3D打印机,一个骨科医生的探索

2014-08-22 文章来源:三联生活周刊 点击量:1459   我要说

  一台矫正手术
  33床的顾美珍换上手术服,心情稍微有一点紧张。但她已经受够了自己的右脚,因为骨骼畸形,走路的时候只能外侧着地,一瘸一拐的,小拇指下面磨了厚厚一层老茧。最近一年,她的脚踝内侧开始疼痛,严重的时候,她找来止痛药,一股脑吞下去几粒。久而久之,这只畸形的右脚里面像是藏了一个骄横的魔鬼,吃药能维持的时间越来越短,魔鬼越来越猖狂,也把她从一个犹豫不决的农村妇女磨成了一个坚强果决的患者,她决定:“去南京的大医院做手术。”
  秦晓东也做好了准备,他是江苏省人民医院的骨科医生,这一天他很早就醒了,提前到了办公室,从抽屉里拿出一个东西,通体白色,底座上伸出五根竖直的细长分支,表面并不平滑,能看出材料的肌理,这是一个用3D打印机打印出来的模型,完全按照顾美珍的CT数据,理论上说,这复制了她右脚的骨骼形状。
  前一天下班之前,秦晓东才收到模型,打开包装看到实物的那一刻,他兴奋得拍大腿,模型解决了他的重大疑问——为什么顾美珍脚踝内侧会痛?她第一次来看专家门诊的时候,丈夫背着她一路到医院,两人都满脸愁苦,她指着自己的右脚内侧说,“疼得受不了”。可是,按照秦晓东的经验,用右脚的外侧走路,力量集中,疼痛的地方应该也在外侧。
  人体足部每侧有26块骨头,33个关节,结构复杂,CT并没有给他直接的答案,顾美珍右脚的骨骼显示在胶片上,最明显的特征是距骨畸形,这是一块起着重要连接作用的骨头,因为它的特殊形状,顾美珍整个右脚的朝向受到了严重影响。至于内侧为什么会痛,秦晓东没有想清楚,这让他心里隐隐不安。作为一个骨科医生,他非常不喜欢这种感觉,“必须得看得清清楚楚,才能判断出真实的情况,否则开刀的时候,心里没底”。
  直到模型摆在眼前,秦晓东心里的谜团才被解开,右脚偏内侧的舟状骨是有问题的,形状和位置都与常人不同,因为发育不良,这块形状本应像是一叶小舟的骨头,被挤成了一个可怜的小圆锥。更重要的是,这块“小圆锥”和顾美珍的内踝挨得太近了,这本来是两块不应该有直接接触的骨头,可是顾美珍每走一步,它们都轻轻摩擦一次。秦晓东把这种情况叫作假关节,和真的关节不同的是,两块骨头之间没有关节软骨,更没有关节液的润滑,每一次接触都刺激着附近细密的神经,让她感觉到钻心的疼痛。
  他对自己空间想象力的不安在瞬间释放。手术开始之前的一个小时里,他在办公室里对比着CT,变换着几个角度观察着模型,随后又把它带进了一号手术室。
  顾美珍已经躺在手术台上,护士将传感器与电子仪器连在一起,屏幕上开始显示4条颜色不同的波形数据,仪器发出的嘀嘀声充满整个手术室。她已经进入全身麻醉状态,右腿绑上了止血带,绿色的手术单盖在身上,只露出右侧小腿以下的位置。
  秦晓东40多岁,微微有一点胖,对每一个人说话都温柔而有耐心,他很认真地问过顾美珍,如果确定要手术,她要接受矫正之后的新挑战——重新学习走路,改变她过去50多年的走路姿势,努力像正常人一样,两只脚都用脚底着地。顾美珍几乎没有犹豫,她已经不能和“魔鬼”共处下去了,甚至做了截肢的打算。见到秦晓东之前,她去了南京市另一家医院,她觉得医生不够理解她的痛苦,又去排了秦晓东的专家号。检查结束之后,她放心了很多,说:“这个医生不嫌患者的脚脏,来来回回地检查了好几遍。”
  手术即将开始,白色的足部模型经过消毒被放在电刀台上,并没有观片灯上挂着的CT片显眼。但秦晓东觉得模型有强大的作用,骨骼的结构和形状像是从平面的图片蹦出来一样到了他的面前,他穿上铅衣,外面又套上一层绿色的手术服,一直皱着眉头,大脑在飞快运转,眼神停留在CT片上,很快又转回电刀台上的模型。
  陈浩是秦晓东的助手,他用碘伏来回擦拭着顾美珍的右脚和小腿,脚踝像是弓箭被拉起来的弦一样向外鼓起来,内侧的形状像是字母“C”,这只被“魔鬼”纠缠的脚很快被碘伏染成了黄褐色。顾美珍对此一无所知,被全身麻醉之前,她知道有一个白色的模型放在一边,和她的脚型一模一样,至于3D打印是什么,她唯一的概念就是“很先进”。
  因为模型的出现,手术方案在前一天已经修改,顾美珍疼痛的右脚内侧以及小腿也需要开刀,这是之前手术计划之外的。秦晓东的第一个目标是找到右脚上的胫后肌腱,这条肌腱多年来像是一根绳子,死死地拽着顾美珍的脚,他要把它剪断、抽出,再穿过皮下隧道把它固定在中间楔骨上,这样,“绳子”将不会再往错误的方向拽了。
  可是,第一刀要下在哪里?寻找这根肌腱需要先找到舟状骨,而顾美珍右脚上的骨骼结构和常人不同,按照经验来判断很可能会找错位置。秦晓东心中已经对顾美珍的右脚有了一个大致的判断,但是切下第一刀之前,他还是让护士宋妙把模型拿给他看。
  “不是这个角度,翻过来!”模型下带着一个同色的底座,加上骨骼的畸形,宋妙把外侧的一面举在他面前,令他有点急躁,舟状骨的位置在内侧。模型上可以很清晰地看到,这块“小圆锥”接近脚踝,距离大约是1厘米,1:1比例的模型给了秦晓东一个误差不会太大的位置建议,他凭着经验切下了手术的第一刀。
  脚上的脂肪层和肌肉并不多,切开皮下组织和筋膜层,让顾美珍疼痛得“不想要右脚”的舟状骨出现在医生眼前,秦晓东顺着舟状骨顺利找到了胫后肌腱,“绳子”的止点被剪断。悬着的一颗心放下来一半,随之而来的是一点成就感,秦晓东向本刊记者形容这种感觉:“像是驾船在大海上航行,这片天地只属于我们几个人,我们必须绝对的默契和准确,为了完成一个共同的使命。”
  手术仅仅是完成了第一步,秦晓东不能放松,接下来最重要的部分是做楔形截骨,这是矫正脚型的关键。医生要完成的任务像是切一块蛋糕,从中间的部分切下一块适当的体积,再把一边推过来固定,蛋糕扇形的角度会变小,对于顾美珍的右脚来说,变小的这一块正是她外侧突出的骨头,如此,完成矫正。
  秦晓东和陈浩又把眼光投向手术台上的模型,手术虽然是开放式的,但不可能完全暴露所有的脚部骨头,他们的视野非常有限,为了降低感染的风险,他们必须切一个尽可能小的切口,准确地找到截骨的位置。宋妙很自然地把模型举起,把突出的“右脚”外侧朝向医生。从哪里切,切多少,秦晓东盯着模型估测位置,对照他之前在三维重建上计算的数字,心里有底了,他切开皮肤,拿起摆锯截骨,几乎一气呵成。他终于松了一口气,如果只依靠以往的经验一点一点地截除骨头,手术时间可能会延长一倍。
  五颗钢钉固定着顾美珍的右脚,陈浩负责最后的缝合,秦晓东把模型拿在手里,对比顾美珍已经矫正过的脚,他觉得满意,又把模型像宝贝一样拿走。
  
模型:一次尝试
  秦晓东把模型放进了自己的背包里,在医学院本科同学的聚会上,他拿出来和同学们分享,白色的足部模型被大家传看,评价不多。同学们都年过四十,大部分在和医疗领域相关的公司工作,只有两个人做了骨科医生。“南京新街口也有3D打印店啊,你可以定制自己的小塑像。”一位穿着优雅的女同学说。
  “是的,和普通的骨骼模型不同,就是因为定制,一个患者遇到的情况一定是独一无二的,打印出来的骨骼结构也是独一无二的,你可以清晰地看到她个人的情况,和看片子不同,每一块骨头都以它原本的面貌展现在你眼前。”同学们并没有表现出很大的兴趣,秦晓东还是忍不住分享自己的感想,一个手腕被他开刀做过手术的男同学端起一杯酒要和他碰杯,3D打印的话题就此戛然而止。
  并不是每一个人都能理解他的快乐,但作为骨科医生,秦晓东对“看得更清楚”有近乎偏执的渴望。“这是我的梦想。”他和本刊记者说。90年代末,核磁共振成像技术刚刚开始普及,一个当过兵的朋友得了病,先是被诊断为风湿,后来又到神经内科治疗,秦晓东去医院探望。“他说两个胳膊麻得厉害、腿也不听使唤,我一想他在部队练过头顶开砖,当时就觉得这应该是我们科的事。”秦晓东赶紧带他去做核磁共振,医生在片子上看到颈椎间盘的问题,朋友才转到脊柱外科,开始对症治疗。秦晓东内心很感慨,新的技术让医生有了更多的方法“看得更清楚”,而不仅仅是按照症状和经验来诊断。接触到3D打印机,他觉得这很可能又是一次革新。“所有复杂的骨骼畸形、严重的粉碎性骨折,你在CT上看不清楚的、有疑问的,那就打印一个出来看看。”
  秦晓东最初对3D打印的兴趣发生在2013年4月,在此之前,他听说过3D打印手枪,对这种技术有好奇心,但也仅是停留在心里的一个问号。因为一次在北京积水潭医院的研修机会,他在创伤骨科主任医师吴新宝的办公室里看到了一个畸形骨盆的模型,淡黄色,看上去和木头的质地类似,几个进修医生都在用手机拍照片,他问了才知道,一个年轻女孩因为骨盆的陈旧性骨折住院,手术非常有挑战性,而眼前这个模型是用3D打印机打印出来的。这让秦晓东眼前一亮,模型清楚地展示出骨盆畸形的程度和移位方向,缺损的部位和大小。
  再一次看到这个模型的时候,之前歪斜的骨盆已经完全不同,“骨头”已经被矫正,但是,整个模型几乎支离破碎,被骨圆针勉强固定着,看起来形状已经接近正常人的骨盆。秦晓东又激动又遗憾,这模型还可以预先手术,可是他错过了!
  正式手术的时候,他提前空出了时间去观摩,那个看起来支离破碎的模型被护士小心翼翼地拿到了手术室,医生们想通过模型来看清楚患者的骨盆情况。只是,当手术开始的时候,面对已经被矫正的模型,他们忘记了原来的畸形到底是什么样子,只好再看CT,对照模型回忆。秦晓东站在一旁,心里默默总结:“如果要预手术,一定要打印两个模型,一个用来预手术,一个用来观察。”
  离开积水潭医院回到南京,科室里还没有3D打印机,秦晓东有点腼腆地和本刊记者说:“我一直觉得自己是一个在手术方面有一点天赋的‘匠人型’医生,享受站在手术台上专注的感觉,只有手术台上是我的天地,至于建议领导买新的设备,我不太好意思说。”
  直到今年6月,秦晓东所在的科室引进了一台3D打印机,他一得到消息就跑去科主任李翔的办公室,这台市场价20万元左右的机器放在窗边一角,和他之前在德国参观的3D打印机不一样,乍一看更像是家用洗衣机,白色的机身和上盖,下面有一块暗色的玻璃门,斜对面放着输入和处理数据的主机箱。秦晓东自然不会放过机会,利用3D打印的技术,也许可以解答他对顾美珍右脚的疑问,他联系了厂商,叫上读研时做过数字化骨科项目的陈浩,计划周末就去学学怎么打印。
  陈浩早就看好3D打印机,坐在值班室办公桌上一个1米高的脊柱模型旁边,他向本刊记者说起他去年流产的投资计划,显得有一丝遗憾。“可能是因为年轻人对技术的敏感,我和大学同学一年之前打算投资开一个帮助患者打印模型的小公司,后来因为成本过高,也没有找到很合适的模式就不了了之了。”
  在常州公司的展厅里,他们看到了各种部位的模型,每一个白色聚乳酸堆积的形状背后都是属于某一个人的个性化数据。这家公司的负责人胡晓文找了负责培训的员工给医生做了一场小培训,机器是他们专门给医生研发的,操作非常简单,陈浩把顾美珍的CT数据做了转换,打印开始。
  暗色玻璃后亮起一盏白灯,喷头来回运动,一点一点地喷射白色的乳状材料,节奏有条不紊,感觉像是一个气定神闲地捏着橡皮泥的匠人。秦晓东盯着玻璃罩里黄色的底板,乳白色的材料过了很久才有一点成型的样子,底座上的材料以极慢的速度加厚,形成的仅仅是脚底的一个部分。
  胡晓文则显得十分有耐心。“我之前接触到的所有机械制造几乎全部是减材制造,你需要先设计图纸,再用一个整块的材料在机床上切割、打孔、拼接等等,整个过程是在一个成型材料上逐渐减材,如果你只想生产一个,那成本非常高,而3D打印是增材制造,个性化的需要在这种制造模式上有了可能性。”比之于尖端的科研机构直接打印植入物、软组织甚至是器官,胡晓文的尝试显得更加实用,他把患者的骨骼模型快递到医生手里,把傻瓜式操作的3D打印机送进医院,让秦晓东和陈浩能在一天之内拿到模型,并且认同这种新的信息获取方式。
  从总经理办公室出来,他走到3D打印的展览厅里,三台机器放在门边正在工作,几个巨大的电风扇在旋转,小小的打印机喷头一刻不停地工作。6个小时之后,顾美珍的右脚模型出现在白色的灯光之下,像是一个舞台上的主角。(为保护患者的隐私,文中顾美珍为化名;感谢吴倪娜对本文采写提供的帮助)


【摘选自2014年8月18日《三联生活周刊》,作者:阿润】


  

秦晓东(右)让护士把3D打印模型拿给他看,以便准确找到脚部畸形患者的舟状骨


创伤骨科秦晓东主任医师在做术前准备


分享到:
已有 1 条评论
登录|注册后发表评论!
spondrift #1
3D技术的应用,将对医学产生重大影响
发表于:2014-09-10 06:09:19  IP:117.136.0.158