4D打印助力医学领域，实现“私人订制”手术方案

近年来，3D打印在医学领域一直突破不断。其高效快速准确建立三维模型的特性与医疗领域讲究精准的要求不谋而合，具有广泛的市场。医疗3D打印是使用3D打印的方法成型生物材料，特别是细胞材料，用来制造人工的组织、器官，还有各种假肢，手术导板等一系列生物医疗领域的产品。它是目前3D打印研究中最前沿的领域。

在日前举行的西安生物医健创新创业大赛上，曹铁生及其团队展示的个性化3D打印——人体置换物及生物支架项目，具有技术核心优势，并将3D打印技术和临床手术实现更好结合，已经多次应用在临床手术中，倍受关注。该项目最终获得比赛三等奖。

3D打印与外科手术完美结合

2015年7月，在唐都医院胸腔外科，一次手术改变了一个人的命运。

54岁的顾女士来自河南省洛阳市，1年前她在体检时被诊断为胸骨肿瘤，随后肿瘤组织不断长大，进而由于肿瘤压迫产生了疼痛、胸闷、气短等症状。她多处求医，大多数医院都表示只能切除胸骨，如果将胸前一块骨头切除，患者心脏就失去了“防护”墙，这意味着患者不能去拥挤的地方，甚至不能拥抱，严重的情况患者可能晕倒。因此，传统的胸骨切除手术不是理想的选择。

顾女士辗转来到第四军医大学唐都医院。胸腔外科组织多名专家教授对顾女士病情进行多次讨论，研究治疗方案。由于顾女士胸骨肿瘤直径已经达到6~7cm，目前已产生压迫症状，必须进行手术，将肿瘤部位以及被肿瘤侵蚀的胸骨组织切除。

经过多次探讨后医院决定，为该患者进行一次大胆尝试，即切除完胸骨肿瘤后，再植入一块与患者胸骨完全一样的3D打印钛合金胸骨。唐都医院超声诊断科教授、3D打印小组负责人曹铁生表示，经过风险评估后，几个科室通力合作，开始为顾女士研究制定最合适的“置换胸骨”方案。

顾女士的胸骨因为肿瘤，几乎没办法测出准确数据。而数据一旦出现偏差，打印出的胸骨就会不匹配，因此，“建模”是最大的难点。“每个人骨骼、体征都不一样，我们想了很多办法，后来找到一位与顾女士身高、体重等特征相似的人，采集到其胸骨数据，结合顾女士胸骨数据后，多次对比、反复检测，历时半个月共同修整设计出了3D胸骨模型。”

曹铁生教授说，在比例为1∶1的3D打印塑料胸廓模型上，充分验证了3D胸骨模型的实用性和安全性后，最后委托西北工业大学凝固技术国家重点实验室最终打印出了可植入的3D钛合金胸骨模型。随后，又对胸骨模型进行了一系列严密医学处理。

2015年6月22日，医院为患者实施了“胸骨切除+ 3D打印钛合金胸骨植入”手术。利用3D打印技术将可植入性钛合金胸骨植入顾女士体内，实现病变胸骨的整体置换。术后患者恢复顺利。

市场大有可为

目前，3D打印技术日益成为骨科手术的新宠，它通过数字化技术和软件，利用3D打印机，直接打印出骨关节模具，不仅解决了手术中的难题，也大大提高了骨科患者的恢复质量，还加快了愈合时间。
据相关专家介绍，骨科3D打印技术，不仅可以帮助医生完成骨科手术，它还能很好的解决假体和骨头长不到一起，或者连接松动等问题。3D构件由于在制造打印时，精度要求高，出来的成品能与患者骨头结构实现完美契合，因此更加稳固。

1968年，曹铁生毕业于第四军医大学医疗系，曾任职中国人民解放军超声医学专业委员主任委员。长期从事心脏病学和超声心动图学的医、教、研工作。理论基础扎实，临床经验丰富，被誉为“现代超声理论之父”。

随着3D打印技术在医学中的应用，曹铁生通过自己努力学习3D打印技术，同时动手制作出医院第一台医用高精度3D打印机。当医用3D打印技术被攻克后，其他科室听说有了该技术，提出能否将3D打印技术与临床相结合。随后大家将精力投向将3D打印技术和临床手术结合的工作中。

此后，3D打印人体置换物及生物支架被多次应用在临床手术中，为曾苦恼不已的患者开启了新的人生。为多位患者解决了病患的问题：完成钛合金替代物置换手术、3D打印钛合金胸骨置换术、3D打印钛合金肋骨置换术、3D打印漏斗胸矫形钢板植入术等，制作3D打印支架治疗胡桃夹综合征，同时，利用3D打印技术，唐都医院实现了对术式的创新，在手术前制作手术模型，精确指导手术。提高了手术的准确度。

在生物医药创赛中，曹铁生介绍，其项目的核心技术为通PLA材料3D打印，可以为医生提供既高度逼真又低成本的外科模型，项目已经多次应用于第四军医大学唐都医院外科手术，提高手术成功率和精准度，增强医生和患者的信心，减少医患矛盾。

近日，曹铁生正在筹备设立公司，主要致力于医学建模、医用手术模型的打印及人体可植入物的打印工作。

根据他做出的市场预测：截至2015年5月底，全国医疗卫生机构数达98.7万个。而公司将致力于打造医学3D打印设备及人体植入及介入的第一品牌，从技术创新到设备研发，再到连锁中心建设，用3年时间完成3D打印的临床验证，拿到CFDA产品注册证，以自己的核心技术在国内市场推广开来。

在将技术产业化的同时，唐都医院还将其应用不断延伸。

2016年4月，唐都医院胸腔外科利用国际最新4D打印新技术，为一例因支气管内膜结核导致的气管软化性狭窄患者解除病痛。

4D打印是一个国际新概念，比3D打印多了一个时间维度，是在3D打印的基础上，制作一种可吸收支架，通过调控生物材料的种类和分子量，调控支架的降解周期，使这个支架在未来2-3年内逐渐降解被人体吸收，免除了患者二次手术取支架的痛苦。

伴随着个性化3D打印——人体置换物及生物支架项目的应用越来越广泛，其产业化进程逐步加快，这一技术对于医疗健康产业的影响值得期待。

源自：西安高新区导报