当3D打印遇上骨科手术[1]

作者手记

我们自始至终都相信，所有不平凡的辉煌背后有无数平凡却感人的故事。从2009年将3D打印引进骨科手术，到2012年开始应用于临床手术，再到2014年枢椎置换手术的成功，这是5年光阴的付出。这期间他们遭遇过困难，经历过辛酸，也有过欢乐与感动，又岂是不足2000字的文字能展现的呢？

他们都是北医三院的骨科大夫，不是科研机构的研究员，所有的研究都是在工作之外挤出时间进行的。所以，我们怀着敬仰之心倾听他们的故事，品味他们曾经的付出与现在的收获。然而，我们只能“精挑细选”，希望能将最值得分享的细节讲述给更多的人，也希望我们看待任何人、任何事，都能怀着这样一种敬畏之心。

不到两平方米的办公桌上，一部3D打印机正在运转。炙热的喷头来回移动，喷出的原料一层一层堆叠。几小时之后，它将打印出一节精细的脊柱模型，大小和形状与真人脊柱完全相同。

这不是实验室，也不是工厂，而是北医三院骨科医生李梓赫的办公室。这些用聚乳酸打印出来的简易骨骼模型将用于给临床病人做演示。

3D打印骨骼，如何实现？

2014年8月，北医三院完成了世界上首例3D打印人工定制枢椎置换手术。骨科主任刘忠军教授和他的团队用钛合金粉“打印”出颈椎第二节——枢椎，替换坏损椎体，让12岁的小患者明浩恢复健康。

这不是北医三院第一次将3D打印骨骼用于临床手术了。据骨科医生李梓赫介绍，北医三院已完成40余例3D打印骨骼植入手术，涉及脊柱及关节外科等多个领域。

相比传统的骨科植入物，3D打印植入物可以与患者的正常骨骼完全贴合，多孔结构也能促进骨骼的生长融合，为术后恢复带来很大的便利。那么，问题来了，3D打印骨骼到底是怎么实现的呢？

3D打印是一种以粉末状金属或者塑料等可黏合材料为原料、以数字模型为基础进行逐层打印的技术。

用3D打印技术打印骨骼，过程并不复杂。首先建立骨骼的数字模型，然后将打印机与电脑连接。在电脑控制下，打印机内的粉末状原材料会按照一定的方向和角度喷出，先在平面上形成基本形状，然后一层一层累积形成立体骨骼。就像盖房子，先垒第一层砖，然后不断往上摞，最终形成一栋房子。

3D打印技术应用于骨科手术在国外早有先例，但中国起步较晚。2009年，北大医学部关节科教授蒋宏以访问学者身份到美国，深入接触了3D打印技术在医学领域的应用。回国以后，他同骨科教授刘忠军进行交流时，两人不约而同地提出了把3D打印技术引入骨科手术尤其是脊椎手术的想法。

由此，3D打印与骨科手术的融合之路在中国正式开启。

你行羊不行，那也不行！

在刘忠军的带领下，3D打印骨骼的研究团队很快组建完毕。团队分为科研组和临床组。科研组主要从事理论研究，并进行部分基础实验，比如动物实验，而临床组则主要负责3D打印骨骼的临床植入。

研究初期进展顺利，但在动物实验环节却卡了壳。

科研成果要应用于人体手术，需要过动物实验这一关。脊椎手术的最佳实验对象是羊，但用于实验的“羊”却总是状况百出。

上手术台之前，羊需要先进实验室准备处进行术前准备，麻醉、检测。“各项指标必须处于你需要的状态才行。”研究团队成员之一李梓赫介绍说，“很多时候，我们时间好不容易挤出来了，但你行羊不行，那也不行。”

“要是羊准备好了，你却说有事来不了，那手术准备工作就白做了，这是对别人工作的不尊重。”人的时间与羊的状态之间的协调，让研究人员头疼不已。

羊的生命力脆弱，很容易死。即便准备周全，实验中也可能发生料想不到的情况。

“有一次手术很成功，羊好好的，不知怎么回事，把它推出手术室的时候突然死掉了，还没来得及检测相应的数据。这样的话这场手术就白做了，只好重头再来一次。”

羊不止给大家带来了难题，还带来了很多目光。躺在手术车上的羊总是格外引人注目。

将手术后的羊从手术室推到观察室，有时要从人群中穿过。“本来，羊是用白色手术布遮盖住了的。但是有时候一不小心就露出个羊蹄儿了，然后你就会看到周围的人投来异样的目光。”李梓赫笑着说。

3D打印骨骼，未来行不行？

动物实验结束后，3D打印骨骼进入临床实验阶段。从2012年6月至今，3D打印骨骼植入人体的实践已有两年多。

正如前面提到的，北医三院已经成功地为40余位病人进行了3D打印钛合金骨骼植入手术，未发现3D打印植入物导致的不良反应。在临床试验中，这一技术的安全性得到了很好的验证。

目前为止，国内应用此技术的医院不超过5家。“因为大多数医务工作者对这项技术并不了解，还没有认识到其重要性，但以后肯定会慢慢了解，有越来越多的医院应用。”李梓赫说。

随着3D打印技术的成熟和成本的降低，它已不再是只存在于实验室的“高岭之花”。

在北医三院的会诊中，3D打印技术打印出的病变部位模型，方便了医师们研讨医疗方案。在北大医学部日常教学中，3D打印的人体组织模型也成为实用的教具。未来，3D打印技术将会在医疗领域发挥越来越重要的作用。

据悉，北大医学部教务处已经开始计划将3D打印技术列入医学本科生课程。

[1] 黄颖，中国语言文学系2012级本科生；房正阳，数学与科学学院2014级本科生；祝宇清，社会学系2013级本科生；谭菲，中国语言文学系2012级本科生。