乔纳森·科普(Jonathan Cope)镇静地躺在手术台上马修·Hanasono医学博士,删除了他的癌症较低的颚骨。与此同时,另一名医生将腓骨骨从应对的小腿提取。
Hanasono使用类似于雕塑家的外科工具,费力地削去腓骨,为他的病人塑造一个新的颌骨。
当他完成手术后,他把新的下巴安置在柯普长满癌症的下巴原来的位置,调整到“像拼图一样匹配”。艰难的手术持续了8个小时,这不仅挑战了花野的医生技能,也挑战了他的艺术家技能。
整形外科教授Hanasono说:“将直腿骨塑造成弯曲的颌骨是极具挑战性的。”“如果匹配度不精确,患者可能会毁容,并有咀嚼、吞咽或说话的困难。”
他和其他专家早就意识到需要一种方法来提高手术的精度和效率。幸运的是,三维打印已经成为一种解决方案。
消除猜测
MD Anderson是越来越多的癌症中心,拥抱3-D打印机技术,以创建受癌症损坏的身体部位的确切复制品。这些副本或模型作为模板,可以指导Hanasono这样的医生,因为它们雕刻和形状,从患者自己的骨骼或组织中划出定制的,可植入的身体部位。腓骨用于为患者(如应对)形成颚骨,因为它是一种非重量骨骼,因此,不对行走至关重要。
“在骨骼或软骨中设计和制造更换身体部位曾经涉及大量的试验和错误,”Hanasono说。“获得准确的测量和良好的契合并不容易,但是3-D印刷消除了猜测。模型印在三维,长度,宽度和高度 - 是患者原始颌骨或其他需要更换的身体部位的精确复制品。“
Hanasono不仅使用这些型号不仅要创造更换身体部位,还要计划究竟如何进行手术。
“我可以在手术前从不同角度采取精确测量模型。这有助于我战略我的每一个举动,“他解释道。
这种手术计划减少了患者在手术室的时间,并为患者带来更好的结果。
分层的方法和更快的恢复
五年前,在黑色素瘤从他的嘴唇转移到下巴之后,Hanasono为他植入了第一个下颌置换手术。
手术是“传统方式”进行的,没有3d打印模型的帮助。但后来的放射治疗消灭了所有剩余的癌症,削弱了柯普的新下巴,并导致了两处骨折。
“医生告诉我,我的下巴很脆,还会继续折断,”48岁的柯普回忆说,他是南卡罗来纳州的一名家电销售经理。“我需要再来一个。”
去年,Hanasono和Cope再次回到手术室,但这一次他们有一个塑料模型的COPE的颚式,创造了三维印刷。
“这项技术已经到来,”Hanasono说,“我们利用它。”
为了创造出Cope的新下巴,Hanasono和生物工程师研究了他原来的下巴的CT扫描。就像地图一样,扫描引导他们使用计算机辅助设计(CAD)软件生成数字蓝图,并说明如何制作精确的复制品。
蓝图说明被发送到一台3-D打印机上,打印机使用塑料聚合物——3-D打印中使用的“墨水”来“打印”下颌。塑料在打印机里加热直到融化,然后从一个类似微型胶枪的喷嘴喷出。当它从打印机中被挤出后,塑料凝固并变硬成一层薄层,然后更多的塑料被推到上面。颌骨从下往上一层一层地建造,直到完成。
“这个过程被称为”添加剂“制造,”Hanasono解释说,“因为连续的单独材料层不比一美元钞票彼此加入,一个在另一个上。”
有时,假体不是用塑料做的,而是用钛做的,钛是一种常用于外科手术的耐腐蚀金属。钛粉被送入打印机,然后熔化在一起,一次加热一层。成品被涂上陶瓷,然后直接植入患者体内。
但更常见的是,打印的3d模型,或称模具,是用塑料制成的,用于帮助手术团队在从病人的骨头上切割替换物时,尽可能接近原始身体部位的形状和大小。
应恢复从他的第二次手术中恢复得比他的第一个手术更快。在第一次行动后,他住院了12天;在第二个之后,只有八个。但更快的恢复只是3-D打印机辅助手术的优点之一。
“我的新下巴更贴合,更结实,更持久,我的面部对称性也得到了改善,”Cope说。“总的来说,它更好。我有全职工作,打高尔夫球,享受生活。”
他还期待着下个月医生给他的新下颌骨植入牙齿时吃一大块半熟的牛排。
3d打印和癌症治疗的未来
3-D打印技术在癌症研究和治疗中仍处于起步阶段,但其影响是巨大的,医乐动体育LDsports中国学博士,副教授Patrick Garvey说整形外科谁利用3-D印刷模型在踩到手术室之前规划患者的手术。
加维说:“随着3d打印技术的引入,无数的新应用将在未来的某一天彻底改变医疗保健。”他分享了几个例子:
- 外科医生正在研究3-D印刷患者肿瘤的型号,以排练他们将如何在手术期间删除它们而不会损伤血管和附近的结构。这项技术还有助于医学生在安全和宽容的模拟环境中排练,他们在他们对人类患者的运作之前。
- 如今,通过这项技术,假肢的制造速度更快,也更精确。一个包含个人测量数据的CAD文件被发送到3d打印机,3d打印机将打印出定制的肢体。
- 3-D生物打印机使用活细胞作为“生物墨水”来打印人体组织。潜在新药的安全性可以在这些组织上进行测试,这比在人类患者身上测试药物的风险要小。生物打印还具有利用接受者自身的遗传物质打印出用于移植的人体器官的潜力。这将使新的器官与患者自身的器官精确匹配,并降低排斥的风险。生物打印机仍处于实验阶段,但有望改变医学。
- 癌症患者通常每天要吃好几片药。有了3d打印技术,所有病人的药物都可以通过一台配备了多个喷嘴的打印机组合在一块平板上。每个喷嘴将含有不同的药物,并将每种药物的少量喷射到一粒药丸中,这是专门为该患者配制的。
- 患者有一天可能会在家里打印自己的药物。他们将使用数字处方访问在线药房,而是使用其数字处方访问在线药房,购买该药物所需的蓝图和化学“墨水”,然后在能够组装化学化合物的3-D打印机上打印药物。去年的食品和药物管理局批准了第一个3-D印刷药,用于治疗癫痫。