劉忠軍：3D打印為骨科患者帶來福音

文|本刊記者 矯 楓

劉忠軍：3D打印為骨科患者帶來福音

文|本刊記者 矯 楓

劉忠軍認為：“3D打印技術的應用，無疑是中國醫學實現從追隨到超越的難得機遇。”

在北京大學第三醫院骨科第一病房區內，有一間不大的辦公室，門牌上注明“3D打印實驗室”。這里就是骨科主任劉忠軍教授在門診、病房、教學之外待的時間最多的地方。房間內左邊一排桌子，擺放著幾臺電腦和3D打印機，打印耗材和模型散亂地堆放在桌面上，猛一看還以為是一個小小的創客空間。劉忠軍指著桌上的3D打印機說：“我們剛成功完成的一項切除惡性腫瘤、椎體置換手術，那個椎體的模型就是用這臺3D打印機打印出來的。”

2016年5月6日，全球首發金屬3D打印人體植入物—人工椎體—獲得國家食品藥品監督管理總局（China Food and Drug Administration）注冊批準。這個產品就是由北醫三院和北京愛康宜誠醫療器材股份有限公司合作開發研制的。作為北醫三院3D打印人工椎體研究團隊的負責人，劉忠軍說，這標志著在3D打印植入物領域，中國已居世界領先水平。

對3D打印“一見傾心”

醫生和3D打印機，兩個看似沒有關聯的事物，是如何在劉忠軍的辦公室統一起來的呢？那還要從2009年說起。

2009年，與北醫三院有著業務往來的北京愛康宜誠醫療器材股份有限公司新進了一臺金屬材料的3D打印設備，在一次例行的業務交流會上，工程師向醫生們介紹了該設備的性能和特點。聽說可以打印出任何形態的東西，這一下就引起了劉忠軍的興趣，他敏銳地感覺到，3D打印骨科植入物將為他長期關注的問題找到答案。

“首先是解決骨科植入物形狀特異的需要。”劉忠軍介紹，人類的脊椎骨骼大多形狀十分不規則，比如頸椎第1、2節的寰椎和樞椎，結構特殊，傳統的制造手段很難實現。國際通用的辦法是用鈦網支撐（即用一段柱狀鈦合金網籠，將其中填充一些骨質，代替原來椎體，通過骨頭的再生完成上下的連接）。植入后只能做到部分貼合，牢固性也隨之大打折扣，而且恢復期長，病人很痛苦。而3D打印，可以完美地生產出特異性結構，同時也可以更好地做出符合病人具體需求的、個性化的產品。

劉忠軍

“它（3D打印）的另一個優勢更明顯。”劉忠軍取出一件3D打印成品給記者看，“人類的骨骼是有孔隙的，這些孔隙為骨細胞的生長提供了空間。而3D打印的人工植入物完全可做成與骨組織相似的孔隙。這就不需要像以前那樣在網籠中填充骨質，而是由真骨與人工植入物融合，在牢固性上有極大的優勢。”

正是基于這樣的考慮，劉忠軍和他的團隊開始了長達數年的金屬3D打印骨科內植物的應用與相關基礎研究。

2016年5月獲得注冊的人工椎體產品，屬于直接植入人體的三類骨科植入物，為中國監管等級最高的醫療器械產品。劉忠軍說：“醫學的發展，從來都離不開創新。而醫學的創新，來自病人的需求。”

置換手術

2016年5月，北醫三院骨科接收了一位特殊患者—患有罕見惡性腫瘤脊索瘤的袁先生。經檢查，袁先生的腫瘤侵犯范圍非常廣，胸椎10、11、12和腰椎1、2，共五節脊椎受到了侵蝕。這種情況，從醫學上來說，除了通過手術把腫瘤切干凈，別無他法。

切除五節脊椎已是非常困難的手術，“我們還要使椎管內的脊髓和神經、血管等重要結構保持完好的功能。面臨的最大問題是，切除5節脊椎后如何支撐？”劉忠軍解釋說，五節脊椎長度為19厘米，傳統的鈦網已很難找到合適長度者，即便找到，也難以呈現脊柱“S”型的生理曲線。這樣的病例在以前根本沒辦法手術。“有了3D打印技術，我們就多了一個選擇。可以利用金屬3D打印技術，依照患者的解剖結構，制造出一枚與五節椎體形態與長度相仿的人工椎體。”劉忠軍說。

6月12日早8點，袁先生平躺在接診車上被送進手術室。6個多小時后，袁先生被推出手術室，手術順利。由于術中出血量小，生命體征平穩，術后袁先生未被推進ICU，而是直接回到了普通病房。兩周后，他已可以下地站立，并在別人的保護下行走。8月20日，袁先生自己走出了醫院。

袁先生是3D打印人工椎體通過CFDA認證后的首位獲益者，但是在骨科3D打印技術領域，劉忠軍和他的團隊已經不是第一次站到全球最前沿：2014年7月31日，在成功切除1名12歲樞椎腫瘤患兒脊柱原發惡性腫瘤的同時，他們完成了世界首例3D打印人工定制樞椎植入術。目前，已有另5名患者植入人工樞椎，均恢復良好，效果顯著。

從跟隨到引領

回想起研發的最初階段，劉忠軍說還有一個小插曲。作為骨科的技術人員，他需要向3D打印的工程技術人員描述椎體形態，由于均是一些專有名詞，劉忠軍說了半天，技術人員也沒能理解他想要的是什么形狀。劉忠軍靈機一動，用橡皮泥捏了一節椎體交給技術人員說：“就照著這樣做”。技術人員照此打出樣品，又經過反復修改，一個標準的椎體最終做出來了。

劉忠軍在手術中

現在，他們已經不需要專業工程技術人員的幫助，劉忠軍的學生、李梓赫醫生已全部掌握了這套“手藝”—把所需椎體的各項數據輸入電腦，生成打印文件，就能很快地打印出想要的模型。劉忠軍說：“醫學領域的進步和發展，越來越離不開多學科的發展和多學科的交叉，做為一名醫生，單純掌握醫學知識已經落后。中國要有跨學科人材，才有可能在科技創新方面有所作為。”

經過跨學科、跨領域合作，歷經多年的研制及臨床觀察終獲突破。截至目前，中國已有兩項3D打印人體植入物獲得國家食品藥品監督管理總局批準注冊，皆為北醫三院骨科團隊研制。2015年9月批準注冊的3D打印人工髖關節產品，也是國際上首個通過臨床驗證后獲得注冊的3D打印人工髖關節假體，上市1年來，已經惠及1000多位患者。

劉忠軍告訴記者，3D打印技術除了在脊柱外科應用極具優勢外，在眼眶缺損修復、顱骨修復、整形外科等都有良好的應用前景。此外，利用生物細胞材料3D打印器官、組織的前沿探索也值得期待。劉忠軍說：“3D打印技術的應用，無疑是中國醫學實現從追隨到超越的難得機遇。以骨科為例，在近幾年才逐漸成熟起來的金屬材料3D打印技術面前，全世界都站在同一起跑線上。從某種意義上說，中國骨科在3D打印技術的臨床應用及相關基礎研究領域處在世界前列。”