人类“脱胎换骨”？3D打印或将改变就医格局

  【天极网企业频道】如今这个世界可谓无奇不有，丰富多彩，当人们在欢呼宇航员征服月球成功实现“太空漫步”时，“奇迹”也开始降临在人类自身：缺损的头颅骨，经过修补，可以完好如初;逼真的人耳可以在身体上瞬间“长出”;骨盆长了肿瘤，切除后还能重新装上新的……创造这些奇迹的正是被列为21世纪初世界十大科技进步之一的“3D打印”。

  中国工程院院士戴尅戎率先将3D打印技术引入到中国骨科界，由此“3D梦”之旅就此渐渐展开，无数病人、医生梦寐以求的个性化治疗愿望得以实现，他和他的团队也正带领我们一步步走向人类“脱胎换骨”的梦想实现。

  3D打印改变了女孩的一生

  这是一个来自内蒙古大草原的十九岁女孩，看她的背影，身材修长，亭亭玉立。可是，谁又能想到，女孩从小就因多发性脂肪瘤，左腿从脚趾到髋关节处广泛发育畸形，整条腿就像“麻花”一样又弯又拧。为了不用拐杖，倔强的女孩每天都单腿跳着上学。她一直梦想着有一天，自己能够像正常人一样双脚着地走路。十九岁这一年，女孩遇到了人生的一大难题：是接受截肢回学校读书考大学，还是继续四处求医寻求保肢良方？此前，女孩的母亲不知找了多少家医院，甚至为了凑钱给女儿治病，已经到了卖房求医的地步。最后一站，母女俩从内蒙古千里迢迢赶到上海，来到上海交通大学附属第九人民医院。踏进医院的那一刻，女孩有过一丝犹豫，因为她不知道这里究竟是重生的开始，亦或是梦想的终结。

  在第九人民医院，戴尅戎接待了女孩。看着女孩严重畸形的左腿，他不禁陷入了沉思。这个病例实属罕见，若要治疗，不但需要切除肿瘤植入人工关节，同时人工关节还要能对腿骨的扭曲进行矫形，可是当时没有一种类型的人工关节能完成这样的任务。戴尅戎想，也许可以试试最新的3D打印技术。

  提取女孩左腿的CT参数，去除片子上的肌肉、内脏等影像，再将数据输入3D打印机，戴尅戎在3D打印技术(又称快速原型技术)的帮助下打印出了女孩畸形的下肢骨胳和关节。在模型上，戴尅戎看到虽然股骨和小腿骨都有弯曲，但畸形主要集中在膝关节处——膝盖只能伸直到90度，而且还水平扭转了60度。“只要让膝关节恢复正常角度，也许就能解决大部分畸形了! ”戴尅戎这么想着。在模型的帮助下，戴尅戎团队对手术进行了充分、细致的设计，一次又一次地在模型上进行手术模拟。

  他计划先将膝关节处的韧带全部切断，将其转回正常的角度，接着再把膝盖骨也搬回原位。这么做并不难，可是韧带一断，关节不就很容易松动，甚至脱位吗？戴尅戎心里不断琢磨着：“看来只能在女孩关节处安装人工关节和几个制约装置，借助外力让关节不要松动。 ”同时，戴尅戎也实施了为女孩做大腿和小腿的截骨矫正和肿瘤切除，让女孩重获新生。术后一个月，在双拐的帮助下，女孩有生以来第一次双腿着地走路，她多年的梦想终于实现了!一年后，她如愿考上大学。三年后的今天，如今大三的她已经可以脱拐走路。

  上世纪80年代，在一次烟台举办的人工关节会议上，戴尅戎和时任交大精密机械系主任的王成焘结下了不解之缘。当时谁也不曾想到，此番相识竟促成了他俩此后多年的合作。他们在国内外首先提出了优先区定制的概念，首次将3D打印技术推广到膝、肩、踝、肘、腕、骨盆等各个部位。戴尅戎说：“如果需要的话，现在我们可以对四肢所有关节、骨头进行定制，从而制造出个性化的假体。”据了解，现在已有数百例病人在3D打印技术的帮助下制作了个体化的骨关节修复假体。

  目前，在第九人民医院，3D打印技术除了用于骨科，还辅助整复外科、口腔科、眼科的医生制作塑料模型，在给患者修复颅骨、修整下巴、重塑颧骨、眼眶等部位时派上用场。

  有望实现一步打印“人骨”

  3D打印机是如何工作的？它和传统打印机工作时最大的区别在哪里？当3D打印机工作时，透过玻璃观察窗可以看到，打印机发射出的电子束或激光，正在迅速融化材料粉末，如此一点一点、一层一层地往上堆叠材料，慢慢地，一个凹凸有致的人工半骨盆便成型了。此时再对比之前的CT照片，可以发现二者之间造型几乎无异，甚至模型里面还内含空隙，可供血管和细胞长入。经过冷却，扫去多余的粉末，栩栩如生的骨盆便诞生了。

  戴尅戎说： “目前3D打印出的大多数还仅仅是模型，无法直接植入人体内，之后还是要到工厂运用传统的减量制造工艺制作假体。”

  难道3D打印就没有办法直接打印出可以植入人体的关节吗？戴尅戎表示，若想直接打印出金属制品也不是不可以，但在技术层面需要进行极大逾越。据了解，为了将金属粉进行融合，需要1000度以上的高温，而且某些金属，比如钛在高温下就会变成氧化钛，显著降低了制品的物理性能。因此为了防止氧化，目前只有采取两种办法：一是制造真空环境，二是充入惰性气体氮气。这样一来，情况就复杂了许多。所以，近十年来， 3D打印金属制造技术一直是新的发展热点。

  可喜的是，如今医生们翘首以盼新一代3D打印机已实现技术突破，打印头能发射温度极高、焦点集中的电子束或激光，迅速融化金属或陶瓷，一点一点完成粉末材料的 “堆叠”。而用金属材料直接打印的人工骨胳不仅能更好地与周围组织融合，而且相比传统植入物，这种人工骨拥有移植所需要的刚度和强度。戴尅戎透露，预计再经过几年的时间试验和申请批准，就可进行使用。如此看来，人类实现“脱胎换骨”之梦仅剩下一步之遥!

  戴尅戎介绍，到时不用再根据模型制作假体，这将节省大量时间，并且，由于材料的高使用率，使得生产一件产品和生产大量同样产品的单价相同，也就是说，在获得个性化的产品同时还不多花钱，真是一举两得。

  3D打印或将改变就医格局

  3D打印技术将对人类生活带来巨大变化，戴尅戎表示，若干年后，大规模的流水线制造模式极可能逐步走向终结，个性化的模式将受到推崇。随着生产流水线的关闭，3D打印的兴起，一些需要大量厂房及工人的 “大产业”可能又会重新倒退回“小作坊”。而这，对个性化的人工器官制造，将迎来一个新纪元。

  戴尅戎说：“未来，个性化的人工器官制造，不一定非得在城市。只要有3D打印设备，偏远地区也可以根据传送“图纸”自制人体零部件。 ”因此，各类产品的制造可能会由现在的集中生产、全球分销变成分散生产、就地销售。物流业也将发生巨大转变，运输、销售成本将大幅度降低。

  “以后，也不用因为需要等待“人体零部件”影响手术时间了。而创新也可以变得很简单，一台笔记本电脑、一部3D打印机加上一个聪明的头脑就能把创意轻松‘打印’成样品。 ”戴尅戎解释道。

  戴尅戎表示，人类的生活方式也因此而悄然改变。曾经，第一次工业革命揭开了资本主义工业化序幕，开始了城市化进程;第二次工业革命使工业化进入新阶段，城市化速度加快。新的第三次工业革命说不定会反过来掀起 “反城市化”趋势。戴尅戎预测：“许多人将不再执着于城市生活，转而搬到城市周边甚至更远的地区居住，享受那里的优美风光。同时不用担心那里“缺医少药”。这将导致人口的重新布局，大城市人口密集的弊端可能化解。当然，这会是一个比较长远的过程。 ”戴尅戎说。