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刘忠军:3D打印在医学领域的应用现状与趋势

  近年来随着増材制造工艺,即所谓“3D打印技术”的不断进步,其在医学领域的应用日渐深入,受到人们越来越多的重视,并已经取得不少引人关注的成果。

  目前采用不同材料进行3D打印的技术,包括塑料类、金属类和生物类材料的3D打印技术在医学领域都有诸多应用成功的案例,并依材料不同而形成了相应的研究分支。其中塑料材料的3D打印在医学领域应用最早,迄今也应用最多。比如,依据CT扫描数据转换,用塑料材料打印出的各种人体解剖结构或器官的模型,其大小、形状及细节逼真度高,被用作教学十分形象。更难能可贵的是,很多病变形态,如骨折、肿瘤及畸形等疾病,经3D打印再现后看上去非常生动,不仅可用于针对医学生和年轻医生的教学,还可供临床医生研究疾病治疗方案所用。外科医生甚至可以将病变模型拿到手术台上,作为手术过程中的重要参照物,使手术的安全性和精准性显著提高。此外,用硬度较高的塑料材料也可以设计和制作出各种贴附于人体组织结构的“模板”,作为引导外科手术操作的辅助工具,即所谓“导板技术”,这种技术的应用使外科手术变得更安全、更简捷,而且更精确。

  金属材料的3D打印技术同样在医学领域,尤其在骨科、口腔科、神经外科及颌面外科等专业获得有效应用,这可能主要得益于3D打印的工艺特质与这些医学专业的特点相契合。以骨科领域应用为例,3D打印技术的两项独特优势使其超越传统工艺而受到青睐:一是它制作复杂形态和结构物件的优势。我们知道,人体骨骼的形态是很不规则的,全身208块骨头几乎没有一块呈几何形状,3D打印技术恰恰可以通过CT影像数据的转换,轻而易举地制作出任意一块骨骼的模型。不难理解,当某一块骨骼由于病变需要被切除时,我们便可以“打印”一块大小和结构完全一样的“人造骨骼”将之替代。正如人们所期待的那样,“量身定制”的个体化医疗将成为现实,而3D打印之前的工艺中没有哪一种能够做到这样。不仅如此,我以前在3D打印在线发文说过3D打印还有另一种让医学工作者,特别是让骨科医生欣喜若狂的优势,那就是,上面提到的“人造骨骼”可以被制作成与人体骨骼内部骨小梁结构相仿的微孔形态。以往研究结果业已证实,利用这些被称作“金属骨小梁”的微孔可以让相邻骨骼的细胞长入其中,从而实现“人造骨骼”与人体正常骨骼之间的融合。这种植入物与人体自身骨骼之间的融合正是长期以来我们治疗骨骼疾病最终希望达到的目标。同样凑巧的是,钛合金既是组织相容性较好,多年以来被最广泛应用于人体内各种植入物的金属材料,也是3D打印最常用的金属材料,这种巧合无形中也为3D打印金属植入物的临床应用消除了疑虑,减少了障碍。

  关于3D打印“人造骨骼”在医学领域的应用国内外均有较多报道。令人欣慰的是,我国在这方面并不落后,有些研究成果甚至领先于世界。然而也有令人感到紧迫之处,我国个体定制化医疗器械的法规尚未建立,相关管理机制也存在与3D打印技术研发不相适应之处。相信在政府有关部门和社会各界的共同努力下,中国3D打印医学领域研究和应用的步伐一定会进一步加快并走在世界前列。

  在整个3D打印技术中,生物材料3D打印在疾病治疗中的应用可能是未来潜力更巨大,也令人们期待更多的重要领域。或许有一天我们可以用打印出的组织或器官来修复因创伤和病变而遭受损毁的身体结构。但应当指出,与塑料类和金属类材料的3D打印技术相比,生物材料3D打印技术的开发难度会更大,研究周期会更漫长,不确定因素也会更多。无疑,生物材料3D打印技术是需要潜心钻研、深入探索的领域,应当有实力较强、基础较好的团队大力研究。但同时也是切忌不经慎重考量而盲目进入的领域。

  作者简介:刘忠军,1982年毕业于北京医学院(现北京大学医学部)。现任北京大学第三医院骨科主任、教授,博导。脊柱外科研究所所长.从事脊柱外科临床及相关基础研究30余年,尤以脊柱疑难重症的手术治疗及相关创新性技术探索见长。教育部创新团队带头人;2009-2010年度卫生部有突出贡献的中青年专家;享受国务院特殊津贴。主要学术任职包括AO国际脊柱外科学会中国理事会主席、亚太理事会理事;中国康复医学会脊柱脊髓专业委员会主任委员;中国医师协会骨科分会副会长;中华骨科学会骨科分会委员;北京大学医学部学术委员会委员;中国脊柱脊髓杂志副主编;中国微创外科杂志副主编;中国骨与关节杂志副主编;中华外科杂志及中华骨科杂志编委。中央保健委员会会诊专家;第十一届及第十二届全国人大代表。

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