刘忠军用3D打印撑起“中国脊梁”

2018-10-23 17:49来源:未知

  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,最终线月回国时,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。

  

中国脊梁有哪些人

  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。

  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。

  到了2014年,我们完成了世界首例应用3D打印技术治疗寰枢椎恶性肿瘤,就是前面那个枢椎肿瘤的男孩子。2016年,又完成了世界首个3D打印定制五节长达19厘米脊椎植入手术,这个病人姓袁,出院7个月后来复诊,他告诉我,他已经可以每天接送孩子上幼儿园,可以开车,骑自行车,还能做些家务。

  2010年至2011年间,我们设计研发了早期的3D打印产品,包括用于髋关节置换的髋臼杯、用于颈椎椎间盘切除后的椎间融合器和人工椎体,其中,髋臼杯在2015年,被国家食品药品监督管理总局(CFDA)批准,成为注册产品,迄今国内已应用上千例,2016年,3D打印椎间融合器,又获CFDA批准临床应用。

  大家总觉得看病贵,其中一个重要原因是,过去几十年中,我们医疗行业的发展和进步,很大程度上是靠引进国外技术,高端医用设备和器材更是国外产品一统天下,这些高端产品的费用使广大患者难以承受,以骨科手术为例,70-80%以上的钱,花在医用耗材上。国产产品价格虽然低一些,但目前采用传统工艺生产的产品相对低端,患者不情愿接受。

  创新性医疗产品改观这种格局,具有我们自主知识产权的国内产品,可以同时具备价格优势和技术优势,以我们自主研发的3D打印髋关节臼杯产品为例,进口的臼杯是3万,国产3D打印臼杯仅仅是1万,国产臼杯上市以来已使用超过2500例,取得很满意的疗效,而且,我们的国产创新性产品一旦走入市场,国外产品感到压力,往往会主动降价,中国的病人就受益了。

  掌握了3D打印技术的临床应用研究,就掌握了新一轮全球医疗科技竞争的战略主动权,可以使我国的医学,从过去只是紧跟着世界医疗科技发展新方向,变为引领世界医疗科技,有点像“弯道超车”的出其不意。

  虽然是拿手术刀出身,但我一点都不迷恋手术,我甚至梦想有一天,外科医生彻底放下手术刀,不再用这种无奈和有创的方式,切除肿瘤。从现在的医疗水平看,外科手术虽然有效,但与之相伴的创伤、出血,和对病人的精神磨难实在太大了!

  说到这一点,我在人大会上也提过,为了更好地治病救人,要提倡自体血的回输,因为脊柱手术经常需要输血。与此同时,我也想提醒年轻的同行:不要过多为自己手术技艺或技能的提高而沾沾自喜,应当投入更多精力追求脊柱肿瘤治疗的微创化和无创化,抛弃手术刀或许才是外科医生的最高境界。

  当医生的,必须怀恻隐之心,看到脊柱肿瘤患者痛苦、绝望的表情,就不能容忍他们坐以待毙。“我们常讲,医生要把病人当上帝,其实病人也把医生当上帝。如果能把他们的病治好,他们真会拿你当救命恩人,做医生,必须担起救死扶伤的责任,对得起病人的这份信任和期待!”

  急刹车能引起瘫痪!这个说法并非耸人听闻,因为急刹车可以使颈部像鞭子一样剧烈挥动,由此引起的“挥鞭伤”,如果伤及颈椎最关键部位,确实可以致瘫甚至致死。

  人的颈椎由7节椎骨垂直连接组成,其中最上面两节被称为寰椎和枢椎。这两块椎骨与其他的颈椎相比显得很“特别”:

  第一颈椎就是寰椎,这是一块没有椎体的椎骨,看起来更像一个骨质的圆环,与其他椎体相比,寰椎显得非常单薄。

  第二颈椎是枢椎,它虽然有椎体,但它的椎体与其他椎骨圆柱形的椎体不同,呈上细下粗的圆锥形。

  它们之间的连接方式也与其他椎骨不同,寰、枢椎之间没有椎间盘,它们之间靠韧带连接,所以活动范围很大。

  寰椎直接通过小关节与头颅连接,好像在尖塔顶上支撑了一个又大又沉的球体,正是这种结构,让人的头部可以在一定范围内上下左右自由转动,不过,同时也让寰枢椎成为整个颈椎中最不稳定也最脆弱的那个支点。过去用绞刑处死囚犯时,绳子借助的,就是这个薄弱环节这个部位的骨折,在过去,又被称为“绞刑架骨折”。

  如果头部受到瞬间暴力的撞击,如摔伤、撞伤、砸伤,或者是急刹车时,颈椎连接着头部,会发生鞭子一样的猛烈甩动,此时,位于“鞭子”末梢的头与颈椎连接处的寰枢椎,就非常容易发生韧带断裂、关节脱位。

  由于寰枢椎的锥孔内,有为大脑供血的最大动脉分支——椎动脉,更有脊髓在其中穿行,寰枢椎脱位往往会压迫这些重要血管神经,带来严重后果,而且它的严重症状却往往在寰枢椎损伤后很久才显现出来,这让寰枢椎脱位成为了致残甚至致死的定时炸弹。

  寰枢椎全脱位,多因寰椎横韧带断裂,或因枢椎的齿状突骨折引起,除了局部颈痛,活动受限,头颈歪斜外,还可引起较为严重的神经脊髓压迫症状。如四肢麻木,无力,肌肉萎缩,走路踩棉花感,大小便功能障碍,甚至瘫痪等。最为严重的后果是,高位脊髓的生命中枢受到压迫可引起呼吸心跳停止,患者死亡。

  临床上,经常有颈肩部疼痛、斜颈、手脚麻木、眩晕耳鸣的患者,被诊断为颈椎病但按照一般颈椎病治疗并不见效。在跑了许多大小医院,X光、CT、核磁等影像学资料装了一大袋后,却还是饱受折磨。其实这些患者很可能得的不是一般颈椎病,而是颈椎病中一种凶险的类型——寰枢椎脱位。

  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。(北医三院 仰东萍)

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