能打入下一顆,。這不僅增加患者風(fēng)險，延長手術(shù)時間,，也讓醫(yī)護(hù)人員更多地暴露在射線當(dāng)中,。如果采用3D打印導(dǎo)航技術(shù)，只需要模擬手術(shù)后制作出一套精準(zhǔn)的手術(shù)導(dǎo)板,，醫(yī)生即可快速操作,。
3D醫(yī)療打印
重慶啥水平
楊柳告訴重慶晚報記者，3D打印導(dǎo)航技術(shù)在臨床治療領(lǐng)域已屬前沿,，但在3D醫(yī)療打印技術(shù)中只屬低端技術(shù),。為了解3D醫(yī)療打印技術(shù)在重慶的發(fā)展水平，重慶晚報記者獨(dú)家走進(jìn)西南醫(yī)院3D打印實(shí)驗(yàn)室,。
實(shí)驗(yàn)室里,，實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)人王富友教授和同事正在用3D打印機(jī)打印一塊手術(shù)輔助導(dǎo)板,。實(shí)驗(yàn)室中擺放著各類打印機(jī)，有昂貴的外購成機(jī),，也有他們研發(fā)組裝的3D打印機(jī),。
王富友介紹，3D醫(yī)療打印技術(shù)按實(shí)際用途主要分為三類：觀察輔助,、手術(shù)輔助,、實(shí)體替代植入。其中,，實(shí)體植入難度最高,，也是生物細(xì)胞打印要突破的難點(diǎn)。
供醫(yī)生練手的打印
一塊導(dǎo)板只要1小時左右
在實(shí)驗(yàn)室,，3D打印教學(xué)輔助模型所用的是zprinter150型打印機(jī),，價值20萬元。王富友拿起一個打印好的髖骨整體模型告訴重慶晚報記者,，此類打印一般用石膏材料,，打印人體關(guān)節(jié)僅需幾分鐘，髖骨整體比較復(fù)雜,，大約打印600層,，需要1個小時。
典型的手術(shù)輔助應(yīng)用類型,，是打印截骨導(dǎo)板,、脊柱醫(yī)療釘導(dǎo)板。此外,，還可用于打印復(fù)雜病灶,，比如，患者肝臟的三維復(fù)制品,，這個模型可以讓醫(yī)生練手,，計(jì)算出如何切割肝臟。
手術(shù)輔助打印,，在西南醫(yī)院3D實(shí)驗(yàn)室里應(yīng)用的是自己研發(fā)組裝的3D打印機(jī),，買來的打印噴頭與機(jī)架，通過芯片與電腦連接即可,。王富友介紹,，打印機(jī)的實(shí)際成本只有幾千元，而打印導(dǎo)板的材料通常是聚乳酸,，打印一塊導(dǎo)板通常需要1個小時左右,。
據(jù)介紹，日本還有公司打印腹中胎兒的模型,，留給父母做紀(jì)念,。
私人定制的打印
尚未正式批準(zhǔn)用于臨床
王富友介紹,，實(shí)體替代植入包括替代醫(yī)學(xué)與再生醫(yī)學(xué)兩種,。替代醫(yī)學(xué)主要指骨骼,、牙齒、假肢等,。再生醫(yī)學(xué)則指活體組織與器官,，且打印出來的東西具有再生性與功能性。
替代醫(yī)學(xué)方面,，屬于私人定制級別,。舉例來說，有小孩無法使用成人假肢,，3D醫(yī)療打印技術(shù)就能打印出適合這個小孩的假肢,。王富友說，這類實(shí)體打印在西南醫(yī)院實(shí)驗(yàn)室中技術(shù)也已成型,，將教學(xué)輔助中的打印材料置換為鈦合金等材料即可,，目前此項(xiàng)技術(shù)尚未正式批準(zhǔn)用于臨床。
實(shí)體替代植入的打印
能打出耳朵就是沒聽力
“再生醫(yī)學(xué)方面,，重點(diǎn)就是細(xì)胞打印,。”王富友說，打印活細(xì)胞的第一步是取得活細(xì)胞,，培養(yǎng)在主要成分為凝膠質(zhì)的膠原蛋白中,，再用特殊針頭進(jìn)行打印組裝。目前,，西南醫(yī)院3D打印實(shí)驗(yàn)室使用的針頭有不同型號,，針孔直徑在50~100微米之間，這是因?yàn)橐粋€細(xì)胞的大小在10到20微米,，針頭過大過小都不能打印細(xì)胞,。西南醫(yī)院3D實(shí)驗(yàn)室中采取的還是擠壓式的打印方法，即單個針頭打印,，不久就可能有噴墨式細(xì)胞打印機(jī),，可以讓上千個針頭同時打印。
王富友介紹,，打印時必須確保無菌,，同時還要控制打印壓力與細(xì)胞濃度，這樣細(xì)胞存活率能高達(dá)90%以上,。
這并非代表此項(xiàng)技術(shù)已可應(yīng)用于臨床解決人體更換零件的問題,。王富友介紹，目前已有國內(nèi)外專家打印出了皮膚,、腎臟,、肝臟等組織,，但多是只有形狀沒有功能，或者功能不完整,。“我們自己也打印出耳朵等,，20分鐘即可完成，只有形狀,，還不具備功能,。”王富友說，就算最簡單的皮膚,，也需要研究如何讓其具備感覺冷熱,、排汗代謝的功能，已有專家在嘗試向3D打印的皮膚中植入毛囊,、汗腺,。
手術(shù)中在體內(nèi)的打印
已造出機(jī)器人模型和芯片
在美國3D打印展上，有專家介紹了自己的設(shè)想：未來每個外科手術(shù)室里都將會有一臺3D打印機(jī),，它會在手術(shù)過程中將準(zhǔn)備好的干細(xì)胞打印到病人需要被治療的特定部位,。
這項(xiàng)技術(shù)，西南醫(yī)院有沒有突破,？有,！王富友正在研發(fā)3D體內(nèi)打印機(jī)器人。該機(jī)器人將術(shù)中體內(nèi)打印與懸臂機(jī)器人結(jié)構(gòu)結(jié)合在一起,，使之像西南醫(yī)院達(dá)芬奇機(jī)器人一樣靈活與穩(wěn)定,，來完成術(shù)中體內(nèi)打印。
“如果是類似膝關(guān)節(jié)這樣的小型人體零件,，打印時間不會超過3分鐘,。”王富友已經(jīng)制作出一臂六軸的等比縮小模型與控制芯片，但王富友強(qiáng)調(diào),，這離臨床運(yùn)用還有距離,，生物打印材料、操控方式,、精準(zhǔn)程度都還需要進(jìn)一步研究,。
4D打印來了 遇水自主組裝
國外有一名60歲的患者，患惡性腫瘤失去左臉后接受了3D打印的假臉,，這使他看上去和正常人差別不大,。還有實(shí)驗(yàn)室打印出了抗癌藥物。
“美國生物學(xué)家已預(yù)測,，不久的將來,，人類可以用3D打印機(jī)直接打印DNA和流感疫苗。”王富友說,，目前美國科學(xué)家正在研究將DNA轉(zhuǎn)化成計(jì)算機(jī)二進(jìn)制編碼信息,，這一數(shù)字信息可以通過電子郵件在不到一秒鐘內(nèi)傳到世界各地,。與此同時，科學(xué)家正在研制一種被稱做數(shù)字生物學(xué)轉(zhuǎn)換器的設(shè)備,，它可以通過電子郵件收到的DNA數(shù)字編碼信息重新轉(zhuǎn)換成有效的生物DNA,。
日前，美國麻省理工學(xué)院在洛杉磯舉行的娛樂和設(shè)計(jì)大會上推出了升級版本4D打印機(jī),。所謂的4D打印,，是一種能夠自動變形的材料,，只需將其放入水中,，不需要機(jī)電設(shè)備，就能按照產(chǎn)品設(shè)計(jì)自動折疊成相應(yīng)的形狀,，4D打印最關(guān)鍵是記憶合金,。4D打印預(yù)計(jì)在醫(yī)療中應(yīng)該會有很好的應(yīng)用，因?yàn)槿梭w血液中含有大量水分,，若將遇水變化的部件打印到指定位置,，可以帶來意想不到的醫(yī)療效果。
