刘忠军骨科 3D打印技术 骨科的“治疗技术革命”——访北京大学第三医院骨科刘忠军主任

被誉为“第三次工业革命”的3D打印技术一经问世,就引起了全世界的关注。虽然3D打印技术在20世纪90年代中期就已成为现实,但直至21世纪才得到真正意义上的应用和推广。

随着3D打印技术“魔力”不断展现,许多奇思妙想在一夜间变为现实,也悄悄改变着航空航天、汽车制造、文化创意等领域,因而越来越受到人们的高度重视。

近年来3D打印技术越来越多地被应用到医学领域,特别是它在骨科领域的应用潜能越发为人们所关注。为此,骨科在线记者就3D打印技术在骨科领域未来发展及前景等问题,采访了世界首位利用3D打印技术完成人工枢椎椎体重建的专家——北京大学第三医院骨科刘忠军主任。

刘忠军教授

骨科在线:3D打印技术出现于20世纪90年代中期,至今已有二十多年。如今,3D打印技术已深入各个领域,仿佛无所不在。随着3D打印技术在医疗领域应用的不断拓展,人们似乎对这一新技术的舆论导向也趋于两极。有些人认为这项新技术无外乎是“吸引眼球”;也有人认为它“无所不能”。对此,您如何评价?

刘忠军主任:任何新技术在出现之初都容易受到追捧和质疑,自然也容易造成两级的言论。有人认为新技术非常好,无所不能;也有人认为新技术是噱头,是为了吸引大家的眼球,并不一定实用。3D打印技术也不例外。

对于3D打印技术来说,在其发展之初,大家对这项新技术了解不多,但随着3D打印技术在医疗行业,特别是在骨科的应用越来越频繁,才逐步让大家认识到这项新技术不可小觑。

3D打印的特点与骨科的应用关系密切,且包含内容比较广泛。

首先在材料选择上,目前全球范围已有塑料、高分子、金属等多种材料的3D打印产品面世,且每一种材料都有自己的特点。

其中,塑料3D打印材料,即便在最低限度上也能帮助我们展现正常解剖和病变模型。大小与结构逼真的解剖模型为医生制定疑难病例手术计划提供了有益帮助,让手术更安全、更精确。而金属材料的3D打印更为重要,如今大量的内植物大多采用已经被证实具有良好可靠性和安全性的医用金属材料,如钛合金、钴铬合金、钽等。研究证明,这种应用增材制造工艺制造的产品其机械力学性能也与传统锻造合金产品相近,可满足临床需求。

其次,3D打印除了制造实体外,还可以制造出类似骨小梁结构的微孔,呈现更优异的骨整合效应,可有效促进骨骼愈合,显著提高临床疗效。而这一优势是传统骨科手术内植物所不能企及的。

可见,3D打印并非“吸引眼球”的技术,更不可能随风飘过,它可以引导医生用更智慧的手段完成更高效、更优质的手术,在医学领域中的应用也会越加广泛。当然,3D打印技术虽好,但也并非无所不能,更不可能取代骨科所有传统技术。俗话说,“尺有所长寸有所短”,在3D打印技术的应用中,我们应该持适度接受的态度,并对其进行理性的分析。

骨科在线:如今3D打印技术被广泛应用于医疗行业。请问3D打印技术在骨科中的应用主要体现在哪些方面?主要作用有哪些?

刘忠军主任:3D打印技术目前已被广泛应用于医疗行业,尤其是骨科领域。它的应用和作用主要表现为以下三个方面。

第一是模型制作。3D打印技术可以制作病变部位的解剖模型和病变模型,比如说骨肿瘤,关节、脊柱畸形等。可以利用临床影像学资料,经数据转换后制作出与病变形态完全相同的模型,为医生有效完成手术前计划提供了极大的便利,具有教学和临床指导作用。

第二是手术导板技术应用。目前关节外科已经开始使用导板工具进行手术。定制化精致导板工具在有效减少了手术器械、手术步骤的同时,更提高了手术的精准度。

第三是金属内植物的使用。到目前为止,我们已经完成了3项金属内植物临床观察,包括人工髋关节的臼杯、颈椎椎间融合器和颈椎人工椎体,使用效果非常不错,正在做上市前的审批。

骨科在线:目前,由于3D打印审批受限,请问3D打印注册问题如何解决?3D打印技术在医疗领域发展及前景如何,今后能否被广泛应用到骨科临床中?

刘忠军主任:3D打印作为一项新技术,在审批过程中遇到了瓶颈,这也是预料之中的事。在新技术的研发和应用中,尤其是医疗领域中新技术、新产品的应用,产品的安全性会受到社会广泛关注和质疑。要解决这一问题,就必须从几方面入手。

第一,从事临床研究的专家必须要注重临床安全,不能因为是新技术就忽略它的安全性。要保证科学研究的严谨性,确保我们研制出来的3D打印产品安全可靠。

第二,在审批注册环节中,我们还需要与相关部门的领导进行深入有效的沟通,让他们了解3D打印对医疗行业的重要性,以及它的安全性。

第三,欧美等国家对定制化产品,在政策和审批环节比较宽松,但监管力度十分强劲有效。为了保证3D打印产品的安全性,他们一方面鼓励发明创造,鼓励新型产品的设计和应用;但另一方面,则在监管环节增加力度,且非常严格。因此,需要将这些重要信息提供给相关部门,以便更好地借鉴外国同行的经验,更好地完善我国体制,让医生、专家的发明创造能够尽早成为安全可靠的新型医疗器材,更好地为患者服务。

为了能让3D打印尽早应用于临床,并设立相应的法律法规和评审制度,在今年的人民代表大会上,我也向有关部门提交了建立“定制化骨科医疗内植物”法规的建议。而此次大会上,我们也特别邀请到了北京市科技委员会以及国家食品药品监督管理总局等相关部门领导,通过学术交流,让他们了解3D打印新产品、在医疗领域的重要性以及它的美好前景,以促进相关法规的建立。

骨科在线:作为世界首位利用3D打印技术完成人工枢椎椎体重建的专家,请您谈谈3D打印技术在这一手术中的作用。

刘忠军主任:以精确解剖结构重建人体缺失的骨骼一直是临床医生追寻的目标,3D打印技术在骨科的应用,让人类这一愿景成为现实。而人工枢椎椎体重建这一手术则充分体现了3D打印的优势。

以往这类传统重建手术难以获得满意的稳定功能,而3D打印技术却能轻而易举地解决这个问题,使骨骼上下连接更合理,解剖结构之间连接更牢固、更利于固定,且保证了手术后这一部位的安全性。

这一病例体现了3D打印的一大优势就是微孔技术。在以往的此类传统手术中,我们通常采用在金属笼子里填充碎骨的方式,这在一定程度上增加了手术的创伤和复杂程度。而利用3D打印技术,将带有微孔的金属假体植入,使其上下相邻部位的骨骼直接融合,不仅简化了手术程序,也有利于骨骼的生长。

此外,这一病例还体现了3D打印的定制化特点。由于每人枢椎大小形态各异,用同一型号植入物替代,显然不符合人体需求。在这个病例中,我们完全按照患者枢椎大小进行定制,植入物完全吻合。而3D打印这一“私人订制”的优势,也是未来3D打印的重要发展趋势之一。

骨科在线:请问,今后您还将在骨科3D打印技术领域开展哪些工作,以促进3D打印技术的发展?

刘忠军主任:需要开展的工作很多。首先,我们将针对人体不同部位骨科疾病,开发研制适用于不同部位的新型内植物,以满足临床治疗的需求。其次,目前微孔金属还需完善,我们在微孔研究领域还需进行大量的研究工作。例如,微孔设计成什么形态最适合骨骼生长; 3D打印未来是否能完全按照人体骨骼及骨小梁的形态进行设计;微孔能否更好地与骨骼融合等等。

另外,我们还将研发微孔表面处理工艺。例如,利用新型材料覆盖微孔表面,以促进骨骼更好地生长,缩短骨骼愈合时间。或在微孔中加入活性物质,让它具有抗感染、抗肿瘤等作用,这些技术都需要我们科研人员进行大量研究和开发。