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3D打印技术,“私人订制”成功修复小伙容貌

Oct 20,20

朝气蓬勃、青春正茂的17岁小伙谢先生,因一场车祸导致颌面部严重受伤,浙江新安国际医院口腔科团队借助3D打印技术,在体外还原受伤部位,为他量身定制了手术方案,成功进行了精准手术,为他修复了面容,挽救了他差点“离家出走”的右眼。他有过不幸,但幸运的是,他是不幸中的万幸。

2020年7月26日,谢先生遭遇了严重车祸,面部着地被硬物碰伤,右侧脸下眼眶塌陷明显,当场血流满面、疼痛剧烈、张口困难,被120紧急送到新安国际医院急诊科。颅脑CT显示:右上颌窦前壁及侧壁多发骨折、上颌骨颧骨骨折、鼻骨骨折。急诊予以伤口清创缝合、抗感染治疗后,转我院口腔科进一步治疗。

先生的右侧脸下眼眶和上颌骨颧骨基本是粉碎性骨折,整个眶底骨骼破碎塌陷,眼球也跟着移了位,眶底碎骨已经无法直接复位。必须要重建眶底、再修补移位的面部骨骼。重建眶底,可以用钛网替代骨骼,承托眼球。但难点在于,按照常规的手术方法,谁都无法得知钛网需要的形状和尺寸,如果在术中反复调整和修剪钛网,可能尝试无数次也不一定能找到百分百契合他眶底大小的钛网,这对患者的损伤是无法预知的。

“患者还这么年轻,必须要尽最大努力帮他完善功能、恢复容貌”,口腔科马国主任说,“我们想到了3D打印技术,模拟出复位塑形置入材料的形状尺寸,甚至把碎裂的骨头碎片全部精准找到复位的位置,从而使手术更加精准,不仅缩短了手术的时间,更重要的是减少了损伤,使患者在功能和外形上都恢复的比较理想。”最终,马国团队在3D打印技术的协助下,成功为谢先生重建了眶底和面部轮廓。一周后,谢先生顺利出院。
3D打印技术在医学领域的应用

随着3D打印技术的发展和成熟,它在医学模型制造、组织器官再生、临床修复治疗和药物研发试验等领域也得到了广泛应用。

1、医学模型制造

医学模型在基础医学和临床实验教学中的用途十分广泛,用量也大,但是传统方法制作的医学模型程序复杂、周期长,在使用过程中极易损坏。利用3D打印技术,制作医学教学用具、医疗实验模型等用品,不仅避免了上述问题的出现,还可以根据实际需求对特殊模型实现个性化制作。

对于风险很大的手术,为了保证医疗手术的安全实施,医生会根据病变器官模型进行分析策划以确定重要的手术方案。利用3D打印技术对材料进行精确控制的优点可快速制备出高质量高仿真的器官模型,帮助医生进行精准的手术规划、提升手术的成功率,方便医生与患者就手术方案进行直观的沟通。

美国一家医院成功为一对连体双胞胎婴儿实施了头颅分离手术,其中引人注目的是手术前医院采用了以色列Obeject公司的三维打印机制作出精确的连体头颅。据此进行了缜密的手术方案研究,使手术顺利进行,只用了22h,而以往相类似的手术则长达72h。

2、细胞的制备

近年来,研究者已经开始广泛关注细胞的3D打印技术。如通过携带细胞进行3D打印而直接制备动物器官、组织的方法。这项技术的优点在于通过对加工过程的精确控制,调节细胞在微观尺度上的排列情况,以实现对单个细胞的行为和细胞间的相互作用(细胞与细胞、细胞与材料)进行控制,从而促进细胞形成具备各种功能的组织,为医疗手术及术后恢复提供便利。

3、3D打印组织器官

人体组织器官替代物一直是临床医学上的一个难题,很多患者为此而失去生命,而且人体组织器官代替物对材料的要求很高,实现难度大。但随着科学技术的发展,3D打印人体器官已经成为可能。

加州大学圣地亚哥分校(UCSD)利用自行研制的数字光处理(DLP)3D打印机,他们成功打印出了复杂的血管网络,而此网络在被植入小鼠体内后居然成功与后者的血管系统实现了融合,并且表现出了正常的功能。利用3D打印技术打印人体器官模型,不仅能够真实模拟人体对药物反应,得到准确的测试效果外,还能在很大程度上降低药物的研发成本。

4、3D打印植入物

3D打印技术用于制造骨科植入物,可有效降低定制化、小批量植入物的制造成本,且这种植入物能够更好地融入进人体,改善对患者的治疗效果。近年来,医疗行业已越来越多地采用金属3D打印技术来设计和制造医疗植入物。

澳大利亚联邦科学与工业研究组织(CSIRO)、墨尔本医疗植入物公司Anatomics和英国医生联手,为一名61岁的英国患者EdwardEvans实施了3D打印钛-聚合物胸骨植入手术,这也是全球首创。之前这种植入物都会用纯钛制造,3D打印的新型胸骨植入物能够比之前的纯钛植入物更好地帮助重建人体内的“坚硬与柔软组织”。

5、3D打印药物

3D打印技术的优势在于个性化制备复杂结构,因此用于制药时可以实现剂量、外观、口感等的个性化定制,同时因为3D打印的“药片”可拥有特殊的微观结构,有助于改善药物的释放行为,从而提高疗效并降低副作用。

美国制药公司Aprecia成功应用3D打印技术,将药物的活性和非活性成分层层放置,开发出了世界上第一个3D打印的药品——Spritam(化学名为:左乙拉西坦),这是一种用于治疗癫痫的药物。这种用药物粉末打印出来的药丸有着多孔的结构优势,在接触到水后能够迅速溶解发挥药力,应对突如其来的抽搐。

虽然3D打印技术需要继续改进,在新材料领域也需要投入更多的研究,但不可置否的是,3D打印是目前药物生产的一种可行方法。但目前3D打印药物最大的挑战并不在于技术本身,而是其监管环境。如果将药品投放市场但没有严格的监管要求,就很难保证它的安全有效性。

作为一项新兴科技产业,3D打印技术在医疗领域已经产生了深远的影响,推动医疗领域快速发展。但目前来看,3D打印医用材料的各项技术仍未成熟,若想真正实现3D打印大范围运用在医药领域,还有一段很长的路要走。