唐都醫(yī)院曹鐵生：3D打印在外科手術(shù)中的應(yīng)用

2019年9月19-21日，IAME中國（西安）國際3D打印博覽會(huì)暨高峰論壇在西安高新國際會(huì)議中心舉辦。2019IAME旨在搭建增材制造（3D打�。┛萍紕�(chuàng)新的開放合作共享交流平臺(tái)，匯聚全球頂尖的增材制造（3D打�。╊I(lǐng)域成果及人才，促進(jìn)行業(yè)各環(huán)節(jié)、產(chǎn)業(yè)鏈的銜接融合。南極熊作為戰(zhàn)略合作媒體，到西安現(xiàn)場(chǎng)全程報(bào)道。

2019年9月19 日，大會(huì)開幕的第一天，來自國內(nèi)外的11位院士、專家做了專題報(bào)告，空軍軍醫(yī)大學(xué)唐都醫(yī)院3D打印研究室主任曹鐵生做了主題是《3D打印在外科手術(shù)中的應(yīng)用與展望》的報(bào)告。

下午好，我今天主要為大家匯報(bào)3D打印在臨床醫(yī)學(xué)研究方面的應(yīng)用。

我畢業(yè)于空軍軍醫(yī)大學(xué)（原第四軍醫(yī)大學(xué)），畢業(yè)之后主要從事心臟病臨床工作。我們?yōu)槭裁锤?D打��？當(dāng)時(shí)我主要研究的課題是“無創(chuàng)傷心內(nèi)壓測(cè)定”，實(shí)驗(yàn)需要用到大量的硅膠膜，這個(gè)硅膠膜當(dāng)時(shí)在市場(chǎng)上買不到，我們只有自己制作模具，利用模具做硅膠膜。而模具的制作需要有3D打印機(jī)，因此我們決定自己動(dòng)手制作3D打印機(jī)。最終，我們利用自主研發(fā)制作的3D打印機(jī)打印出了模具，制作出了理想的硅膠膜，完成了研究課題。

2015年5月，唐都醫(yī)院胸外科接診了一個(gè)患胸骨腫瘤的病人，胸骨腫瘤切除之后以后沒有替代物替換已經(jīng)拿掉的胸骨�；颊咛岢隼�用3D打印工藝為其打印一個(gè)胸骨替代物。當(dāng)時(shí)查閱文獻(xiàn)沒有找到相關(guān)案例，這就成了第一例，我們琢磨能不能承擔(dān)起這個(gè)責(zé)任。經(jīng)討論分析，我們決定使用作為植入物材料應(yīng)用已十分成熟的鈦合金材料。后經(jīng)過唐都醫(yī)院醫(yī)院倫理委員會(huì)討論，決定實(shí)施這個(gè)方案。我們與西北工業(yè)大學(xué)鉑力特合作，利用患者的CT數(shù)據(jù)，為其量身定制了3D打印鈦合金胸骨植入物，這是我們的第一例臨床應(yīng)用案例，也是世界首例。這也見證了我們空軍軍醫(yī)大學(xué)3D打印研究中心與西工大黃教授領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)，還有鉑力特公司，我們的第一次合作，在這之后我們?cè)诤枚囝I(lǐng)域合作做了很多工作，也將長期合作下去。

我們做的第二例手術(shù)是3D打印鈦合金胸肋骨。由于患者的腫瘤長到了胸骨和肋骨上，所以必須大面積切除胸肋骨，一次性換了5根肋骨。 做了這些手術(shù)以后我們很快就把文章發(fā)表了，因?yàn)槭鞘澜缡桌�，所以美國�?quán)威的胸科雜志不僅權(quán)威發(fā)表了我們的論文，還專門撰寫了評(píng)論文章。在評(píng)價(jià)第四軍醫(yī)大學(xué)現(xiàn)唐都醫(yī)院3D打印鈦合金肋骨植入手術(shù)他是這么說的，“這是醫(yī)學(xué)的一小步，但是是人類的一大步�！�

漏斗胸是先天性的畸形，傳統(tǒng)的手術(shù)過程復(fù)雜且耗時(shí)長。有了3D打印技術(shù)以后，根據(jù)病人胸廓的CT數(shù)據(jù)，打印真實(shí)胸廓模型，利用模型制作矯形鋼板，精準(zhǔn)又省時(shí)。對(duì)于正在生長發(fā)育期的兒童，我們制作可伸縮的矯形鋼板，避免了二次手術(shù)，減少了病人的痛苦。

鈦合金胸肋骨因其材料是金屬，在患者術(shù)后的日常生活中會(huì)帶來一些麻煩，比如在通過安檢的時(shí)候系統(tǒng)會(huì)報(bào)警，在做核磁共振和CT的時(shí)候有陰影遮擋。因此，我們考慮是否可以用復(fù)合材料替代金屬材料。我們與西安交通大學(xué)合作做了一些研究，決定使用聚醚醚酮（PEEK）材料。 PEEK材料無毒，具有生物親和性，且也是一種較為成熟的植入物材料，滿足臨床需要。

接下來，我們對(duì)胸肋骨的置換進(jìn)行了優(yōu)化。胸骨與肋骨的連接有一部分是軟肋骨，它對(duì)于胸肋骨的彈性有著重要意義。前面兩代肋骨材料無法滿足患者胸式呼吸的需求，因此我們思考如何能夠讓其有一定彈性。我們想了一個(gè)辦法，把肋軟骨部分打成扁彈簧的結(jié)構(gòu)，和肋骨形狀一樣，植入在人身上以后，特殊的彈簧結(jié)構(gòu)能夠仿生微動(dòng)關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)，滿足患者的日常生活需求。這是我們的又一大創(chuàng)新。

3D打印技術(shù)在臨床中的另一大應(yīng)用是解決胡桃夾綜合征。胡桃夾綜合征，是一種伴有左腎靜脈血流速度下降、受壓遠(yuǎn)端靜脈擴(kuò)張，并引起血尿、蛋白尿和左腰痛等一系列癥狀的較為罕見的臨床癥候群。通常情況下，左腎靜脈受壓迫有兩種情況：一種是左腎靜脈回流入下腔靜脈過程中在穿經(jīng)由腹主動(dòng)脈和腸系膜上動(dòng)脈形成的夾角時(shí)受到壓迫（前胡桃夾綜合征）；另一種是其在穿經(jīng)腹主動(dòng)脈與脊柱之間的間隙內(nèi)時(shí)受到擠壓（后胡桃夾綜合征），十分罕見。

傳統(tǒng)的手術(shù)治療方式，如左腎靜脈下移-下腔靜脈端側(cè)吻合術(shù)、自體腎移植和腸系膜上動(dòng)脈切斷再植術(shù)等，創(chuàng)傷大、手術(shù)過程復(fù)雜，且患者術(shù)后恢復(fù)緩慢。而介入治療，如左腎靜脈擴(kuò)張、血管內(nèi)支架植入術(shù)等，容易出現(xiàn)術(shù)后支架移位導(dǎo)致并發(fā)癥，且患者需長期服用抗凝藥物。

有了3D打印技術(shù)，我們想到可以3D打印一個(gè)“小籠子”，也就是血管外支架，把左腎靜脈保護(hù)起來，把動(dòng)脈撐開，這樣就把病人問題解決了，而且是微創(chuàng)的，不用切開腹腔，利用腹腔鏡實(shí)施手術(shù)就可以。一開始我們3D打印了鈦合金血管外支架；后來，我們嘗試用使用更輕便且無影像偽影的PEEK材料，都取得了成功。

由于個(gè)體差異性，每個(gè)人的血管的形態(tài)都不同，因此，要想實(shí)現(xiàn)血管外支架的個(gè)性化定制，3D打印技術(shù)就顯得尤為關(guān)鍵。

3D打印血管外支架治療胡桃夾綜合征的文章很快發(fā)表以后，美國和歐洲一些國家的教授主動(dòng)跟我們聯(lián)系，向我們?nèi)〗?jīng)，有一些患者主動(dòng)要求來我們這里治療。

我們還做了3D打印可降解材料，相當(dāng)于4D打印，包括氣管支架，用來解決氣管狹窄的問題。另外一個(gè)典型的案例是3D打印可降解的陰道支架，這也是世界首例。對(duì)于患有先天性的陰道閉鎖的孩子，我們使用可降解的材料，利用3D打印工藝，為其量身定做陰道支架。隨著時(shí)間的推移，支架被降解吸收代謝。

在3D打印技術(shù)成功應(yīng)用的胸外科和泌尿外科之后，我們開始尋找其它的應(yīng)用點(diǎn)，比如顱底骨修補(bǔ)，是否也可以通過3D打印技術(shù)實(shí)現(xiàn)，事實(shí)證明是可以的。再比如，我們與神經(jīng)外科合作，實(shí)現(xiàn)了世界首例保留神經(jīng)功能的3D打印腰骶聯(lián)合置換術(shù)，手術(shù)非常成功，術(shù)后患者康復(fù)的很好。

之前我們所做的工作都是基于CT或者M(jìn)RI數(shù)據(jù)進(jìn)行建模的，我們知道，超聲檢查也具有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，因此我們考慮能不能用超聲數(shù)據(jù)建立3D打印模型。我們決定從胎兒心臟這個(gè)方面入手，進(jìn)行探索。

一開始，我們利用多普勒血流動(dòng)態(tài)容積圖像，直接輸出STL格式打印。但是我們發(fā)現(xiàn)這樣打印出來的模型可觀性不強(qiáng)，于是，我們利用STIC模式采集的容積圖像，在Mimics軟件中重新進(jìn)行三維建模，再進(jìn)行3D打印。下面兩幅分別是正常胎兒心臟和法洛四聯(lián)癥胎兒心臟的模型，可以看到四腔、動(dòng)脈弓、導(dǎo)管等結(jié)構(gòu)非常完整。

我們的3D打印團(tuán)隊(duì)在校院領(lǐng)導(dǎo)，空軍軍醫(yī)大學(xué)和唐都醫(yī)院支持下，從無到有，自2016年1月26日經(jīng)校黨委批準(zhǔn)成立空軍軍醫(yī)大學(xué)3D打印中心以來，先后與西北工業(yè)大學(xué)，西安交通大學(xué)國家增材制造研究院和鉑力特成型有限公司，西北有色金屬研究院，上海九院，比利時(shí)的Materialise軟件公司，美國Stratasys公司等合作，做了一些創(chuàng)新性的工作，包括鈦合金胸骨置換21例，鈦合金肋骨置換10例，治療胡桃夾的血管外支架置百余例，另外實(shí)驗(yàn)儀器、手術(shù)器械以及手術(shù)導(dǎo)板、醫(yī)學(xué)模型等打印一共500多例。我們建立的這個(gè)平臺(tái)是把各個(gè)學(xué)科、各個(gè)模塊組織起來，這是新的模塊，新的組裝，這是非常有用的，四醫(yī)大的黨委能夠把這個(gè)平臺(tái)建立起來，對(duì)于3D打印在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用有重要的意義。

時(shí)間關(guān)系特別抱歉沒有準(zhǔn)備英文版本講解資料，如果大家需要了解更多的內(nèi)容，會(huì)后我們?cè)龠M(jìn)行溝通，我的演講到此為止，謝謝大家。