刘忠军用3D打印撑起“中国脊梁”

刘忠军

全国人大代表,主任医师,教授,博士生导师,现任北京大学第三医院骨科主任、脊柱外科研究所所长。AO国际脊柱外科学会中国理事会主席、中国康复医学会脊柱脊髓专业委员会主任委员、中国医师学会骨科医师分会副会长、中华医学会骨科分会委员。

作为北京大学第三医院的骨科主任,今年是刘忠军从医的第35年。35年的踏实和勤奋,不仅使他成为了脊柱肿瘤治疗领域的国际知名专家,还是我国骨科3D打印植入物临床研发与应用方面的开拓者。他带领的研究团队,应用3D打印技术,在医学领域中成就了多项“世界第一”,其中全球首发的金属3D打印人工椎体,更是让国外同行,频频赞奇。

我回国时,飞机上连一半乘客都不到

我出生在一个毫无医学背景的家庭,在北京西直门内就近读完小学、中学,1977年毕业时,赶上恢复高考,因为上学的时候性格很安静,喜欢数学,动手能力强,老师就推荐我报考了北京医学院,就是现在的北京大学医学部,毕业分配到北医三院。

当时北医三院的骨科已小有名气,在全国最先用手术的方式,治疗颈椎病,我虽心仪这个科室,但新建成的神经外科,更需要年轻的大学生,按照医院惯例,我在住院医生阶段,把胸外科、骨科、泌尿科、麻醉科等轮转一遍,结果骨科又把我要了回去,最终真的成了骨科医生。

1988年,赴美学习,第二年9月回国时,正赶上国内出国成风,很多人出去之后就不想再回来了。当年,美国也恰巧出了一个特殊政策,凡在那段时间申请绿卡的,没有限制,申请一个给一个。

当时在美国的同学,都劝我留下来,但我特别想继续做骨科医生,而这在美国难上加难。我学的是医,如果离开这个职业,实在是个大浪费。再说,当时的美国,好医生已经很多了,并不缺我这一个,但中国不是,那年9月,我按时回国的时候,飞机上连一半人都不到。

现在回想起来,我仍觉得当年的选择是对的。那一届,我的同学出去了一半,现在留在国内的,反倒一直在从事医学专业方面的事业,出去的大多改了行,本来出去是雄心勃勃的要成就事业,最后却只能为生存而战了。

后来,我经常在美国、英国、加拿大学习研修,当年国内的设备、技术、学术水平很低,就是因为看到这个差距,才有动力。

孩子颈椎上,长了个恶性肿瘤

2014年5月,来了个病人,是个1米8的学生,他和同学在踢足球的时候,做了一个头部顶球的动作,当时没有什么不适,到了第二天早晨,脖子开始疼,家人以为睡落枕了,也没在意,结果,一个多月过去了,“落枕”还没好,甚至全身开始麻木了,这才在山东老家的医院做检查,结果发现是枢椎骨折。

枢椎骨折,是指发生于第2颈椎椎弓峡部的骨折。人的颈椎由7节组成,其中两节上颈椎不仅形态特殊,而且承担着颈椎活动范围的50%。上颈椎对应的颈脊髓里,有心跳和呼吸中枢,我们也称它为“生命中枢”,一旦受到损伤,人的呼吸和心跳马上出问题,人会立即死亡。

现在,这种骨折主要见于外伤,比如高速公路上的交通事故,急刹车时的颈部过伸,或者高台跳水的意外,都可以引起高位的脊髓损伤,甚至波及生命中枢而迅速死亡。

这个孩子伤的部位很特殊,病情严重,在我们这做了影像学检查,高度怀疑枢椎部位的肿瘤,再做穿刺活检,确诊为“尤文氏肉瘤”,这是一种恶性程度很高的肿瘤,而且转移得很快,手术切除是治疗的关键。

但他肿瘤的位置很危险,邻近脊髓、神经、重要血管,手术难度很大。过去国际通用的办法是,在一段钛合金网笼中,填充一些骨质,代替原来椎体,但术后与钛合金网笼相邻的椎体,容易出现塌陷,椎间高度难以维持,给患者带来极大痛苦。

我们决定对他的枢椎,进行前路和后路两次手术,先慢慢剥离枢椎周围的神经、颈动脉等重要结构,最终到达癌变部位,将被恶性肿瘤侵蚀的枢椎,全部清除干净,再将通过3D打印技术制造的人工椎体,放在了第一和第三椎体之间,并用钛合金螺钉将其固定,手术就这样顺利完成了。

之所以敢这样尝试,因为之前,我们在3D打印脊柱植入物方面研究探索已经4年了,已经有相关文章在世界顶级的脊柱外科学杂志发表过,这个手术,应该是世界首例应用3D打印的人工定制枢椎,作为脊椎外科内植物,进行脊椎肿瘤治疗以后的稳定性重建的,手术1个多月后,这个孩子是自己走出北医三院大门的。

3D打印技术让我们成了“世界第一”

3D打印技术在骨科的应用,一直是我魂牵梦绕的事儿。3D打印的理念,形成于19世纪,相关技术在20世纪逐渐变为现实,到了21世纪,才真正意义上获得应用和推广。在整个医学领域里,由于骨科的专业特点,与3D技术特点吻合度较高,3D打印在骨科专业范围内的应用较早,也被推动得较快。

脊柱的肿瘤手术,首先要把肿瘤切掉。人类的脊椎骨骼形状非常不规则,传统的制造手段植入后只能做到部分贴合,牢固性也大打折扣。植入之后可能出现的松动,在脊柱和神经密切相关的部位,一点松动就能给病人带来极大的痛苦,所以即便手术完成了,但在日后的康复中会遇到很多问题。

说到3D打印技术,大家都想到的是塑料做材料,而在医学上,尤其是骨科内植物领域,3D打印技术使用的材料,是与人体高度相容的钛合金,这样就可以用3D技术,打印出与病人解剖结构高度一致的钛合金植入物了。

还有一个好处是,人类的骨骼是有孔隙的,这些孔隙为骨细胞的生长提供了空间,3D打印的人工植入物,完全可做成与骨组织相似的孔隙,这就为骨细胞的生长提供了可能,促进真骨与人工植入物的融合,在牢固性上有极大的优势。

2010年到2013年,我们进行了十几项用于脊柱外科的3D打印植入物研究,在羊身上进行的动物实验,结果令人满意。2012年的时候,人工髋臼、颈椎椎间融合器和颈椎人工椎体,这三项就正式进入了临床观察。2012年12月,一位54岁的女性颈椎病患者,成为了世界上第一个在北医三院接受3D打印颈椎植入物的受试者。

她当时的手术,需要连续切掉1节上颈椎和3节下颈椎,在没有3D技术的过去,这种大跨度的颈椎切除后重建手术世界罕见,可施行手术的医院、医生,世界上也寥寥无几,借助3D技术,我们成了世界第一。

北医三院 仰东萍/文

  (下转B02版)

 
   责任编辑:zy
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