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浅析3D打印在医疗领域的现状、进展和未来

http://www.pharmacy.hc360.com2017年09月19日10:03 来源:《南方日报》T|T

    【慧聪制药工业网】在南方医科大学深圳医院数字骨科中心,通过CT、核磁共振(MRI)等扫描技术,一层一层扫描病人变形或者缺损的骨关节,再在电脑上利用分析软件将获取的数据转成一个立体模型,然后再连接3D打印机。通过设定相应程序,3D打印机就会“吭哧吭哧”地打印出一个逼真的骨骼实物模型。

    如今,在深圳,这种3D打印病人器官模型的技术已普遍用于骨科、心脏外科、神经外科等科室的手术规划中,1:1的器官模型清晰地将病人的解剖结构呈现给医生,一定程度上帮助医生提高复杂手术的成功率、降低手术风险。

    尽管业内人士表示,目前,我国医学3D打印技术跟国外几乎同步,个别的领域可能还要超过他们。但是,从目前科研和临床应用来看,我国医学3D打印仍处于打印无生命的器官模型和骨骼内植物阶段,3D生物打印人体组织和器官又还有很长的路要走。

    8月14日,广东省医学3D打印应用转化工程技术研究中心落户南方医科大学深圳医院,并成立临床基地,这意味着3D打印技术在临床上的应用转化正在快速发展。在深圳,3D打印在临床上和研发上有哪些新进展?又还有哪些短板呢?近日,记者走进医院和企业,与业内人士共同探讨深圳医学3D打印的未来发展。

    现状

    已临床应用于外科、口腔科等

    3D打印帮助医生突破医疗禁区

    走进南方医科大学深圳医院“数字外科3D打印中心”,3台体型小但功能强大的3D打印机整齐排列在桌上,旁边还摆放着几个已打印好的骨骼实物模型样品。南方医科大学深圳骨科主任桑宏勋团队通过打印出来的实物模型,实现对骨骼受损部位、移位程度及走向的清晰掌握,依此了解病人的病情,并计划手术方案,从而将3D打印技术成功应用到骨折、骨科修复和畸形矫正手术中。

    “如果病人的骨关节严重缺损,按照以前的方法,可能没有办法手术或者要把关节全部换掉。但如今借助3D打印技术协助,可以实现缺损多少,就移植多少,实现了精准医疗,还可以降低手术中意外情况发生的风险。”桑宏勋告诉记者。如今在3D打印技术协助下,该团队已经完成700多例骨科手术,其中五分之一是疑难病例,包括高危的颈椎、胸椎疾病和先天性脊柱畸形等。

    对于风险高难度大的手术,术前规划非常重要。传统上,通过CT、核磁共振(MRI)等影像设备获取患者真实的数据,是医生手术规划的基础,但得到的医学影像是二维的。如今,利用分析软件可以将二维数据转成逼真的三维数据,3D打印机可以将三维模型直接打印出来,既可辅助医生进行精准的手术规划、提升手术的成功率,又方便医生与患者就手术方案进行直观的沟通。此外,即使在治疗失败后,3D打印也可以为医患双方提供可溯源的依据。

    今年7月,桑宏勋接诊了一位70多岁的张老先生。由于颈椎痛得厉害,张老先生连吃饭、刷牙等事情都做不了,也走不了路,只能用轮椅代步。CT显示,张先生椎管狭窄严重,7节颈椎中有6节椎管发生了病变,椎管狭窄压迫颈动脉狭窄,导致他失去正常活动能力。“传统方法可以选择前路或者后路的方式进行手术,但术中要把变狭窄的椎管扩充到多大,怎么去扩,都只能全凭主刀医生的经验,连助手、护士等都不知道怎么去做这个手术,病人对于医生的手术方案和效果也不会很清楚。”桑宏勋说。而在给张老先生做手术的时候,他先用3D打印技术,打出病人1:1的颈椎模型,通过模型,清楚地知道病人椎管狭窄的程度,然后跟手术团队成员一起制定手术方案,规划把椎管扩张的范围、扩张的地方和部位,以及螺钉要植入的方向和部位等,手术中再配备导航板进行操作,最后手术很成功。术后一周,张老先生就可以站起来了。

    有着20多年脊柱外科临床经验,并在国内率先开展脊柱机器人手术和数字骨科手术的桑宏勋,十分看好3D打印技术在骨科等外科领域的广阔应用前景。“3D打印在术前规划、术前教学、术中的导航和导板以及术后评估中发挥重要作用。”桑宏勋说,3D打印与临床结合,使得临床手术更加精准,实现量体裁衣,度身定做,解决了许多临床上的各种难题。

    目前,在临床上,深圳不少医院已经应用或正在开展临床试验的技术包括生理、病理模型3D打印,个性化导航导板3D打印、个性化植入物打印等。其中,深圳艾科赛龙科技有限公司自主研发的个性化导航导板3D打印已通过广东省3类临床医疗器械准入的审批,这也是我国被批准临床应用的首个3D打印个性化导航导板,进一步推动了3D打印技术在临床上的应用。

    医疗借助于3D打印技术,正带来医疗领域的巨大变革。如今,南方医科大学深圳医院数字外科3D打印中心,3D打印技术应用到颌面外科、整形烧伤科、口腔科等临床上。南医大深圳医院烧伤整形科主任朱雄翔告诉记者,在烧伤整形领域,3D打印已经实现了器官再造和修复重建。对于一些先天性缺耳的病人,医生以3D打印的耳朵模型为对照,取自体肋部的软骨“雕”成跟另一只几乎一致的耳朵,并植入皮肤下,等软骨与皮瓣长成一体,再行移植手术,把新长出的耳朵移植到耳朵缺损位置,实现耳朵再造。2015年,港大深圳医院整形外科团队就实施了深圳首例以3D打印辅助的耳廓塑型的再造手术,帮助一位右耳廓先天发育不全9岁女孩“长”出新耳朵。

    进展

    3D打印人体植入物已获应用

    升级版可以实现“私人定制”

    一个人的骨骼因为受伤骨折或因为病变受到破坏之后,医学上采用的最基本的治疗方法就是让骨折断端复位,然后等待其自然愈合。如果因为骨质破坏造成了骨缺损,则在缺损区进行植骨,即填充从病人自身相对不重要部位切取的自体骨,然后等待其长成一体,这种形式被称为骨融合。骨折的愈合时间一般为3个月,如果存在骨缺损,需要植骨填充,以达到骨融合的目的,所需时间往往会更长。

    然而,在临床上,有一些骨肿瘤病人,因为骨骼或者关节被肿瘤侵袭严重,手术中若造成大面积的骨缺损或者截骨,就不得不植入假体。

    目前,以钛合金为主要材料的金属植入物在临床上应用最广泛。深圳艾科赛龙科技有限公司创始人赵小文告诉记者,国际上,美国FDA近年来已经批准上市了86个3D打印植入物产品,大部分是脊柱植入物。在国内,中国国家食品药品监督管理总局批准注册的3D打印人体植入物仅有两项,分别是2015年获批的“3D打印人工髋关节产品”和2016年5月获批的“金属3D打印内植物——人工椎体”。

    不过,目前金属3D打印的人工髋关节和人工椎体在临床上还没有大量应用。“这些产品只能应用于个别的恶性肿瘤病人,而且要通过医院伦理委员会的审批,还要看植入体对病人有没有影响,加上还没有收费标准,临床使用还很少。

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