在南方醫科大學深圳醫院數字骨科中心，通過CT、核磁共振（MRI）等掃描技術，一層一層掃描病人變形或者缺損的骨關節，再在電腦上利用分析軟件將獲取的數據轉成一個立體模型，然后再連接3D打印機。通過設定相應程序，3D打印機就會打印出一個逼真的實物模型。

在南方醫科大學深圳醫院數字外科3D打印中心，骨科專家在進行3D打印骨骼模型。

在南方醫科大學深圳醫院數字骨科中心，通過CT、核磁共振（MRI）等掃描技術，一層一層掃描病人變形或者缺損的骨關節，再在電腦上利用分析軟件將獲取的數據轉成一個立體模型，然后再連接3D打印機。通過設定相應程序，3D打印機就會“吭哧吭哧”地打印出一個逼真的骨骼實物模型。

如今，在深圳，這種3D打印病人器官模型的技術已普遍用于骨科、心臟外科、神經外科等科室的手術規劃中，1：1的器官模型清晰地將病人的解剖結構呈現給醫生，一定程度上幫助醫生提高復雜手術的成功率、降低手術風險。

盡管業內人士表示，目前，我國醫學3D打印技術跟國外幾乎同步，個別的領域可能還要超過他們。但是，從目前科研和臨床應用來看，我國醫學3D打印仍處于打印無生命的器官模型和骨骼內植物階段，3D生物打印人體組織和器官又還有很長的路要走。

8月14日，廣東省醫學3D打印應用轉化工程技術研究中心落戶南方醫科大學深圳醫院，并成立臨床基地，這意味著3D打印技術在臨床上的應用轉化正在快速發展。在深圳，3D打印在臨床上和研發上有哪些新進展？又還有哪些短板呢？近日，記者走進醫院和企業，與業內人士共同探討深圳醫學3D打印的未來發展。

現狀

已臨床應用于外科、口腔科等

3D打印幫助醫生突破醫療禁區

走進南方醫科大學深圳醫院“數字外科3D打印中心”，3臺體型小但功能強大的3D打印機整齊排列在桌上，旁邊還擺放著幾個已打印好的骨骼實物模型樣品。南方醫科大學深圳骨科主任桑宏勛團隊通過打印出來的實物模型，實現對骨骼受損部位、移位程度及走向的清晰掌握，依此了解病人的病情，并計劃手術方案，從而將3D打印技術成功應用到骨折、骨科修復和畸形矯正手術中。

“如果病人的骨關節嚴重缺損，按照以前的方法，可能沒有辦法手術或者要把關節全部換掉。但如今借助3D打印技術協助，可以實現缺損多少，就移植多少，實現了精準醫療，還可以降低手術中意外情況發生的風險。”桑宏勛告訴記者。如今在3D打印技術協助下，該團隊已經完成700多例骨科手術，其中五分之一是疑難病例，包括高危的頸椎、胸椎疾病和先天性脊柱畸形等。

對于風險高難度大的手術，術前規劃非常重要。傳統上，通過CT、核磁共振（MRI）等影像設備獲取患者真實的數據，是醫生手術規劃的基礎，但得到的醫學影像是二維的。如今，利用分析軟件可以將二維數據轉成逼真的三維數據，3D打印機可以將三維模型直接打印出來，既可輔助醫生進行精準的手術規劃、提升手術的成功率，又方便醫生與患者就手術方案進行直觀的溝通。此外，即使在治療失敗后，3D打印也可以為醫患雙方提供可溯源的依據。

今年7月，桑宏勛接診了一位70多歲的張老先生。由于頸椎痛得厲害，張老先生連吃飯、刷牙等事情都做不了，也走不了路，只能用輪椅代步。CT顯示，張先生椎管狹窄嚴重，7節頸椎中有6節椎管發生了病變，椎管狹窄壓迫頸動脈狹窄，導致他失去正常活動能力。“傳統方法可以選擇前路或者后路的方式進行手術，但術中要把變狹窄的椎管擴充到多大，怎么去擴，都只能全憑主刀醫生的經驗，連助手、護士等都不知道怎么去做這個手術，病人對于醫生的手術方案和效果也不會很清楚。”桑宏勛說。而在給張老先生做手術的時候，他先用3D打印技術，打出病人1：1的頸椎模型，通過模型，清楚地知道病人椎管狹窄的程度，然后跟手術團隊成員一起制定手術方案，規劃把椎管擴張的范圍、擴張的地方和部位，以及螺釘要植入的方向和部位等，手術中再配備導航板進行操作，最后手術很成功。術后一周，張老先生就可以站起來了。

有著20多年脊柱外科臨床經驗，并在國內率先開展脊柱機器人手術和數字骨科手術的桑宏勛，十分看好3D打印技術在骨科等外科領域的廣闊應用前景。“3D打印在術前規劃、術前教學、術中的導航和導板以及術后評估中發揮重要作用。”桑宏勛說，3D打印與臨床結合，使得臨床手術更加精準，實現量體裁衣，度身定做，解決了許多臨床上的各種難題。

目前，在臨床上，深圳不少醫院已經應用或正在開展臨床試驗的技術包括生理、病理模型3D打印，個性化導航導板3D打印、個性化植入物打印等。其中，深圳艾科賽龍科技有限公司自主研發的個性化導航導板3D打印已通過廣東省3類臨床醫療器械準入的審批，這也是我國被批準臨床應用的首個3D打印個性化導航導板，進一步推動了3D打印技術在臨床上的應用。

醫療借助于3D打印技術，正帶來醫療領域的巨大變革。如今，南方醫科大學深圳醫院數字外科3D打印中心，3D打印技術應用到頜面外科、整形燒傷科、口腔科等臨床上。南醫大深圳醫院燒傷整形科主任朱雄翔告訴記者，在燒傷整形領域，3D打印已經實現了器官再造和修復重建。對于一些先天性缺耳的病人，醫生以3D打印的耳朵模型為對照，取自體肋部的軟骨“雕”成跟另一只幾乎一致的耳朵，并植入皮膚下，等軟骨與皮瓣長成一體，再行移植手術，把新長出的耳朵移植到耳朵缺損位置，實現耳朵再造。2015年，港大深圳醫院整形外科團隊就實施了深圳首例以3D打印輔助的耳廓塑型的再造手術，幫助一位右耳廓先天發育不全9歲女孩“長”出新耳朵。

進展

3D打印人體植入物已獲應用

升級版可以實現“私人定制”

一個人的骨骼因為受傷骨折或因為病變受到破壞之后，醫學上采用的最基本的治療方法就是讓骨折斷端復位，然后等待其自然愈合。如果因為骨質破壞造成了骨缺損，則在缺損區進行植骨，即填充從病人自身相對不重要部位切取的自體骨，然后等待其長成一體，這種形式被稱為骨融合。骨折的愈合時間一般為3個月，如果存在骨缺損，需要植骨填充，以達到骨融合的目的，所需時間往往會更長。

然而，在臨床上，有一些骨腫瘤病人，因為骨骼或者關節被腫瘤侵襲嚴重，手術中若造成大面積的骨缺損或者截骨，就不得不植入假體。

目前，以鈦合金為主要材料的金屬植入物在臨床上應用最廣泛。深圳艾科賽龍科技有限公司創始人趙小文告訴記者，國際上，美國FDA近年來已經批準上市了86個3D打印植入物產品，大部分是脊柱植入物。在國內，中國國家食品藥品監督管理總局批準注冊的3D打印人體植入物僅有兩項，分別是2015年獲批的“3D打印人工髖關節產品”和2016年5月獲批的“金屬3D打印內植物——人工椎體”。

不過，目前金屬3D打印的人工髖關節和人工椎體在臨床上還沒有大量應用。“這些產品只能應用于個別的惡性腫瘤病人，而且要通過醫院倫理委員會的審批，還要看植入體對病人有沒有影響，加上還沒有收費標準，臨床使用還很少。”桑宏勛說。

對于臨床醫生來說，目前的3D打印植入物還有一個不足，就是產品的“標準化”，還不適合個體化的病人。“因為目前批準的人工髖關節和人工椎體的打印只能批量生產，并不能個性化定制，所有都是‘標準化’產品，都是‘均碼’。”趙小文說，而由于骨科病人的病情不一樣，骨缺損或者截骨的位置不一樣，植入的假體也要“個性化定制”。

在趙小文的辦公桌上，有一小段的鈦合金3D打印脊椎，這是一個脊柱腫瘤病人一節脊椎1：1的模型。這個病例來自于艾科賽龍與北京一家醫院正在進行的臨床試驗，患者于今年7月進行了手術，手術切除腫瘤的時候，同時切除了一節被腫瘤“吃”掉了的脊椎。少了一節脊椎，下一步如何恢復脊椎結構、保護脊髓，讓病人回歸正常生活，對臨床是一個挑戰。于是，臨床醫生精心研究患者的病情后，依據其解剖結構，利用金屬3D打印技術為他“量身定制”了一節人工脊椎，這段“私人定制”的內植物形態、大小、曲度與患者原本的脊椎完全契合，上面還有海綿一樣的微孔，類似于人體骨骼結構中的骨小梁，可以幫助病人的脊柱恢復正常功能。

這款個體化的鈦合金3D打印植入物是艾科賽龍正在研發的一款新產品，與已經批準的金屬3D打印內植物產品不同的是，該產品屬于個性化的產品，“一人一款”。在艾科賽龍公司的展示柜里，記者發現這款鈦合金3D打印植入物不僅可以修復脊柱，還可以修復腦顱、頜面骨、胸骨等部位。趙小文透露，從2014年開始，該公司已經與第四軍醫大、南方醫科大學附屬醫院、深圳市第二人民醫院等國內近10家機構完成50多例的臨床試驗，“相對于傳統手術和標準化的產品，個性化的3D打印植入物更科學，更能解決臨床上的疑難問題。”趙小文說。目前，艾科賽龍正準備向國家食藥監管總局申報注冊該產品。

未來

生物打印是未來挑戰

打印人工器官不是夢

從器官復制品模型到個性化的金屬植入物，3D打印技術在醫學領域應用越來越廣泛，技術也不斷“升級”。但是，目前醫學3D打印的產品仍處在無生命階段，比如定制化假肢、牙齒、手術模型、骨科植入物等，在國際標準上，任何植入物的使用壽命只有20年，這也意味著，骨科病人在植入金屬3D打印的植入物20年后，還需要進行二次手術再植入。那么，組織器官等有生命的3D打印產品又什么時候會出現呢？

深圳市精準醫療協會副會長、深圳德智達科技有限公司首席執行官劉春告訴記者，目前使用PEEK（聚醚醚酮）、金屬等非活性組織材料打印的牙齒、手術模型，骨科植入物等醫療器械都屬于“初級階梯”，而打印血管、軟骨組織這類單一的活體組織屬于“中級階梯”，3D打印的人工肝臟、心臟等人工器官則屬于“頂級階梯”。后面兩個階段屬于生物3D打印階段，目前還處于科學研究階段。

“從全球范圍來看，我國的醫學3D打印跟國外幾乎同步，個別的領域可能還要超過他們。”趙小文說，但是有一個問題，中國的生物3D打印技術由于基礎研究比較薄弱，包括在這方面的知識產權比較少，這將阻礙我國生物3D打印技術的發展。

“無論是3D打印血管、軟骨組織，還是肝臟、心臟，其核心是人體組織器官結構形態及功能的解析和重建，這是生物3D打印的關鍵。”趙小文說。在構建一個組織的時候，首先要知道這種組織所使用的材料是什么，或者是有什么樣生物可降解的材料，植入人體以后，它能夠保證器官的生長，同時能在身體里面保證這種相容性，與其他的組織之間的相互關系能保持得非常融洽，同時它又能降解，比如說降解成水被人體充分吸收等。

在構建的時候必須先對組織和器官有清晰的解析。比如說要做一個有活性的骨骼，人體從頭到腳的骨骼結構其實是不一樣的，有些是防止外界的撞擊，起到對內部組織的保護，有些需要產生血細胞、紅細胞等。由于它的功能不一樣，骨從頭到腳的結構也是不一樣的，它的細胞組織也是不一樣的。了解了人體的從頭到腳骨骼的結構以后，就要想辦法把它構建出來，仿生出來，為細胞在里面的生長創造一個良好的條件，這樣細胞才能在里面進行擴增、代謝、遷移，然后生成相關的組織。然后3D打印出來的東西，在體外進行培養后，再植入人體以后，細胞繼續生長，這種結構在滿足細胞生長的前提下，會一步一步地降解，修復人體內缺損的骨骼，并與體內骨骼融合在一起。

生物3D打印技術，在人工組織、器官培養過程中更多承擔了三維形狀的構建，即讓人體細胞按照預先設計好的形狀來生長。因此人造器官、組織的發展更大程度上取決于用量化的數據來解析和構建人體組織器官，只有解析和構建好的人體組織器官的結構形態和功能，才能“激活”組織和器官。而恰恰這一點，是目前我國基礎研究的薄弱環節。“很多人覺得是生物材料會影響組織和器官的打印，事實上，目前市場上現有材料和設備已經滿足生物3D打印技術，瓶頸不在于材料，而在于對具體的組織器官沒有量化。”趙小文說，要推動深圳生物3D打印的發展，必須要加快生物技術的基礎研究，補足科研短板。

培育3D打印器官是取代捐獻器官移植的另一重要方法，其之所以久久未能實現植入人體的零的突破，一方面是由于基礎研究和技術不夠成熟，很多產品只模仿了結構而不具備功能，另一方面便是未能解決排異問題，以及將產生的法律和倫理上的一些問題。在采訪中，幾位臨床和產業界人士都表示，3D打印“活”的組織和器官還有很長一段時間才能實現，不過，目前國內外科學家們正在加快生物3D打印技術的研究。