當(dāng)醫(yī)療遇見(jiàn)3D打印
編輯：黃柏雪 來(lái)源：轉(zhuǎn)載 計(jì)算機(jī)世界 日期：2015/1/19 9:08:30
可以想象在未來(lái)的醫(yī)療領(lǐng)域，3D打印技術(shù)將被廣泛應(yīng)用，甚至有朝一日醫(yī)生可以“按需打印”活體器官。
時(shí)下3D打印有多火爆不言而喻。它不僅可以打印出吃的、穿的、用的，令人驚訝的是它甚至還可以“救死扶傷”。
近期，北醫(yī)三院用3D打印“骨骼”治病救人的消息不脛而走，不得不讓人感嘆科技力量之大。有業(yè)內(nèi)專家表示：“它預(yù)示骨科手術(shù)治療即將進(jìn)入一個(gè)新時(shí)代。未來(lái)醫(yī)療受3D打印技術(shù)的影響將有著巨大的改變，從打印骨骼、仿真醫(yī)療模型，到量身定做的器官替代品，都將一一實(shí)現(xiàn)并普及?！?/span>
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打印骨骼救死扶傷
從2009年開(kāi)始，北醫(yī)三院骨科就開(kāi)展3D打印骨骼技術(shù)的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究。如今該項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)通過(guò)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，并于今年被正式批準(zhǔn)進(jìn)入臨床觀察階段。截至目前，已經(jīng)有近40位患者在簽署知情同意之后，植入了3D打印機(jī)制造的鈦合金骨骼，并接受定期追蹤檢查。
北醫(yī)三院骨科主任、中國(guó)醫(yī)師協(xié)會(huì)骨科醫(yī)師分會(huì)副會(huì)長(zhǎng)劉忠軍是這一研究的牽頭人。他透露，參加人體試驗(yàn)者主要是頸椎病患者和髖關(guān)節(jié)病患者，在北醫(yī)三院接受脊椎人工椎體植入、頸椎的椎間融合器植入和人工髖臼植入手術(shù)。
據(jù)了解，北醫(yī)三院本身并不擁有3D打印機(jī)，它只是與廠家聯(lián)手開(kāi)展合作研究?！氨热缥覀儼鸭棺翟O(shè)計(jì)圖樣傳送給廠家，幾個(gè)小時(shí)之后就可以拿到打印出來(lái)的產(chǎn)品。”劉忠軍表示，“3D打印能夠生產(chǎn)各種不規(guī)則形狀的骨科內(nèi)植物，無(wú)論想要什么形狀，只要能把它設(shè)計(jì)出來(lái)，就可以實(shí)現(xiàn)。”
原來(lái)醫(yī)生將患者的骨腫瘤切除后，為了支撐和固定需要在切除骨骼的部位放入一個(gè)鈦網(wǎng)，然后從患者身體其他部位取出部分骨頭填充進(jìn)去，再用鋼板和鋼釘固定住，讓它慢慢生長(zhǎng)。但通過(guò)長(zhǎng)期臨床觀察發(fā)現(xiàn)，這種填充方法并不理想，植入骨骼與周邊骨骼融合的時(shí)間會(huì)很長(zhǎng)，而且在生長(zhǎng)的過(guò)程中容易出現(xiàn)金屬塌陷等問(wèn)題。
有了3D打印技術(shù)，醫(yī)生可以直接生產(chǎn)出同一形狀、體積的內(nèi)植物，填充到缺損部位里面，上下用螺釘固定，就非常牢固，這一點(diǎn)是以往醫(yī)療水平不可能做到的。而讓人興奮的是，打印出來(lái)的骨骼表面布滿孔隙，它們像海綿一樣可以將周邊的骨頭吸引進(jìn)來(lái)，使真骨與假骨之間結(jié)成牢固的一體，患者骨骼能盡快康復(fù)。
雖然3D打印技術(shù)在精度和速度上有著獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，但有不少人都認(rèn)為3D打印鈦合金骨骼價(jià)格肯定不菲。對(duì)此，劉忠軍表示，目前3D打印“骨骼”還沒(méi)有確切價(jià)格，因?yàn)樗且粋€(gè)全新的工藝，定價(jià)會(huì)涉及方方面面，目前說(shuō)不出一個(gè)精確價(jià)格，但是大體上，用3D打印技術(shù)生產(chǎn)出來(lái)的產(chǎn)品與傳統(tǒng)工藝產(chǎn)品相比，成本不會(huì)增加，甚至有可能降低。以人工椎體為例，現(xiàn)在臨床使用的人工椎體價(jià)格從１萬(wàn)元到３萬(wàn)元不等。這意味著，3D打印“骨骼”的價(jià)格大概也就是這個(gè)價(jià)位。
將3D打印技術(shù)引入骨骼制造并非北醫(yī)三院首創(chuàng)。在2009年，瑞士研究人員就已復(fù)制出一位男子的拇指骨骼。之后，美國(guó)研究人員也利用3D打印機(jī)開(kāi)發(fā)骨骼打印技術(shù)，造出類似骨骼的材料。研究人員說(shuō)，它可被用于骨科、牙科治療或開(kāi)發(fā)治療骨質(zhì)疏松癥藥物。而未來(lái)患者需要的假耳、假肢等都可以用3D打印機(jī)打印出來(lái)。
醫(yī)療領(lǐng)域應(yīng)用漸廣
除了打印骨骼，3D打印在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用還遠(yuǎn)不止于此。
打印各式各樣的器官或組織3D模型是3D打印在醫(yī)療領(lǐng)域的另一重要應(yīng)用。而3D打印的器官模型，已經(jīng)出現(xiàn)在醫(yī)院里。美國(guó)國(guó)家兒童醫(yī)學(xué)中心的兒科心臟病學(xué)家勞拉·奧利弗里近日打印出一個(gè)心臟模型。通過(guò)使用CT掃描患者心臟圖像，利用一部?jī)r(jià)格約25萬(wàn)美元的3D打印機(jī)，她制造了一個(gè)真實(shí)復(fù)制患者疾病的心臟模型。
該心臟樣本是由塑料制成，是患有不尋常并發(fā)癥病人的心臟的精確解剖副本。勞拉·奧利弗瑞表示，心臟副本對(duì)于練習(xí)復(fù)雜手術(shù)來(lái)說(shuō)是非常理想的對(duì)象，它使得手術(shù)外科醫(yī)生能夠看清他們要進(jìn)行手術(shù)的精確解剖情景。不難想象，未來(lái)醫(yī)學(xué)學(xué)者甚至可以用3D打印的解剖標(biāo)本取而代之珍貴的人體解剖標(biāo)本。
此外，3D打印在器官移植上也發(fā)揮了巨大作用。5月底，美國(guó)媒體報(bào)道了全球首例3D打印器官人體移植手術(shù)，引發(fā)不少研究者與生物投資者關(guān)注。密歇根大學(xué)公共醫(yī)療中心通過(guò)3D打印技術(shù)，制造了一段人工氣管，移植入一位只有六周的美國(guó)嬰兒體內(nèi)。
這名植入3D打印器官的男嬰患有先天性的氣管發(fā)育缺陷。由于氣管受到壓迫，逐漸出現(xiàn)呼吸困難，等待他的很可能是缺氧死亡。為了挽救他的生命，該所大學(xué)的生物醫(yī)學(xué)工程師大衛(wèi)·措普夫，通過(guò)計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)了一條適合這個(gè)男嬰的氣管支架模型，隨后將具有熱塑性的生物可吸收材料作為墨水，最后打印出一百條細(xì)小管道，通過(guò)電腦激光技術(shù)，堆砌出一層層不同形狀和體積的塑料薄層，從而制造出一段人工氣管。
然而，對(duì)于一些對(duì)材料有著嚴(yán)格要求的移植器官來(lái)說(shuō)，3D生物打印機(jī)則更加適合。3D生物打印機(jī)的不同之處在于，它不是利用一層層的塑料，而是利用一層層的生物構(gòu)造塊，去制造真正的活體組織。器官移植可以拯救很多人體器官功能衰竭或損壞的患者生命，但這項(xiàng)技術(shù)也存在器官來(lái)源不足、排異反應(yīng)難以避免等弊端。不過(guò)，隨著未來(lái)3D生物打印機(jī)的應(yīng)用，這些問(wèn)題將迎刃而解。
據(jù)業(yè)內(nèi)人士介紹，3D生物打印機(jī)需要生物墨水，而最有可能成為墨水的便是人體細(xì)胞。首先，研究者將從人們的骨髓或脂肪中提取出干細(xì)胞，通過(guò)生物化學(xué)手段，使它們分化成不同類型的其他細(xì)胞。隨后，這些細(xì)胞將被封存成“墨粉”，每一滴“墨粉”里可能包含1萬(wàn)到3萬(wàn)個(gè)細(xì)胞。當(dāng)3D生物打印機(jī)開(kāi)動(dòng)時(shí)，“墨粉”將通過(guò)打印頭聚攏在事先設(shè)計(jì)的部位上，打印器官的雛形便逐漸顯現(xiàn)。
據(jù)悉，由美國(guó)Organovo公司研制的3D生物打印機(jī)如今已經(jīng)可以制造動(dòng)脈。Organovo公司首席執(zhí)行官基思·墨菲指出，終有一天，只需輕輕按下按鈕，就能讓3D生物打印機(jī)制造出我們所需要的器官。這不是科幻，是科學(xué)。
鏈接
3D打印，即快速成型技術(shù)的一種，它是一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運(yùn)用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過(guò)逐層打印的方式來(lái)構(gòu)造物體的技術(shù)。3D打印通常是采用數(shù)字技術(shù)材料打印機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。過(guò)去其常在模具制造、工業(yè)設(shè)計(jì)等領(lǐng)域被用于制造模型，現(xiàn)正逐漸用于一些產(chǎn)品的直接制造，意味著這項(xiàng)技術(shù)正在普及。
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