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打印博覽會暨高峰論壇在西安高新國際會議中心舉辦。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，匯聚全球頂尖的增材制造（3D打�。╊I(lǐng)域成果及人才，促進行業(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)場全程報道。

2019年9月19 日，大會開幕的第一天，來自國內(nèi)外的11位院士、專家做了專題報告，空軍軍醫(yī)大學唐都醫(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》的報告。

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

我畢業(yè)于空軍軍醫(yī)大學（原第四軍醫(yī)大學），畢業(yè)之后主要從事心臟病臨床工作。我們?yōu)槭裁锤?D打��？當時我主要研究的課題是“無創(chuàng)傷心內(nèi)壓測定”，實驗需要用到大量的硅膠膜，這個硅膠膜當時在市場上買不到，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，因此我們決定自己動手制作3D打印機。最終，我們利用自主研發(fā)制作的3D打印機打印出了模具，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胸骨替代物。當時查閱文獻沒有找到相關(guān)案例，這就成了第一例，我們琢磨能不能承擔起這個責任。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)院倫理委員會討論，決定實施這個方案。我們與西北工業(yè)大學鉑力特合作，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3D打印研究中心與西工大黃教授領(lǐng)導的團隊，還有鉑力特公司，我們的第一次合作，在這之后我們在好多領(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，因為是世界首例，所以美國權(quán)威的胸科雜志不僅權(quán)威發(fā)表了我們的論文，還專門撰寫了評論文章。在評價第四軍醫(yī)大學現(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)，打印真實胸廓模型，利用模型制作矯形鋼板，精準又省時。對于正在生長發(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)后的日常生活中會帶來一些麻煩，比如在通過安檢的時候系統(tǒng)會報警，在做核磁共振和CT的時候有陰影遮擋。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，我們對胸肋骨的置換進行了優(yōu)化。胸骨與肋骨的連接有一部分是軟肋骨，它對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、受壓遠端靜脈擴張，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)由腹主動脈和腸系膜上動脈形成的夾角時受到壓迫（前胡桃夾綜合征）；另一種是其在穿經(jīng)腹主動脈與脊柱之間的間隙內(nèi)時受到擠壓（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“小籠子”，也就是血管外支架，把左腎靜脈保護起來，把動脈撐開，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。

由于個體差異性，每個人的血管的形態(tài)都不同，因此，要想實現(xiàn)血管外支架的個性化定制，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跟我們聯(lián)系，向我們?nèi)〗?jīng)，有一些患者主動要求來我們這里治療。

我們還做了3D打印可降解材料，相當于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，比如顱底骨修補，是否也可以通過3D打印技術(shù)實現(xiàn)，事實證明是可以的。再比如，我們與神經(jīng)外科合作，實現(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MRI數(shù)據(jù)進行建模的，我們知道，超聲檢查也具有其獨特的優(yōu)勢，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方面入手，進行探索。

一開始，我們利用多普勒血流動態(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，于是，我們利用STIC模式采集的容積圖像，在Mimics軟件中重新進行三維建模，再進行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、動脈弓、導管等結(jié)構(gòu)非常完整。

我們的3D打印團隊在校院領(lǐng)導，空軍軍醫(yī)大學和唐都醫(yī)院支持下，從無到有，自2016年1月26日經(jīng)校黨委批準成立空軍軍醫(yī)大學3D打印中心以來，先后與西北工業(yè)大學，西安交通大學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，另外實驗儀器、手術(shù)器械以及手術(shù)導板、醫(yī)學模型等打印一共500多例。我們建立的這個平臺是把各個學科、各個模塊組織起來，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平臺建立起來，對于3D打印在醫(yī)學上的應(yīng)用有重要的意義。

時間關(guān)系特別抱歉沒有準備英文版本講解資料，如果大家需要了解更多的內(nèi)容，會后我們再進行溝通，我的演講到此為止，謝謝大家。