北京大學第三附屬醫(yī)院劉忠軍：3D打印機內植物在骨科的應用

2018年6月17日，第五屆世界3D打印技術產業(yè)大會在佛山舉行，來自北京大學第三附屬醫(yī)院大外科主任劉忠軍教授做了主題報告，下面是報告全文。

劉忠軍：尊敬的各位嘉賓、各位朋友，和今天上午企業(yè)介紹的內容不一樣，我從一個外科醫(yī)生的角度介紹一下3D打印技術在骨科領域的應用。

我介紹一下3D打印機內植物在骨科的應用。

目前3D打印技術在骨科應用大概幾個方面，第一是做模型，這是比較簡單的一塊，無論解剖模型，還是病變模型，都可以用3D打印技術很容易打出來，來指導我們臨床上的一些應用，比如打印出解剖模型做教學，甚至給醫(yī)生做治療參考。第二部分做導板，就是應用這個模型做一些相應的工具，在手術當中引導我們的醫(yī)生能夠更精準、更安全地做手術。今天我主要介紹用金屬鈦合金材料所做的內植物在骨科領域的應用。

為什么要用3D打印內植物在骨科里面？由于內植物具有非常顯著的優(yōu)勢，第一個優(yōu)勢，3D打印可以打印出任何特異的形狀，而我們人體的解剖結構特別是骨科解剖結構用于3D打印的優(yōu)勢，因為我們的解剖結構并不是規(guī)則形狀，所以用3D打印出來的內植物更適合于我們的解剖。第二個優(yōu)勢，這個可能是各行各業(yè)不關注，但是在臨床領域非常關注，這些內植物可以做成微孔形狀，它在骨骼之間能夠提供骨組織生長的可能性，實現整合。目前在中國3D打印骨科應用到什么地步呢？目前有三項內植物已經成為產品正式應用于臨床，例如髖關節(jié)髖臼杯。這個目前國內已經應用幾千例，反饋回來的信息非常好。它的價格怎么樣？和同類產品相比3D打印要更好一些。

還有3D打印的個體定制化。我們來看一個病例，這是12的男孩，得了第二頸椎的惡性腫瘤。針對這種腫瘤以往怎么治療？把腫瘤切掉以后，在手術之前要給病人打一個外部固定架，病人要背負沉重的鐵架幾個月，而且在這個過程中也容易出現很多問題。我們能不能改進？首先我們做了一個和解剖貼合的人工椎體，然后用固定，這樣它的強度是不是能夠大大提高，我們就按照這個設想，研制出了第一個人工樞椎。在2014年7月份，我們成功地做了這個手術，把人工樞椎植入到病人體內，手術上是突破性的，當時這個人工樞椎的使用也獲得國內外廣泛關注，國內外七百多家媒體進行了相關報道，我們的相關論文也在國際權威雜志進行了發(fā)表。

在這之后，我們又做了第二例，也是一個年輕的女孩，也是得了這種腫瘤，切除之后的第二天她就可以戴一個普通頸椎病一樣下床。至今我們一共完成了8例，都獲得很好的效果。今年3月份做的一例從病人復查情況就可以看到恢復得非常好，病人也非常高興。以往一個難度很高、風險很大的手術用3D打印技術把它做到了幾乎完美的完成，對病人來講挽救了他的生命，在他深厚還有一個幸福的家庭。

剛才講的是一個階段的腫瘤切除，還有多節(jié)段的就更復雜，4個節(jié)段的脊椎腫瘤也可以用3D打印的內植物做腫瘤切除之后的替換。這些疾病病例沒有3D打印技術之前醫(yī)生可能面對它會感到束手無策，有了3D打印就給我們提供了這樣一個非常好的技術，使這個疑難疾病得到很好的治療。

還有上頸椎部位，可以告訴大家，像這樣的病例在骨科領域是大家公認非常難的一個部位，它的手術非常復雜，因為這個地方的解剖結構非常多。但是有了3D打印技術以后，我們臨床醫(yī)生就可以做各種設計，來改進治療。這是我們做的兩例非常復雜疑難的病例，用3D打印技術做了很好的解決。

3D打印技術所制作的內植物有沒有可能修復大跨度的骨缺損。這是40歲的男病人，他得了腫瘤在胸椎和腰椎，從第十胸椎到第二腰椎，結構都被腫瘤破壞了。目前全世界治療這種疾病最有效的手段是把腫瘤徹底切除，然后把病人的脊柱做結構重建，這樣只有才能挽救這個病人。五個節(jié)段都被侵犯，手術技術已經可以達到做徹底的切除，但是切除之后怎么辦？可以說以往沒有一個合適的技術來提供我們做這種腫瘤切除以后的結構重建。這個病人我們?yōu)樗麑嵭惺裁粗委熌兀渴紫鹊谝淮问中g先做后方脊柱結構做了完全切除，第二次首期椎體也做完全切除，但是這個手術本身而言也是我們中國醫(yī)生的驕傲，這樣的病例拿到全世界恐怕也沒有第二個。把五節(jié)錐體做了完整切除以后，一個3D打印的人工椎體支撐到脊椎前方結構。3D打印我們可以做所需要的任何設計，我們在這個人工椎體上設置了4顆椎功根結構，用這個結構可以把前后方的內部定物緊密連接起來，這樣一來強度就會大大增加。盡管這么大的手術切除，手術后怎么辦？左邊這個圖就是整個病例實際情況，骨骼也是3D打印出來的，最后是這樣一個重建結構。這個病人3個月就已經完全恢復到正常狀態(tài)，6個月可以開車、騎車，11個月已經到南海去旅游了。可見，用3D打印這樣一個技術可以把一個非常疑難的病例解決到讓病人完全恢復到正常生活狀態(tài)。前不久是這個病人手術以后兩年來復查的情況，這個病例除了治療效果以外，我們還關注什么？關注人工假體和兩端骨的結合情況，結合得非常好。這樣的病例目前為止我們已經完成了20例，五節(jié)段是比較罕見的，加上四個、三個、兩個節(jié)段的一共有20例。

在四肢骨上，26歲的男性病人，右側骨股由于骨折以后做了手術，很不幸手術之后感染形成骨髓炎，出現了大段的缺損。這個病人來到我們醫(yī)院以前已經花了40萬人民幣，是一個傷口化膿感染骨髓炎狀態(tài)�，F時治療都有哪些治療？把這段有病的骨頭切掉以后，用自體骨做填充，外部一個支架和簡單固定，等這個骨慢慢結合，大家可以想這個時間有多長，或者用一個外部的固定架固定起來，等待骨骼自行慢慢長到一起，這個周期非常長，而且即便周期很長以后這個療效也是不確定的。

目前對這樣的疾病有了越來越治療方式，我們國外同行也做了一些新嘗試，包括也使用3D打印技術，但是他們的理念還是什么？用3D打印做一個金屬的網架，然后在這個網架填充上自體骨或者移體骨，支撐到兩個骨的斷端，讓骨慢慢生長。雖然方式已經在以前基礎上有了大大改善，但是整個周期還是非常長。

我們采用一個全新理念，把金屬內植物植到病變缺損的兩端，當然早期經過了一系列處理使感染完全得到控制以后才做了最后一步。把這個假體植到兩端以后，我們沒有放任何的組織，植到骨頭斷端以后的情況，手術以后幾天可以下定活動了，前幾天是手術后6個月來復查，這個病人手術以后2個月就可以回到工作崗位工作。

這個病例和剛才的類似，一個女病人外傷以后出現了骨缺損，我們采用相類似的技術也做了修復，這是手術后的情況，這個病人在我們完成手術之前有4年的時間是單腿跳著走，那一條腿完全不能用力，這是手術之后很早期病人已經開始柱拐下床走動了，這是一個根本性的變化。這是3D打印技術給我們提供的這樣一個成果。

從我們臨床實踐情況來看，我們就有了一個進一步研究的思路。以往我們脊椎的骨和四肢的骨由于腫瘤、由于感染、由于外傷缺失以后，我們以往關鍵是什么？或者是用自體骨或者異體骨植到骨斷端，等待它慢慢生長，改進的方式是用一些金屬支架把它支撐到骨的斷端，支架里面還是要填充骨頭，等待這個骨慢慢生長。

我們新的思路是能不能不用這些周期這么長的手術，而且骨的來源本身也是一個很困難的問題，所以我們如果用這種3D打印的微孔金屬假體做支撐，我們可以想一些方式讓他早期得到非常好的固定。好處是病人早期就恢復功能，最終得到很好的骨與假體的整合。

實際上我們再進一步檢查可以看到它的內部結構也是長得非常好，這是手術以后一個月和三個月拍攝X光片看到的情況。

臨床上我們也拿到一個寶貴的標本，這個標本來自于北京大學人民院，他們是骨盆股腫瘤做手術以后復發(fā)取得出來的標本，提供了一個我們在人體上觀察3D打印人工假體結合的圖像。我們來觀察假體和骨之間結合的情況，我們看到非常精密的結合。右邊幾個彩色圖是硬組織切片，我們把人體組織和金屬假體同時做切片，看看骨細胞能不能結合得很好，也看到結合得非常好。這幾張圖像也是外行人不一定能夠看懂，可以告訴大家的是這幾張圖像里面，左上角是不做任何處理的3D打印人工假體和骨結合的情況，骨細胞可以明顯長入到微孔里實現融合。如果我們加一些技術處理，中間的圖是做酸蝕技術以后看到骨長得更好，右邊的圖是處理3D打印微孔的表面，不僅看到大量骨細胞長入，而且看到血管長入，如果表面做一些處理，會使這個骨長得更快更好。

我們看到的是，如果我們把微孔金屬里邊再加一些促進骨生長的因子，也可以使骨組織長得很好。加入一些新藥物可以促進骨的整合。再有，如果我們把微孔假體作為一個載體的話，我們還可以把3D打印技術變成4D打印技術。什么是4D？加一些藥物局部起到作用，讓它增加功能。比如微孔里面加入了萬古霉素（音），看到萬古霉素（音）的可以起到很好的局部抗菌作用。按照這個思路我們還可以再繼續(xù)研究，如果加入抗結核的藥物可以抗結核，加入抗腫瘤的藥物可以抗腫瘤，所以3D打印技術還有進一步的發(fā)展空間。

通過3D打印技術來修復各種原因的造成的骨缺損，即便大跨度的缺損，我們脊椎上的五節(jié)腫瘤切除的跨度達到19個厘米，都能得到很好的修復。再有從我們的實踐和實驗的研究來看，還可以設置成附帶功能作用的假體，使它也成為植骨材料，當有骨缺損的時候都要放如自體骨或者異體骨，如果把金屬假體也作為一種材料，也可以實現這種結合，這也是我們3D打印技術的未來發(fā)展趨勢。

謝謝大家！

老夫明確的說，靠 醫(yī)療 教育 撐不起來 3D打印的市場。而且，真的踏實做事情的，也擠不進去。

lufeipeng3d 發(fā)表于 2018-6-24 22:09
老夫明確的說，靠 醫(yī)療 教育 撐不起來 3D打印的市場。而且，真的踏實做事情的，也擠不進去。

醫(yī)療和教育的市場也是很大的