3D打印技術骨科應用步入純國產(chan) 化

　　自主創新“定製”骨骼助患者挺直脊梁

　　目前，3D打印定製化假體(ti) 在骨科臨(lin) 床上已有廣泛應用，如3D打印人工髖臼假體(ti) 、肩胛骨假體(ti) 、骨盆假體(ti) 、胸腰椎人工椎體(ti) 及個(ge) 性化假肢等。3D打印的各種不同形狀的內(nei) 植物，也幫助醫生解決(jue) 了脊柱腫瘤、嚴(yan) 重創傷(shang) 等疑難重症的治療問題。

　　◎實習(xi) 記者 孫 瑜

　　“沒問題！之前的症狀都沒有了……”近期，一位患者在北京大學第三醫院骨科門診複診時這樣表示。此前，該患者接受了椎體(ti) 置換手術，手術植入了純國產(chan) 的“自穩型”3D打印鈦合金微孔結構人工椎體(ti) 。據了解，該人工椎體(ti) 的基礎材料鈦合金粉末是國產(chan) 的，生產(chan) 該椎體(ti) 的3D打印設備也由我國自主研發。這枚“自穩型”3D打印鈦合金微孔結構人工椎體(ti) 的植入，標誌著在3D打印技術骨科應用領域，我國不僅(jin) 擁有相關(guan) 創新產(chan) 品自主設計、研發的能力，且擁有以國產(chan) 設備和材料進行生產(chan) 的能力，實現了從(cong) 原始設計到產(chan) 品研發製造的全過程創新。

　　開辟3D打印骨骼國產(chan) 化道路

　　椎體(ti) 置換應用於(yu) 頸椎病、頸椎腫瘤等多種需要切除椎體(ti) 進行治療的患者。目前，國內(nei) 外頸椎椎體(ti) 切除的修複技術通常采用鈦網加鈦板和螺釘的方法，即切除椎體(ti) 後，用一種圓柱狀鈦網結構放置在切除椎體(ti) 之後的骨缺損區，再將一塊鈦板放在鈦網前方，鈦板的上、下端用螺釘固定在相鄰椎體(ti) 上。因為(wei) 裝置需要組合，所以固定強度有所減弱。同時，起固定作用的鈦板覆蓋在手術椎體(ti) 的前後兩(liang) 端，而頸椎前方即為(wei) 食道，鈦板的突出部分易對食道造成擠壓。

　　“‘自穩型’3D打印鈦合金微孔結構人工椎體(ti) 就這一問題進行了改進，去掉了給患者造成擠壓感的鈦板，直接將螺釘和椎體(ti) 組合，植入體(ti) 與(yu) 頸椎表麵平齊，實現了‘零切跡’。”作為(wei) 上述植入“自穩型”3D打印鈦合金微孔結構人工椎體(ti) 患者的手術醫生，北京大學第三醫院脊柱外科研究所所長、骨科教授、主任醫師，醫用增材製造技術醫療器械標準化技術歸口單位專(zhuan) 家組組長劉忠軍(jun) 指著人工椎體(ti) 模型說，前期研究證實“自穩型”3D打印鈦合金微孔結構人工椎體(ti) 生物力學性能較以往使用的鈦填充物更好，且使手術更加簡潔。他介紹，這款“自穩型”3D打印鈦合金微孔結構人工椎體(ti) 已在國內(nei) 上市1年多，醫療單位使用反饋很好，未來將逐步推向國際市場。

　　在90%以上高端醫療器械依賴進口的背景下，3D打印人工椎體(ti) 的國產(chan) 化道路並不容易。作為(wei) 國家重點研發計劃項目“骨科個(ge) 性化植入假體(ti) 增材製造關(guan) 鍵技術及臨(lin) 床應用”牽頭人，劉忠軍(jun) 坦言，這款“自穩型”3D打印鈦合金微孔結構人工椎體(ti) 是“一點點摸索出來的”。

　　最開始，劉忠軍(jun) 想利用3D打印做出人工樞椎。但醫生和工程師的語言並不在同一個(ge) “頻道”上。醫學專(zhuan) 用術語和解剖名詞，工程師聽不懂；計算機和工程專(zhuan) 業(ye) 語言，醫生也難以理解。

　　“後來我用橡皮泥捏了一節樞椎椎體(ti) 模型交給技術人員，讓他們(men) 先照著打印出來。”劉忠軍(jun) 說，然後雙方再就著模型反複溝通修改，靠著這樣的“笨方法”，劉忠軍(jun) 研究團隊最終打印出3D人工樞椎。

　　3D打印與(yu) 骨科應用“一拍即合”

　　3D打印又稱增材製造技術，是製造技術的一次革命性突破。近年來，這個(ge) 來自工業(ye) 領域的技術在醫療領域也作出了不小貢獻——製作醫學模型、輔具、假肢、手術導引裝置等。當然，還有3D打印骨骼。

　　劉忠軍(jun) 告訴記者，3D打印技術在骨科領域有獨特的應用優(you) 勢。“一方麵，骨組織CT掃描圖像可便捷地轉化為(wei) 3D打印的數字文件；另一方麵，骨骼解剖結構複雜且為(wei) 硬組織，形態相對恒定，這恰恰也是3D打印技術產(chan) 品的特征。”

　　早期，3D打印技術在骨科領域多應用於(yu) 製作骨骼模型，為(wei) 醫學教育、臨(lin) 床診治和醫患溝通提供便利。2010年前後，隨著金屬3D打印機麵世，3D打印技術製作金屬材料人體(ti) 內(nei) 植物成為(wei) 可能。以脊柱外科為(wei) 例，3D打印技術不僅(jin) 可以製造手術操作導板，提高術中穿刺或螺釘擰入的精準度，還能製作出有利於(yu) 修複、重建骨結構及功能的鈦合金內(nei) 植物。

　　“目前3D打印骨科內(nei) 固定物多采用鈦合金。鈦合金也是3D打印最常用的金屬材料之一。鈦合金和人體(ti) 組織的相容性很好，不會(hui) 出現過敏等免疫排斥現象。近年來，鈦合金在骨科領域的應用已非常成熟。”劉忠軍(jun) 介紹。同時，他表示，鈦合金椎體(ti) 還可以設計成像海綿一樣的微孔結構，這樣，人體(ti) 相鄰正常椎體(ti) 的骨細胞就可以長入其中，最終實現融合，大大增強了牢固性。“這在醫學領域屬於(yu) 非常重要的性能。”他表示。

　　在3D打印技術應用於(yu) 骨科前，科技工作者也進行了個(ge) 性化骨關(guan) 節假體(ti) 的設計、應用與(yu) 轉化研究。然而，傳(chuan) 統的標準化假體(ti) 無法重建或效果不佳，設計難度和較長的製造時間嚴(yan) 重限製了其臨(lin) 床應用。

　　“但3D打印能夠定製患者需要的複雜人體(ti) 骨骼，為(wei) 骨科手術從(cong) ‘削足適履’到‘量體(ti) 裁衣’的治療模式轉變提供了契機，實現了真正意義(yi) 上的‘個(ge) 性化’與(yu) ‘精準化’治療。”劉忠軍(jun) 說。

　　目前，3D打印定製化假體(ti) 在骨科臨(lin) 床上已有廣泛應用，如3D打印人工髖臼假體(ti) 、肩胛骨假體(ti) 、骨盆假體(ti) 、胸腰椎人工椎體(ti) 及個(ge) 性化假肢等。3D打印的各種不同形狀的內(nei) 植物，也幫助醫生解決(jue) 了脊柱腫瘤、嚴(yan) 重創傷(shang) 等疑難重症的治療問題。

　　全鏈條自主創新需久久為(wei) 功

　　未來，3D打印在骨科方麵的應用還有巨大的發展空間，我國科研人員和企業(ye) 還要進一步發揮創新能力，推動該領域全鏈條自主創新，造福更多患者。劉忠軍(jun) 告訴記者，目前已有相關(guan) 研發團隊探索使用鎂金屬製作3D打印人體(ti) 內(nei) 植物。“鎂合金具有很好的修複、重建骨結構及功能的性能，同時它還具備一定的抗感染能力，能夠減少相關(guan) 感染合並症。”

　　這是未來3D打印骨科應用材料創新的一個(ge) 方向。能不能設計出更好的3D打印內(nei) 植物，使其和患者體(ti) 內(nei) 骨組織更快結合，縮短疾病治療周期？能不能在內(nei) 植物表麵附著促生長藥物，讓骨頭長得更快？能不能在內(nei) 植物微孔中放上緩釋藥物，在起到支撐作用的同時治療疾病？這些都是值得科技工作者進一步思考和研究的問題。

　　此外，盡管3D打印人工椎體(ti) 已邁出了關(guan) 鍵性的國產(chan) 化腳步，但在劉忠軍(jun) 看來，3D打印人工假體(ti) 領域實現全鏈條自主創新還需久久為(wei) 功。

　　“雖然我國已經擁有了自主生產(chan) 3D打印人工椎體(ti) 的技術，但其應用範圍仍不大。”劉忠軍(jun) 說，大部分3D打印設備和材料依賴進口，目前國產(chan) 的3D打印設備和醫療原創材料仍非常少。

　　劉忠軍(jun) 建議，國家要製定相關(guan) 政策鼓勵和支持3D打印醫療器械國產(chan) 化，推動臨(lin) 床科研創新和產(chan) 學研一體(ti) 化，加強院企合作，實現3D打印骨科應用材料、設計、研發、生產(chan) 等環節全鏈條自主創新，以造福更多患者。

　　“這也是中國骨科科技創新從(cong) 追隨、並跑向引領轉變的重要機遇，我希望看到3D打印技術和骨科應用更緊密的聯合，實現更高水平的科技自立自強。”劉忠軍(jun) 說。(科技日報)