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3D打印機 一個骨科醫生的探索

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把CT數據輸入3D打印機,噴頭開始緩慢地堆積聚乳酸材料,10分鐘過去,依舊只是薄薄一層白色固體……骨科醫生秦曉東沒有想到的是,真正拿到骨骼模型的時候,他心里的謎團瞬間解開。

一臺矯正手術

33床的顧美珍換上手術服,心情稍微有一點緊張。但她已經受夠了自己的右腳,因為骨骼畸形,走路的時候只能外側著地,一瘸一拐的,小拇指下面磨了厚厚一層老繭。最近一年,她的腳踝內側開始疼痛,嚴重的時候,她找來止痛藥,一股腦吞下去幾粒。久而久之,這只畸形的右腳里面像是藏了一個驕橫的魔鬼,吃藥能維持的時間越來越短,魔鬼越來越猖狂,也把她從一個猶豫不決的農村婦女磨成了一個堅強果決的患者,她決定:“去南京的大醫院做手術。”

秦曉東也做好了準備,他是江蘇省人民醫院的骨科醫生,這一天他很早就醒了,提前到了辦公室,從抽屜里拿出一個東西,通體白色,底座上伸出五根豎直的細長分支,表面并不平滑,能看出材料的肌理,這是一個用3D打印機打印出來的模型,完全按照顧美珍的CT數據,理論上說,這復制了她右腳的骨骼形狀。


江蘇省人民醫院創傷骨科主任醫師秦曉東江蘇省人民醫院創傷骨科主任醫師秦曉東

前一天下班之前,秦曉東才收到模型,打開包裝看到實物的那一刻,他興奮得拍大腿,模型解決了他的重大疑問——為什么顧美珍腳踝內側會痛?她第一次來看專家門診的時候,丈夫背著她一路到醫院,兩人都滿臉愁苦,她指著自己的右腳內側說,“疼得受不了”。可是,按照秦曉東的經驗,用右腳的外側走路,力量集中,疼痛的地方應該也在外側。

人體足部每側有26塊骨頭,33個關節,結構復雜,CT并沒有給他直接的答案,顧美珍右腳的骨骼顯示在膠片上,最明顯的特征是距骨畸形,這是一塊起著重要連接作用的骨頭,因為它的特殊形狀,顧美珍整個右腳的朝向受到了嚴重影響。至于內側為什么會痛,秦曉東沒有想清楚,這讓他心里隱隱不安。作為一個骨科醫生,他非常不喜歡這種感覺,“必須得看得清清楚楚,才能判斷出真實的情況,否則開刀的時候,心里沒底”。

直到模型擺在眼前,秦曉東心里的謎團才被解開,右腳偏內側的舟狀骨是有問題的,形狀和位置都與常人不同,因為發育不良,這塊形狀本應像是一葉小舟的骨頭,被擠成了一個可憐的小圓錐。更重要的是,這塊“小圓錐”和顧美珍的內踝挨得太近了,這本來是兩塊不應該有直接接觸的骨頭,可是顧美珍每走一步,它們都輕輕摩擦一次。秦曉東把這種情況叫作假關節,和真的關節不同的是,兩塊骨頭之間沒有關節軟骨,更沒有關節液的潤滑,每一次接觸都刺激著附近細密的神經,讓她感覺到鉆心的疼痛。

他對自己空間想象力的不安在瞬間釋放。手術開始之前的一個小時里,他在辦公室里對比著CT,變換著幾個角度觀察著模型,隨后又把它帶進了一號手術室。

顧美珍已經躺在手術臺上,護士將傳感器與電子儀器連在一起,屏幕上開始顯示4條顏色不同的波形數據,儀器發出的嘀嘀聲充滿整個手術室。她已經進入全身麻醉狀態,右腿綁上了止血帶,綠色的手術單蓋在身上,只露出右側小腿以下的位置。


秦曉東(右)讓護士把3D打印模型拿給他看,以便準確找到腳部畸形患者的舟狀骨

秦曉東40多歲,微微有一點胖,對每一個人說話都溫柔而有耐心,他很認真地問過顧美珍,如果確定要手術,她要接受矯正之后的新挑戰——重新學習走路,改變她過去50多年的走路姿勢,努力像正常人一樣,兩只腳都用腳底著地。顧美珍幾乎沒有猶豫,她已經不能和“魔鬼”共處下去了,甚至做了截肢的打算。見到秦曉東之前,她去了南京市另一家醫院,她覺得醫生不夠理解她的痛苦,又去排了秦曉東的專家號。檢查結束之后,她放心了很多,說:“這個醫生不嫌患者的腳臟,來來回回地檢查了好幾遍。”

手術即將開始,白色的足部模型經過消毒被放在電刀臺上,并沒有觀片燈上掛著的CT片顯眼。但秦曉東覺得模型有強大的作用,骨骼的結構和形狀像是從平面的圖片蹦出來一樣到了他的面前,他穿上鉛衣,外面又套上一層綠色的手術服,一直皺著眉頭,大腦在飛快運轉,眼神停留在CT片上,很快又轉回電刀臺上的模型。

陳浩是秦曉東的助手,他用碘伏來回擦拭著顧美珍的右腳和小腿,腳踝像是弓箭被拉起來的弦一樣向外鼓起來,內側的形狀像是字母“C”,這只被“魔鬼”糾纏的腳很快被碘伏染成了黃褐色。顧美珍對此一無所知,被全身麻醉之前,她知道有一個白色的模型放在一邊,和她的腳型一模一樣,至于3D打印是什么,她唯一的概念就是“很先進”。

因為模型的出現,手術方案在前一天已經修改,顧美珍疼痛的右腳內側以及小腿也需要開刀,這是之前手術計劃之外的。秦曉東的第一個目標是找到右腳上的脛后肌腱,這條肌腱多年來像是一根繩子,死死地拽著顧美珍的腳,他要把它剪斷、抽出,再穿過皮下隧道把它固定在中間楔骨上,這樣,“繩子”將不會再往錯誤的方向拽了。


因為有了3D打印模型做參照,顧美珍右腳的手術只進行了一個小時

可是,第一刀要下在哪里?尋找這根肌腱需要先找到舟狀骨,而顧美珍右腳上的骨骼結構和常人不同,按照經驗來判斷很可能會找錯位置。秦曉東心中已經對顧美珍的右腳有了一個大致的判斷,但是切下第一刀之前,他還是讓護士宋妙把模型拿給他看。

“不是這個角度,翻過來!”模型下帶著一個同色的底座,加上骨骼的畸形,宋妙把外側的一面舉在他面前,令他有點急躁,舟狀骨的位置在內側。模型上可以很清晰地看到,這塊“小圓錐”接近腳踝,距離大約是1厘米,1:1比例的模型給了秦曉東一個誤差不會太大的位置建議,他憑著經驗切下了手術的第一刀。

腳上的脂肪層和肌肉并不多,切開皮下組織和筋膜層,讓顧美珍疼痛得“不想要右腳”的舟狀骨出現在醫生眼前,秦曉東順著舟狀骨順利找到了脛后肌腱,“繩子”的止點被剪斷。懸著的一顆心放下來一半,隨之而來的是一點成就感,秦曉東向本刊記者形容這種感覺:“像是駕船在大海上航行,這片天地只屬于我們幾個人,我們必須絕對的默契和準確,為了完成一個共同的使命。”

手術僅僅是完成了第一步,秦曉東不能放松,接下來最重要的部分是做楔形截骨,這是矯正腳型的關鍵。醫生要完成的任務像是切一塊蛋糕,從中間的部分切下一塊適當的體積,再把一邊推過來固定,蛋糕扇形的角度會變小,對于顧美珍的右腳來說,變小的這一塊正是她外側突出的骨頭,如此,完成矯正。

秦曉東和陳浩又把眼光投向手術臺上的模型,手術雖然是開放式的,但不可能完全暴露所有的腳部骨頭,他們的視野非常有限,為了降低感染的風險,他們必須切一個盡可能小的切口,準確地找到截骨的位置。宋妙很自然地把模型舉起,把突出的“右腳”外側朝向醫生。從哪里切,切多少,秦曉東盯著模型估測位置,對照他之前在三維重建上計算的數字,心里有底了,他切開皮膚,拿起擺鋸截骨,幾乎一氣呵成。他終于松了一口氣,如果只依靠以往的經驗一點一點地截除骨頭,手術時間可能會延長一倍。

五顆鋼釘固定著顧美珍的右腳,陳浩負責最后的縫合,秦曉東把模型拿在手里,對比顧美珍已經矯正過的腳,他覺得滿意,又把模型像寶貝一樣拿走。

模型:一次嘗試

秦曉東把模型放進了自己的背包里,在醫學院本科同學的聚會上,他拿出來和同學們分享,白色的足部模型被大家傳看,評價不多。同學們都年過四十,大部分在和醫療領域相關的公司工作,只有兩個人做了骨科醫生。“南京新街口也有3D打印店啊,你可以定制自己的小塑像。”一位穿著優雅的女同學說。

“是的,和普通的骨骼模型不同,就是因為定制,一個患者遇到的情況一定是獨一無二的,打印出來的骨骼結構也是獨一無二的,你可以清晰地看到她個人的情況,和看片子不同,每一塊骨頭都以它原本的面貌展現在你眼前。”同學們并沒有表現出很大的興趣,秦曉東還是忍不住分享自己的感想,一個手腕被他開刀做過手術的男同學端起一杯酒要和他碰杯,3D打印的話題就此戛然而止。

并不是每一個人都能理解他的快樂,但作為骨科醫生,秦曉東對“看得更清楚”有近乎偏執的渴望。“這是我的夢想。”他和本刊記者說。90年代末,核磁共振成像技術剛剛開始普及,一個當過兵的朋友得了病,先是被診斷為風濕,后來又到神經內科治療,秦曉東去醫院探望。“他說兩個胳膊麻得厲害、腿也不聽使喚,我一想他在部隊練過頭頂開磚,當時就覺得這應該是我們科的事。”秦曉東趕緊帶他去做核磁共振,醫生在片子上看到頸椎間盤的問題,朋友才轉到脊柱外科,開始對癥治療。秦曉東內心很感慨,新的技術讓醫生有了更多的方法“看得更清楚”,而不僅僅是按照癥狀和經驗來診斷。接觸到3D打印機,他覺得這很可能又是一次革新。“所有復雜的骨骼畸形、嚴重的粉碎性骨折,你在CT上看不清楚的、有疑問的,那就打印一個出來看看。”

秦曉東最初對3D打印的興趣發生在2013年4月,在此之前,他聽說過3D打印手槍,對這種技術有好奇心,但也僅是停留在心里的一個問號。因為一次在北京積水潭醫院的研修機會,他在創傷骨科主任醫師吳新寶的辦公室里看到了一個畸形骨盆的模型,淡黃色,看上去和木頭的質地類似,幾個進修醫生都在用手機拍照片,他問了才知道,一個年輕女孩因為骨盆的陳舊性骨折住院,手術非常有挑戰性,而眼前這個模型是用3D打印機打印出來的。這讓秦曉東眼前一亮,模型清楚地展示出骨盆畸形的程度和移位方向,缺損的部位和大小。

再一次看到這個模型的時候,之前歪斜的骨盆已經完全不同,“骨頭”已經被矯正,但是,整個模型幾乎支離破碎,被骨圓針勉強固定著,看起來形狀已經接近正常人的骨盆。秦曉東又激動又遺憾,這模型還可以預先手術,可是他錯過了!

正式手術的時候,他提前空出了時間去觀摩,那個看起來支離破碎的模型被護士小心翼翼地拿到了手術室,醫生們想通過模型來看清楚患者的骨盆情況。只是,當手術開始的時候,面對已經被矯正的模型,他們忘記了原來的畸形到底是什么樣子,只好再看CT,對照模型回憶。秦曉東站在一旁,心里默默總結:“如果要預手術,一定要打印兩個模型,一個用來預手術,一個用來觀察。”

離開積水潭醫院回到南京,科室里還沒有3D打印機,秦曉東有點靦腆地和本刊記者說:“我一直覺得自己是一個在手術方面有一點天賦的‘匠人型’醫生,享受站在手術臺上專注的感覺,只有手術臺上是我的天地,至于建議領導買新的設備,我不太好意思說。”

直到今年6月,秦曉東所在的科室引進了一臺3D打印機,他一得到消息就跑去科主任李翔的辦公室,這臺市場價20萬元左右的機器放在窗邊一角,和他之前在德國參觀的3D打印機不一樣,乍一看更像是家用洗衣機,白色的機身和上蓋,下面有一塊暗色的玻璃門,斜對面放著輸入和處理數據的主機箱。秦曉東自然不會放過機會,利用3D打印的技術,也許可以解答他對顧美珍右腳的疑問,他聯系了廠商,叫上讀研時做過數字化骨科項目的陳浩,計劃周末就去學學怎么打印。

陳浩早就看好3D打印機,坐在值班室辦公桌上一個1米高的脊柱模型旁邊,他向本刊記者說起他去年流產的投資計劃,顯得有一絲遺憾。“可能是因為年輕人對技術的敏感,我和大學同學一年之前打算投資開一個幫助患者打印模型的小公司,后來因為成本過高,也沒有找到很合適的模式就不了了之了。”

在常州公司的展廳里,他們看到了各種部位的模型,每一個白色聚乳酸堆積的形狀背后都是屬于某一個人的個性化數據。這家公司的負責人胡曉文找了負責培訓的員工給醫生做了一場小培訓,機器是他們專門給醫生研發的,操作非常簡單,陳浩把顧美珍的CT數據做了轉換,打印開始。

暗色玻璃后亮起一盞白燈,噴頭來回運動,一點一點地噴射白色的乳狀材料,節奏有條不紊,感覺像是一個氣定神閑地捏著橡皮泥的匠人。秦曉東盯著玻璃罩里黃色的底板,乳白色的材料過了很久才有一點成型的樣子,底座上的材料以極慢的速度加厚,形成的僅僅是腳底的一個部分。

胡曉文則顯得十分有耐心。“我之前接觸到的所有機械制造幾乎全部是減材制造,你需要先設計圖紙,再用一個整塊的材料在機床上切割、打孔、拼接等等,整個過程是在一個成型材料上逐漸減材,如果你只想生產一個,那成本非常高,而3D打印是增材制造,個性化的需要在這種制造模式上有了可能性。”比之于尖端的科研機構直接打印植入物、軟組織甚至是器官,胡曉文的嘗試顯得更加實用,他把患者的骨骼模型快遞到醫生手里,把傻瓜式操作的3D打印機送進醫院,讓秦曉東和陳浩能在一天之內拿到模型,并且認同這種新的信息獲取方式。

從總經理辦公室出來,他走到3D打印的展覽廳里,三臺機器放在門邊正在工作,幾個巨大的電風扇在旋轉,小小的打印機噴頭一刻不停地工作。6個小時之后,顧美珍的右腳模型出現在白色的燈光之下,像是一個舞臺上的主角。(為保護患者的隱私,文中顧美珍為化名;感謝吳倪娜對本文采寫提供的幫助)

來自新浪科技


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