用3D打印機(jī)打出一只塑料耳朵。有點(diǎn)科幻？其實(shí)在上海不少醫(yī)院，醫(yī)生們已經(jīng)在用3D打印技術(shù)輔助做手術(shù)；很快，第四代3D打印機(jī)也將引進(jìn)上海，它能打出鈦合金物件，有望直接用作骨科材料植入人體—— 3D打印技術(shù)“植入”上海醫(yī)院。
不久前，美國維克·弗里斯特再生醫(yī)學(xué)研究所(Wake ForestInstitutefor Regenerative Medicine)所長、外科醫(yī)生安東尼·阿塔拉（Anthony Atala）在TED演講時(shí)，當(dāng)眾捧出了一個(gè)3D打印而成的腎臟！這個(gè)粉紅色的器官柔軟圓潤，甚至有點(diǎn)粘手……全場聽眾立即起立鼓掌。
上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第九人民醫(yī)院的一些醫(yī)生也馬上在微博上轉(zhuǎn)發(fā)了這則消息，不過不是遠(yuǎn)遠(yuǎn)地瞧科幻式的新鮮熱鬧，因?yàn)?D打印技術(shù)已經(jīng)“植入”他們和不少國內(nèi)同行的工作，整復(fù)外科、骨科、口腔外科……的醫(yī)生如今都在利用它輔助做手術(shù)；雖然他們用的技術(shù)還屬“初級(jí)階段”，但已有一大批患者實(shí)實(shí)在在受益。
普通打印的“產(chǎn)品”是二維的文字、圖片，3D打印的“產(chǎn)品”是三維的立體物件；如果打印機(jī)“墨盒”里裝的是塑料，就能打出一個(gè)塑料制品，如果裝上細(xì)胞，那就能“打印”出器官。
“全耳再造”，從6小時(shí)到2小時(shí)
放暑假了，九院的整復(fù)外科病房住進(jìn)了許多“先天性小耳畸形癥”病人——他們能聽到聲音，但一側(cè)耳朵只有健全耳朵的耳垂大小，甚至幾乎沒有；為了掩飾不幸的尷尬，他們大都留著長發(fā)；而沖著張如鴻教授的全耳再造手術(shù)，他們從全國各地趕來。
全耳再造手術(shù)要先取一段病人的肋骨軟骨，然后植入耳朵部位的皮膚下，抽掉空氣，讓它像真空吸盤那樣貼緊患者頭側(cè)豎起來。當(dāng)然，軟骨植入前先要精雕細(xì)刻塑造形狀，所以過去做這樣一臺(tái)手術(shù)，張教授得在手術(shù)室里耗費(fèi)6小時(shí)。如今有3D打印機(jī)幫忙，張如鴻事先能得到每個(gè)病人“未來耳朵”的塑料模型，手術(shù)中的軟骨雕刻有了實(shí)物參照，動(dòng)作快得多，全耳再造手術(shù)由此縮短到2個(gè)小時(shí)。
3D打印是這樣幫忙的：醫(yī)生先給病人那只健全的耳朵拍CT片，獲取耳朵軟骨的各項(xiàng)數(shù)據(jù)——CT斷層掃描的過程，好似將耳朵“切”成無數(shù)層薄片，每一層都拍一張透視片；而后的3D打印，可看作CT的逆過程，它根據(jù)輸入數(shù)據(jù)一層層打印出薄片，“堆疊”出一只耳朵。只要1小時(shí)，一個(gè)栩栩如生的塑料耳朵模型就做好了。
醫(yī)用3D打印的遠(yuǎn)大目標(biāo)，是要用細(xì)胞等等“打印”出人體器官；所以，用塑料打印耳朵模型只如幼兒學(xué)步。但臨床醫(yī)學(xué)上的這一小步，已足以讓今天的醫(yī)生們興奮不已：好處明擺著?。?/span>
給張如鴻等臨床醫(yī)生幫忙的3D打印機(jī)，在上海交通大學(xué)機(jī)械學(xué)院的實(shí)驗(yàn)室里。這里有從老到新的三代3D打印機(jī)，目前用得最多是第三代，它正為上海大部分三甲醫(yī)院的骨科，以及山東、廣東、江蘇、浙江等地的一些醫(yī)院服務(wù)，每年使600多例患者受益。
九院自己也有幾臺(tái)3D打印機(jī)，除了輔助全耳再造手術(shù)，整復(fù)外科、口腔科、眼科的醫(yī)生還用它幫忙做塑料模型，在給患者修復(fù)顱骨、修整下巴、墊高鼻子、重塑顴骨……時(shí)派用場。
經(jīng)過20小時(shí)，兩個(gè)頭骨模型被完整打印出來
高難手術(shù)設(shè)計(jì)，不再“憑空想象”
今年早些時(shí)候，英國《經(jīng)濟(jì)學(xué)人》雜志在一篇封面報(bào)道中介紹說，在代表未來制造業(yè)的新型工廠里，3D打印機(jī)根據(jù)事先擬定的數(shù)字化設(shè)計(jì)圖，打印出各種精細(xì)的零部件……這使得制造業(yè)擺脫了百多年來標(biāo)準(zhǔn)化、大批量生產(chǎn)的模式，走向個(gè)性化、定制化和快速反應(yīng)的新時(shí)代。
3D打印機(jī)最適合臨床醫(yī)學(xué)，因?yàn)槊總€(gè)病人要用的“零部件”，都必須個(gè)性化定制。
醫(yī)用3D打印機(jī)也依照設(shè)計(jì)圖行事，這張圖紙的基礎(chǔ)是給患者拍攝的CT片，聽取醫(yī)生的意見后，工業(yè)設(shè)計(jì)師負(fù)責(zé)修整優(yōu)化。
安東尼·阿塔拉醫(yī)生展示的打印腎臟，雖然還不具備功能，無法用于移植，但已經(jīng)比打印塑料耳朵模型進(jìn)了一大步。
器官3D打印，有賴于生物材料、干細(xì)胞、組織培養(yǎng)等多學(xué)科的科技突破。有的技術(shù)路線，是先用生物材料打出“骨架”，再在它上面進(jìn)行干細(xì)胞培養(yǎng)，誘導(dǎo)形成組織；有的則設(shè)想直接打印生成器官；更大膽的想法，是用打印機(jī)直接在人體上打印，連植入都省了。
上海醫(yī)生眼下用的3D打印技術(shù)，還很初級(jí)，但好處不少，比如也可以幫他們?cè)O(shè)計(jì)手術(shù)。
骨盆腫瘤手術(shù)是骨科領(lǐng)域難度很高的一種手術(shù)，醫(yī)生必須速度快、下刀準(zhǔn)，切除要干凈。過去，醫(yī)生設(shè)計(jì)手術(shù)只能“憑空想象”，有了3D打印機(jī)，事先能打印出一個(gè)與患者一模一樣的塑料骨盆，你會(huì)看到，這個(gè)骨盆上有時(shí)會(huì)有拼接縫，其實(shí)每一條拼縫都是醫(yī)生手術(shù)刀將要觸及的切割線。中國工程院院士、九院骨科教授戴尅戎說：“3D打印的骨盆原型給了醫(yī)生充分的手術(shù)設(shè)計(jì)輔助。”
目前，這樣設(shè)計(jì)手術(shù)在上海多家醫(yī)院的骨科已成為高難手術(shù)前的常規(guī)操作。醫(yī)生們說：“這下手術(shù)室不再那么忙亂，一些高難手術(shù)的難度因此降低了。”
第四代3D打印，“科技革命發(fā)生了”
王成燾教授是上海交通大學(xué)機(jī)械學(xué)院3D打印相關(guān)項(xiàng)目負(fù)責(zé)人，從上世紀(jì)90年代就開始關(guān)注這種嶄新的技術(shù)。前幾代3D打印機(jī)，都只能打印紙質(zhì)和塑料物件，而他們正計(jì)劃從瑞士引進(jìn)的第四代3D打印機(jī)，能打印出鈦合金物件，有望直接用作骨科材料植入人體。
王成燾說：“第四代問世之前的那些，都不能算真正的3D打印技術(shù)。只有打印出金屬物件，‘科技革命’才發(fā)生了。”
在傳統(tǒng)工業(yè)領(lǐng)域，金屬物件的加工是做“減法”——切削鉆挖；而3D打印的堆疊模式是做“加法”，這意味著材料大大節(jié)省、效率大大提高。但加工金屬，離不開熱處理如熔煉、鍛造，以往的打印機(jī)應(yīng)付不了；而第四代3D打印機(jī)實(shí)現(xiàn)了技術(shù)突破：它的打印頭能發(fā)射溫度極高、焦點(diǎn)集中的電子束，迅速融化鈦合金粉，一點(diǎn)一點(diǎn)完成金屬的堆疊，最終打印出所需的物件。
李祥是上海交大參與第四代3D打印機(jī)引進(jìn)的一位科研人員，他請(qǐng)瑞士方面打印過各種形狀的小金屬塊，包括一個(gè)下頜骨。李祥說：“打印機(jī)堆疊出的金屬物件內(nèi)部有空隙，強(qiáng)度不如鍛造的，但用作醫(yī)學(xué)材料，這也許倒是好事。”他曾試驗(yàn)在兔子體內(nèi)植入這種金屬，發(fā)現(xiàn)兔子的骨細(xì)胞組織鉆進(jìn)了金屬塊的空隙里，結(jié)果金屬與兔體組織結(jié)合得更加緊密。“這是不是說，今后植入人體的打印金屬物件也能與生命體互相包容？”李祥說人體試驗(yàn)還沒做過，希望有機(jī)會(huì)試一試。
王成燾教授與醫(yī)學(xué)交叉結(jié)緣已近30年。當(dāng)年，這位研究汽車的摩擦學(xué)專家到煙臺(tái)參加一個(gè)有關(guān)人工關(guān)節(jié)的醫(yī)學(xué)會(huì)議，主持人正是戴尅戎教授；由于摩擦也是研發(fā)人工關(guān)節(jié)的重要環(huán)節(jié)，兩個(gè)人就此結(jié)識(shí)，合作至今。
“當(dāng)年的計(jì)算機(jī)只是286，也沒有網(wǎng)絡(luò)，研發(fā)條件簡陋得不可想象，但科技把一切都改變了。”回顧近30年來的巨變，王教授說：“直接打印出人造骨的那一天似乎并不遙遠(yuǎn)了。”
眾多臨床醫(yī)生也在期待那一天。在九院，抓緊培養(yǎng)醫(yī)科、工科復(fù)合型的年輕醫(yī)生，已經(jīng)成為許多科室主任的共識(shí)；黨委書記、眼科主任范先群說：儲(chǔ)備這樣的人才是當(dāng)務(wù)之急，醫(yī)生們掌握最新知識(shí)和技能，才能更好地造?；颊?。
