重庆可以用
技术做手术了
重庆晚报独家打探西南医院3D打印实验室
昨日上午11时，第三军医大学附属西南医院关节外科，利用自主研发的3D打印导航系统，成功实施了重庆首例3D医疗打印技术膝关节置换手术。王慧英是此项免费新技术的首个受益者。
3D医疗打印技术在国内外发展迅速。昨日，重庆晚报记者独家探访了西南医院3D打印实验室，在这里，研究人员自主研发的3D打印机，已能打印耳朵，根据手术需要打印器官骨骼的技术也在实验当中。
重庆晚报记者 严艺菲 首席记者 冉文 摄影报道
医生先模拟再打印模板
3D技术这样手术
医生先模拟再打印模板
1、用3D打印导航系统，手术前先用CT扫描患病部位得到3D影像数据。
2、依靠数据在电脑建立手术部位的3D形态，再由专家在专业软件上进行一场模拟手术。如此一来，去除哪些部分、去除多少、选择哪种大小的植入物，都可以在术前反复修正直至完美。
3、当专家认为达到最好效果后，便用专业公式分析出截骨导向板的3D打印数据。
4、截骨导向板打印出来后就相当于一块手术模板，只需将该模板套在裸露的膝关节上做手术即可。
手术精准
误差控制0.5~1毫米
66岁的王慧英10年前患上骨关节炎，此前长期使用药物与激素，效果不佳，目前右膝要换人工膝关节。她入院时恰逢西南医院的膝关节置换3D打印导航系统研究成功，且该技术的费用由西南医院临床科研创新基金承担，患者只需要承担传统手术的费用即可。在国外，该技术需要增加2000欧元费用。
昨日上午11时，王慧英被推入手术室，消毒麻醉、切开手术部位、安装手术导板、去除坏死部分关节、置换人工关节……11时38分，王慧英被推出病房。“手术顺利，比传统手术轻松。”施术医生、西南医院关节外科主任杨柳说。
杨柳与西南医院关节外科副教授郭林介绍，目前国内少数几家医院已掌握此前沿技术。在重庆，西南医院是首家研发成功的单位。在精准方面，该技术表现出色，可将手术误差控制在0.5到1毫米，优于教授级医生在传统手术中的3毫米误差。原本60~90分钟的手术，现在30分钟就可完成。
远程支持
在区县可接受类似手术
在传统膝关节置换手术中，外科医生主要进行以下步骤：打开手术部位，去除坏死部分，再装上人工关节。虽然只有三个步骤，但有许多不确定性，比如去除的体积等。
据统计，每100例需要进行重新修正的置换手术中，就有30例是因为术中不确定因素造成，还有20例是因为感染，传统手术时间长也是影响感染率的一个原因。
此项技术还可进行远程手术指导，实际助力本届重庆两会要求的医联体改革。“比如，区县医院可以将患者的CT数据传给我们，由我们用软件进行手术后，将截骨导向板的3D数据传回给区县医院，区县医院3D打印出截骨导向板即可。完全可以让患者在区县医院就得到教授水平的手术治疗。”杨柳说。
推广运用
还可用来治疗牙齿与脊柱
杨柳介绍，此项技术前景宽广，牙齿手术与脊柱手术中也已有采用。比如，脊柱矫形手术中，医生需要向患者脊柱打入一些医疗钉，脊柱附近神经繁多，医生在手术中时常担心伤及神经，往往打入一颗医疗钉后需要暂停手术进行多方CT检查，确认无误后才能打入下一颗。这不仅增加患者风险，延长手术时间，也让医护人员更多地暴露在射线当中。如果采用3D打印导航技术，只需要模拟手术后制作出一套精准的手术导板，医生即可快速操作。
3D医疗打印
重庆啥水平
杨柳告诉重庆晚报记者，3D打印导航技术在临床治疗领域已属前沿，但在3D医疗打印技术中只属低端技术。为了解3D医疗打印技术在重庆的发展水平，重庆晚报记者独家走进西南医院3D打印实验室。
实验室里，实验室负责人王富友教授和同事正在用3D打印机打印一块手术辅助导板。实验室中摆放着各类打印机，有昂贵的外购成机，也有他们研发组装的3D打印机。
王富友介绍，3D医疗打印技术按实际用途主要分为三类：观察辅助、手术辅助、实体替代植入。其中，实体植入难度最高，也是生物细胞打印要突破的难点。
供医生练手的打印
一块导板只要1小时左右
在实验室，3D打印教学辅助模型所用的是zprinter150型打印机，价值20万元。王富友拿起一个打印好的髋骨整体模型告诉重庆晚报记者，此类打印一般用石膏材料，打印人体关节仅需几分钟，髋骨整体比较复杂，大约打印600层，需要1个小时。
典型的手术辅助应用类型，是打印截骨导板、脊柱医疗钉导板。此外，还可用于打印复杂病灶，比如，患者肝脏的三维复制品，这个模型可以让医生练手，计算出如何切割肝脏。
手术辅助打印，在西南医院3D实验室里应用的是自己研发组装的3D打印机，买来的打印喷头与机架，通过芯片与电脑连接即可。王富友介绍，打印机的实际成本只有几千元，而打印导板的材料通常是聚乳酸，打印一块导板通常需要1个小时左右。
据介绍，日本还有公司打印腹中胎儿的模型，留给父母做纪念。
私人定制的打印
尚未正式批准用于临床
王富友介绍，实体替代植入包括替代医学与再生医学两种。替代医学主要指骨骼、牙齿、假肢等。再生医学则指活体组织与器官，且打印出来的东西具有再生性与功能性。
替代医学方面，属于私人定制级别。举例来说，有小孩无法使用成人假肢，3D医疗打印技术就能打印出适合这个小孩的假肢。王富友说，这类实体打印在西南医院实验室中技术也已成型，将教学辅助中的打印材料置换为钛合金等材料即可，目前此项技术尚未正式批准用于临床。
实体替代植入的打印
能打出耳朵就是没听力
“再生医学方面，重点就是细胞打印。”王富友说，打印活细胞的第一步是取得活细胞，培养在主要成分为凝胶质的胶原蛋白中，再用特殊针头进行打印组装。目前，西南医院3D打印实验室使用的针头有不同型号，针孔直径在50~100微米之间，这是因为一个细胞的大小在10到20微米，针头过大过小都不能打印细胞。西南医院3D实验室中采取的还是挤压式的打印方法，即单个针头打印，不久就可能有喷墨式细胞打印机，可以让上千个针头同时打印。
王富友介绍，打印时必须确保无菌，同时还要控制打印压力与细胞浓度，这样细胞存活率能高达90%以上。
这并非代表此项技术已可应用于临床解决人体更换零件的问题。王富友介绍，目前已有国内外专家打印出了皮肤、肾脏、肝脏等组织，但多是只有形状没有功能，或者功能不完整。“我们自己也打印出耳朵等，20分钟即可完成，只有形状，还不具备功能。”王富友说，就算最简单的皮肤，也需要研究如何让其具备感觉冷热、排汗代谢的功能，已有专家在尝试向3D打印的皮肤中植入毛囊、汗腺。
手术中在体内的打印
已造出机器人模型和芯片
在美国3D打印展上，有专家介绍了自己的设想：未来每个外科手术室里都将会有一台3D打印机，它会在手术过程中将准备好的干细胞打印到病人需要被治疗的特定部位。
这项技术，西南医院有没有突破？有！王富友正在研发3D体内打印机器人。该机器人将术中体内打印与悬臂机器人结构结合在一起，使之像西南医院达芬奇机器人一样灵活与稳定，来完成术中体内打印。
“如果是类似膝关节这样的小型人体零件，打印时间不会超过3分钟。”王富友已经制作出一臂六轴的等比缩小模型与控制芯片，但王富友强调，这离临床运用还有距离，生物打印材料、操控方式、精准程度都还需要进一步研究。
4D打印来了 遇水自主组装
国外有一名60岁的患者，患恶性肿瘤失去左脸后接受了3D打印的假脸，这使他看上去和正常人差别不大。还有实验室打印出了抗癌药物。
“美国生物学家已预测，不久的将来，人类可以用3D打印机直接打印DNA和流感疫苗。”王富友说，目前美国科学家正在研究将DNA转化成计算机二进制编码信息，这一数字信息可以通过电子邮件在不到一秒钟内传到世界各地。与此同时，科学家正在研制一种被称做数字生物学转换器的设备，它可以通过电子邮件收到的DNA数字编码信息重新转换成有效的生物DNA。
日前，美国麻省理工学院在洛杉矶举行的娱乐和设计大会上推出了升级版本4D打印机。所谓的4D打印，是一种能够自动变形的材料，只需将其放入水中，不需要机电设备，就能按照产品设计自动折叠成相应的形状，4D打印最关键是记忆合金。4D打印预计在医疗中应该会有很好的应用，因为人体血液中含有大量水分，若将遇水变化的部件打印到指定位置，可以带来意想不到的医疗效果。
