刘忠军北医三院 【燕园学人】创新路上又一程:访北医三院骨科主任刘忠军
【燕园学人】创新路上又一程:访北医三院骨科主任刘忠军
新闻纵横
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2013年夏,30余例在北医三院骨科接受3D打印脊柱内植物手术的病患,开始陆续向研究团队反馈初步的临床结果。团队负责人、北医三院骨科主任刘忠军教授兴奋地宣布:临床观察的初步结果,证实了3D打印颈椎人工椎体和颈椎椎间融合器用于颈椎固定与融合手术的安全性、有效性及优越性。北医三院也成为最早在中国将3D打印技术引入骨科治疗领域的医院之一。
这是北医三院骨科在半个多世纪的创新之路上的又一次收获,也是刘忠军30多年从医生涯中的又一次成功的大胆尝试——用创新,不断接近医学“解除人类病痛、助完美健康”的终极目的,已成为他不断践行的座右铭。
北医三院骨科主任刘忠军教授
3D打印骨科植入物:大有可为的新尝试
3D打印技术兴起于上世纪,是一种以数字模型文件为基础,运用粉末状金属或塑料等可粘合材料,通过逐层打印的方式来构造物体的技术。3D打印直接从计算机图形数据中生成任何形状的零件,可以极大地缩短产品的研制周期,提高生产率和降低生产成本。3D打印机被研制成功以来,其应用范围一直在不断扩大,医学就是较早使用这一技术的领域之一。
作为一名脊柱外科专家,刘忠军经常要在手术中为病人植入各种人工植入物。“比如脊柱的肿瘤手术,把肿瘤切掉之后,相应的部位需要有填充物固定,我们现有的办法是用金属钛网里面填充骨头再固定。因为要切好几个节段脊椎,彼此也无法建立联系,完全是靠压力把钛网夹在中间,所以它的牢固程度还是不太理想。
”传统植入物制造方式会给患者和医生带来种种麻烦,无论是病人在手术后承受的痛苦、可能出现的固定松动还是患者康复中遇到的困难,都成为刘忠军渴望解决的问题。
2010年,一家长期与北医三院开展临床研究合作的医疗器械公司在骨科几位医生的建议下引进一台瑞典专利的钛合金3D打印设备。钛合金3D打印技术的学名是电子束熔融(Electronbeammelting,EBM)。
这种技术可以将与人体组织高度相容的钛合金粉末作为材料,通过对专业医学图像数据做进一步处理,用3D技术打印出与患者解剖结构高度一致的钛合金植入物。“大家较为熟悉的3D打印技术是以塑料为材料,而在医学上,尤其是骨科内植物领域,3D打印技术使用的材料是与人体高度相容的钛合金。
”这台设备引起了刘忠军的注意,他敏锐地感觉到3D打印骨科植入物将为他长期关注的问题找到解答。“3D打印人工植入物有几个明显的优势,”刘忠军介绍,“首先是解决骨科植入物形状特异的需要。
”人类的脊椎骨骼大多形状十分不规则,比如寰枢椎的特殊结构,传统的制造手段就很难实现,植入后也只能做到部分贴合,牢固性也随之大打折扣。而3D打印,通过增材制造的方式,可以完美地生产出特异性结构,同时也可以更好地做出符合病人具体需求的、个性化的产品。
3D打印还具有另一个让刘忠军感到振奋的医学优势。“人类的骨骼是有孔隙的,这些孔隙为骨细胞的生长提供了空间。而3D打印的人工植入物完全可做成与骨组织相似的孔隙。”这一结构为骨细胞的生长提供了可能,促进真骨与人工植入物的融合,在牢固性上有极大的优势。
刘忠军展示3D打印颈椎人工椎体
考虑到3D打印技术潜在的各种优势,刘忠军立即带领骨科的同事们当年就投入到实验之中。2010年到2013年三年的时间内,刘忠军带领的团队进行了十几项用于脊柱外科的3D打印植入物研究。在羊身上进行的动物实验结果令人满意——内植物植入羊颈椎后,骨融合情况良好,Micro-CT扫描及硬组织切片镜下观察均可见骨组织或骨细胞长入内植物金属孔隙的情况,生物力学测试显示,3D打印人工椎体植入羊颈椎后,力学稳定性能随植入时间延长而逐渐增强,内植物与相邻骨组织间融合良好。
2012年,刘忠军的团队获准进行人类临床试验,包括人工髋臼、颈椎椎间融合器和颈椎人工椎体在内的三个产品正式进入临床观察阶段。12月,一位54岁的女性颈椎病患者成为世界上第一个在北医三院接受3D打印颈椎植入物的受试者。
刘忠军介绍,“大多数患者都愉快地参与了这项新技术的尝试,通过对照,初步的情况证明这是一项安全、有效的技术,从脊柱外科的角度来看,可以在相当程度上取代传统的方式。在3D打印技术应用方面,目前在关节外科领域,国外已经有相关研究,但在脊柱外科领域,目前我们还没有查到任何相关文献。我们非常期待在这项技术的研究发明上,中国能走在世界前列。”
除了应用于脊柱外科,刘忠军团队的成功也让许多医学的其他领域看到了希望。“3D打印技术在整形外科、神经外科和口腔外科等领域都大有可为。目前我们正在与许多同仁共同开展交叉研究,希望能让这项技术更加成熟。” 刘忠军显得踌躇满志。
锐意创新:不断寻找新的研究点
将3D打印人工植入物引入骨科治疗,只是刘忠军及其所在的北医三院骨科不断创新的一个缩影。这个拥有55年历史的科室,最重要的特色之一就是勇于创新。上世纪五十年代末至六十年代初,杨克勤教授在国内率先开展了腰椎间盘突出症和颈椎病的手术治疗,这在当时尚处于初始阶段的国内脊柱外科,是一种大胆的尝试和探索。
作为现任的骨科主任,刘忠军很重视这一优良的传统,也致力于不断推动骨科创新能力的提升,尤其是在北医三院这样一家医疗任务异常繁重的医院,管理者需要更多的精力来推动创新研究的开展。“临床工作与科研创新既矛盾又统一。
北医三院是北京市门诊量最大的医院,骨科又是三院内最繁忙的科室之一,每年的门急诊量在十二万人次以上,去年手术就有7000多例,这样繁重的医疗工作,再加上教学任务,很容易使人陷入疲于应付的心态中。因此,我们就有意识地采取多种措施,鼓励研究和创新。”刘忠军说。
刘忠军本人就是一位胆大心细的创新者。1990年,刘忠军凭借在美国杜邦骨科研究所做博士后研究(Fellowship)期间的“五羟色胺拮抗剂治疗急性脊髓损伤”这一课题荣获美国脊柱侧弯研究学会年度最佳论文奖。
研究中的一个小细节成为成功的关键。当时,刘忠军在其导师的指导下对大白鼠进行脊髓损伤药物治疗方面的研究,但当时缺乏成熟的实验方法,始终没有找到对大白鼠给药而不对其身体产生伤害的有效途径,如采用导师最初设计的髂动脉给药方法会造成动物下肢坏死,影响实验结果。
刘忠军仔细研究大白鼠血管解剖并经过在大鼠身上反复摸索,终于成功地通过大鼠尾静脉给药解决了这个难题,从而为实验研究的成功开展奠定了基础,也赢得了时间。从那时起,刘忠军就表现出了活跃的创新能力和扎实的科研功底。
在北医三院骨科的工作中,他在国内最先开展了脊髓损伤动物模型的MR观察研究,对脊髓损伤的病理学与影像学之间的关系进行了对照研究;在脊髓损伤的干细胞移植治疗方面也进行了许多研究;还率先在国内开展脊柱肿瘤全椎体切除的基础与临床研究。如杨克勤、张之虎、党耕町等前辈一样,刘忠军带领骨科,继续在创新的道路上砥砺前行,不断取得新的突破。2007年,北医三院骨科被教育部列入“创新团队”发展计划。
海外的学习经验,让刘忠军感到,中国的医疗水平在飞速发展,但在循证医学研究方面始终与发达国家存在差距,作为研究基础的数据库建设工作十分滞后。刘忠军开始大力推行病例数据的收集、整理和电子化,加强病例的管理和数据处理系统的建设,并逐步通过吸纳有医学知识背景的医辅人员参与这项工作,经过近十年来的努力,已经逐步建立起一支病例收集与数据管理的专门队伍。
在骨科,最有效的激励创新的方式便是通过疑难重症的治疗与研究,带动各项基础研究的深入及各项技术的进步。2007年,北医三院骨科被教育部列入“创新团队”发展计划,其中主要工作和研究的内容便是脊柱疑难重症的治疗攻关。
这些内容涵盖了脊柱外科最尖端的研究课题,如寰枢椎疾病、脊柱肿瘤、严重的胸腰椎后突畸形,都是骨科领域公认治疗风险最高、难度最大的疾病,需要多个专业领域的共同参与。“我们选择组织这样的项目,就是希望借此推动整个学科的创新与发展,在解决临床实际问题的基础上提高研究水平。
”刘忠军说。“骨科对疑难重症的治疗与研究一直在持续进行中,我们也不断寻找新的研究点和创新点。3D打印技术的应用研究就是当前我们推进创新的一个新平台,可以生发出许多新的子课题和子项目。”
多年来,骨科形成了每年召开一次全国性脊柱外科学习班及专题研讨会的惯例,集合全国骨科领域的专家,共同讨论骨科领域的医学新进展、新理念,通过交流,推动新知识的传播和新技术的普及,激发新的创新点与创新热情。今年的主题被确定为“微创手术”与“精准手术”,“这两项内容都是目前国际脊柱外科手术的重要发展趋势,国内目前在这些方面相对还比较滞后,希望通过我们的研究和推广,使手术的安全性和质量都得到更大的提升。
”刘忠军说。
2013年恰逢骨科成立55周年,学习班期间举办了“北医三院骨科同学会”成立大会。刘忠军说,许多活跃在全国各地的骨科医生,都以出身于北医三院而感到自豪,他们中的许多人都在继续发扬三院骨科锐意创新的传统,在各自的岗位上做出优异成绩。而“学习班”、“同学会”等一系列活动,则成为他们与北医三院紧密联系的纽带。
医者之德:不忘社会责任
2008年,刘忠军当选全国人大代表,肩上的社会责任又重了一分。围绕着医疗界的许多热点问题,从公立医院改革、专科医师培训到国外医师执业资格管理,刘忠军代表医者不断发出自己的声音。
作为长年工作在手术台上的外科医生,刘忠军对输血相关的一系列问题有着深入的了解。脊柱手术和许多其他骨科手术普遍手术创伤大、失血量较多,要求术中及时补充血容量,纠正贫血。采用自体血回输技术,不仅可以避免血源短缺的束缚,还有许多其他优势。
“自体血回输,减少异体血的输入,节省了大量用血。同时病人用自己的血来救自己,杜绝了经常出现的过敏反应,避免了传染疾病的传播,提高了医疗的安全性。”刘忠军说。然而,由于自体血回输在中国大部分地区尚未纳入医保,医疗机构及医生也缺乏积极性,这项技术始终没有得到很好的推广。
在作为第十一届、第十二届全国人大代表履职期间,刘忠军一直在为自体血回输技术的推广而奔走呼吁。为此,刘忠军还经过相关调研提出了一系列有助于推动自体血回输的具体建议,包括将手术中自体血回输项目在全国所有地区均纳入医保、制定采用该技术的医院收费标准,以及将自体血回输工作列为医院考核指标等。
“我也希望全社会都能更好地认识自体血回输的重要意义,在未来我国的医疗工作中,尽量减少异体血的使用。”刘忠军说。
近年来,我国频繁遭受地震等地质灾害的侵袭,在抗灾抢险的第一线上,总少不了北医三院骨科医生的身影,汶川、映秀、雅安、芦山,都留下了他们的足迹。作为科主任,刘忠军更多地扮演着组织者、动员者和管理者的责任,对于骨科同仁在抗灾任务面前表现出的担当、奉献,他十分感动:“每次有抗震救灾任务时,骨科的同事们都积极响应,几乎不用动员。
我们骨科的核心组主要是从年资、能力、身体素质等方面,结合灾区的需要选拔奔赴前线的人员。我们三院骨科派出的医疗队,要思想过硬、身体过硬、业务过硬,不负‘厚德仁术’的科训。”
在灾区进行救治的紧张、关键的时刻,骨科人所积淀的高超的医术展现得淋漓尽致。2008年,在汶川地震的救灾过程中,面对骨科界公认的顽症——寰枢椎损伤,他们也能临危不乱、从容救治。这与北医三院骨科过硬的临床实践训练和不懈的创新追求也是密不可分的。
数千年的医学史上每一次的创新与跃迁,都给人类带来了巨大的福祉。正是因为坚信自己肩负着解除病痛、捍卫健康的使命,医学工作者们不断挥洒智慧与汗水。3D打印人工植入物技术的成功应用,为刘忠军和他的同事们描绘了又一幅令人欣慰的图景。而他们也将在新的研究点上继续前行——前方依然有挑战和险阻,也必将有成功的喜悦。
