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北医三院骨科团队应用3D打印技术解决又一世界性难题

2016-12-10 09:45
默菲
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  身体健壮的云女士做梦也没有想到,恶性脊柱肿瘤——脊索瘤会长在自己的颈椎上,更没有想到,除了手术,别无它法。人的颈椎由7节组成,其中2节上颈椎不仅形态特殊,而且承担了颈椎活动范围的50%左右。上颈椎对应的颈脊髓内有心跳、呼吸中枢,一旦损伤,会立即死亡……云女士罹患的恶性脊柱肿瘤累及4节颈椎。手术,预示着至少要切掉1节上颈椎3节下颈椎。这种大跨度的颈椎切除后椎体重建手术世界罕见。不应用3D打印技术,几乎成为无法完成的手术。

  2016年10月17日,北京大学第三医院(以下简称「北医三院」)骨科主任刘忠军教授收治了一位4节颈椎被恶性肿瘤侵犯的重症患者。刘教授团队给患者实施了全世界首例4节颈椎切除手术,并给患者安装上全世界首个大跨度3D打印人工颈椎。

  11月22日,距离手术结束仅一周,这个癌症患者在3D打印颈椎的帮助下已经可以起床活动了。这要是在3D打印出现之前,是没法想象的。

刘忠军教授讲解3D打印颈椎(北医三院供图)

  3D打印作为一种新技术,从概念的提出到现在只有35年。1981年,名古屋市工业研究所的Hideo Kodama首次提出了3D打印的流程,并发明了两个塑料3D打印最早的机器(1-3)。由于当时的打印技术不利于商业化,所以很多公司并没有采用3D打印技术。

  直到1983年,著名发明家Chuck Hull发明了光固化技术(Stereolithography,SLA),大大的改进了3D打印技术,才有了今天3D打印的蓬勃发展。随后Hull申请了专利保护(4),并于1986年参与创办了著名3D打印公司3D Systems,1988年第一个商业化的3D打印产品面市。由于Hull对3D打印的发展有巨大的贡献,因此被称为「3D打印之父」。2014年,Hull因这项伟大的发明进入美国专利商标局的发明家名人堂。

  2014年,时年75岁的Hull在接受CNN采访时表示,「最让我吃惊地是3D打印在医疗方面的应用,我当初没有预料到这一点。直到与医疗影像领域的人一起工作,我才发现3D打印也能在医疗领域发挥作用。」

手握自己3D打印塑像的「3D打印之父」Chuck Hull没有料到3D打印在医疗领域的巨大潜力

  实际上,一提起3D打印在医疗领域的应用,我们最先想到的都是打印心肝肺等人体器官。虽然最近几年3D生物打印有较大进展,但是3D生物打印活组织还处于科学研究阶段,远远没有到临床应用阶段。目前真正在临床上治病救人的主要是用于手术规划的3D打印人体器官模型,和高一级的不具备再生功能的人体植入物。

  刘忠军教授团队在11月15日切除了癌症患者受肿瘤侵犯的四节颈椎后,给患者安装的,就是不具备再生功能的3D打印人体植入物。「这是世界首例四节颈椎切除手术,也是全世界首次用如此大跨度的3D打印内植物修复颈椎。做这么大跨度的颈椎切除,如果没有3D打印技术,我们现在是找不到合适的固定器械了。」刘忠军教授告诉小编。

  我们先撇开高难度的四节颈椎切除手术不谈。实际上在大部分脊柱损伤手术中,需要切除的多为1-2节椎骨。对于这种小跨度的切除,还是有东西修复的,它就是钛网。钛网是钛合金制成的金属网,由于与人体兼容性好,且耐腐蚀、强度高,是骨科手术中常用的耗材。

  钛网就是把钛合金制成网状,在这个网的基础上可以根据需要做成多种性状。上图是修复头骨时使用的钛网。

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