3D打印+医疗 精准3D器官模型开启异想天开的医疗未来

　　对于生活在互联网时代的人来说，“3D打印”这个概念并不陌生，但将3D打印与医疗联系在一起，会产生怎样的效应？相信很多人还没有脑洞大开。想象一下，用3D打印技术，可以打印出你身上的任何一个器官，一颗牙齿，一块骨骼，甚至是复杂的心脏、肝脏、肾脏等等，将这些器官植入人体内，发挥人体器官的功能，这些设想看似异想天开，但3D打印技术+医疗已经有了成功的实践样本，从这个样本设想开来，未来的医疗会因3D打印而变得不同。

　　 实践哈市一例3D肺部模型辅助手术成功实施

　　日前，哈尔滨医科大学附属第四医院胸外科主任崔键教授利用3D打印技术辅助胸腔镜进行肺段切除术，用3D打印技术打印出组织结构复杂的人体肺脏3D模型，并成功辅助手术实施，这在全省尚属首例。

　　9日上午，记者在哈医大四院胸外科崔键教授的办公桌上，看到了辅助崔键教授实施手术的3D肺脏模型。这个3D模型呈透明状，呈固态形状，质地并不重，用手触摸可以感受到肺脏上的各个部位。崔键拿着这个肺脏模型向记者介绍，这是实施手术的那位患者的术前肺部模型，它精准地呈现了患者肺脏的形态，肺脏上的血管、主动脉、肺动脉都清晰可见，崔键指着模型上的一根血管对记者说，通过这个模型，医生才发现这名患者肺脏上长着一根异于常人的血管，而且患者病灶位置特殊，已经压迫血管，这在CT片中是看不到的，如果术前不了解这些看不到的地方，手术很有可能引发极大风险，后果不堪设想。

　　崔键介绍说，两个月前经检查发现，该名患者右肺上叶可见一直径约0.02米的类圆形软组织密度的病灶。通过仔细分析了患者胸部CT片，崔键决定对其实施肺段切除手术，最大限度地保留患者的肺组织。为将手术风险降到最低，崔键决定采用3D打印技术协助完成手术，即患者接受多排螺旋CT检查得到高质量肺部影像后，重建出3D数字模型，再运用3D打印机打印出肺脏模型。通过3D肺部模型，医生可清晰了解肿瘤的真实位置以及肿瘤与周围血管的关系，从而更精确地手术，极大降低了术中严重并发症发生的风险。

　　崔键在电脑上演示了该患者肺部模型的动态影像，通过动态影像，可以从各个角度观察患者肺部的情况，从左向右，从上向下，甚至是任意角度的翻转都可以实现，轻点鼠标就可以让器官动起来。除了演示功能，医生还可以用鼠标在电脑上完成一次一次的手术预演，鼠标就好比一把手术刀，一块一块进行器官部位的切除手术，医生在上台之前，已经多次演练手术，对正式手术有很大帮助。

　　 精准3D器官模型一个跨界协作的成果

　　这个3D打印与医疗完美结合的想法从何而来？崔键说，两年前他们开始研发软件，用于生成人体器官的动态影像，但那时只限于医生和医生之间的交流，用于指导年轻医生临床手术教学，就是记者看到的电脑中人体器官的动态影像。

　　崔键认为，医疗领域也是现代科学的一部分，随着人们对疾病的了解程度越来越深，对治病的要求也越来越高，医生就需要探索用不同的手段来满足患者的需求。特别对于外科医生来说，徒手用冷兵器给患者做剖胸破肚的手术时代已经过去了，人们要求微创等新兴技术手段，微创化、精准化是患者对医生的要求。崔健说，美国率先提出了精准医学的概念，但他们仅限于肿瘤和药物研发这一块，而我们提倡在整个过程中都实现精准。要想精准首先要了解到精准。于是我们开始着手自己研发软件系统，通过大量收集一个人体器官的CT片数据，生成一个立体的图像，以辅助手术的3D肺脏模型为例，这个模型需要收集3000多张CT片的数据才能构建成像，但是影像的缺点是只可以看，拿不走。当了解到3D打印时，崔键找到了医疗和3D打印的切合点。通过省科技厅的牵线，崔键与东北林业大学三维数字化技术研究所以及一家科技公司进行了合作，打印出病肺3D模型。

　　东北林业大学三维数字化技术研究所所长邱兆文博士向记者介绍，他们通过扫描断层的CT片数据，进行三维重建生成3D模型，再通过软件转换成3D打印机识别的数据，优克多维科技公司将其打印成3D肺脏模型。他说，目前一些医院通过与他们的合作，通过3D打印人体器官模型辅助已经顺利完成了五例手术，例如他们与哈医大二院骨科合作，打印出韧带模型，辅助医生顺利完成手术。邱兆文介绍，3D打印技术适用于医学植入术、复杂的电视胸腔镜肺脏等手术的前景非常广阔。

　　记者在采访中了解到，在我省3D打印应用于临床还有诸多案例，日前，省医院采用3D打印技术为一老者完成了复杂高难膝关节置换手术并获得成功，经过CT对患者左腿全长扫描，将采集的数据输入计算机，进行三维重建，进行3D打印，制作截骨模具。

　　负责打印该3D肺脏模型的优克多维科技公司总经理刘子明介绍，从2013年开始，他们公司研究3D打印技术在医疗领域的应用，研发符合打印人体器官的材料和3D打印机，公司与广州、上海等地医院和医疗机构合作，打印辅助临床手术的头部、心脏、肾脏等人体器官。这次与哈医大四院和东北林业大学三维数字化技术研究所协作，打印3D肺脏模型是第一次，用的是他们公司研发的用于打印人体器官的光敏树脂材料。刘子明说，3D打印的关键词就是精准，这个3D肺脏模型使用的材料和设备都是他们公司自主研发的，如果用美国的材料和设备打印这个模型，成本需要1.2万元左右，而他们制作模型的成本要比美国低4倍。前段时间，他们通过三维建模软件为一个医院的孕妇打印出子宫和膀胱粘连的3D模型，辅助医生完成子宫和膀胱的剥离手术，效果很好。

　　既有临床医生的设想，又有3D打印技术人员的协作和科技公司的具体实践，可以说，一个肺脏的3D打印模型的产生，是一个跨界协作的成果。

　　 展望植入人体一个可以实现的医疗想象

　　早在上个世纪90年代初期，崔键已经是我省做微创手术的第一人，也是很多大型腔镜手术的第一人，这次又率先通过3D打印技术与医疗相结合，完成复杂的肺部手术，他认为，这是精准医学、智慧医学以后的发展方向，也许会有那么一天，每个病人在手术前都要求打印出一个3D器官模型以精准了解病情。崔键说，3D打印是真材制造，下一步他们要利用超声影像，进行胎检，通过对超声影像数据的收集，每个月为孕妇腹中的胎儿进行一个立体成像，通过3D打印做出一个一样大小的胎儿，一个月或者几个月打印一次，最后生出来的孩子和之前的3D打印成像一定一模一样。他认为，3D打印在医疗领域的应用会越来越广泛。

　　3D打印和批量生产的区别可以用“私人订制”来形容。崔键以假肢举例说明，批量生产的假肢都是均码的，长了需要截，短了需要接，需要人去适应磨合。以假牙为例也是一样，如果镶上不合适，需要真牙去适应假牙，去磨合，但是3D打印出的牙齿完全不会出现这种现象，它一定是严丝合缝的。

　　3D打印出的人体器官到底能不能植入人体，实现人体器官的功能？崔键认为，这个可以实现，从输出技术来看，完全可以实现，只是需要研发医学领域要求的打印出人体器官的材料。我省高分子材料在全国都是领先的，我们所需要的医学材料也可实现，目前，已经有从事3D打印的企业成立了医学研发部，按照医生的要求研发出可打印器官的材料。

　　崔键介绍，目前，植入人体的材料一般是金属，以钢为例，硬度太大，骨头会被压的磨损，即使用最好的钛板也实现不了，但是用3D打印的高分子材料是可以实现的，比如说，打个肋骨，可以自然生物降解，而且不需要二次手术。已经有通过3D打印人体器官成功植入人体的案例。

　　2014年8月，北京大学研究团队成功地为一名12岁男孩植入了3D打印脊椎，这属全球首例。有媒体报道，上海一家医院做了3D打印的心脏瓣膜。2014年10月，医生和科学家们使用3D打印技术为英国苏格兰一名5岁女童装上手掌。崔键介绍，第一例成功植入人体的3D打印器官是在美国，是一个小孩，出生时器官狭窄，用3D打印技术打印出一个气管植入人体，活了下来。目前，国外3D打印技术在医疗领域的应用已经可以打印肝细胞、肾细胞，而且这些打印的器官是有功能的。

　　我们有理由相信，在不久的将来，一系列异想天开的医学设想将会走近我们的身边，一一实现。

　　 名词解释

　　3D打印即快速成型技术的一种，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。3D打印通常是采用数字技术材料打印机来实现的。