劉忠軍用3D列印撐起「中國脊樑」

作為北京大學第三醫院的骨科主任，今年是劉忠軍從醫的第35年。35年的踏實和勤奮，不僅使他成為了脊柱腫瘤治療領域的國際知名專家，還是骨科3D列印植入物臨床研發與應用方面的開拓者。他帶領的研究團隊，應用3D列印技術，在醫學領域中成就了多項「世界第一」，其中全球首發的金屬3D列印人工椎體，更是讓國外同行，頻頻贊奇。

我回國時，飛機上連一半乘客都不到

我出生在一個毫無醫學背景的家庭，在北京西直門內就近讀完國小、中學，1977年畢業時，趕上恢復聯考，因為上學的時候性格很安靜，喜歡數學，動手能力強，老師就推薦我報考了北京醫學院，就是現在的北京大學醫學部,畢業分配到北醫三院。

當時北醫三院的骨科已小有名氣，在全國最先用手術的方式，治療頸椎病，我雖心儀這個科室，但新建成的神經外科，更需要年輕的大學生，按照醫院慣例，我在住院醫生階段，把胸外科、骨科、泌尿科、麻醉科等輪轉一遍，結果骨科又把我要了回去，最終真的成了骨科醫生。

1988年，赴美學習，第二年9月回國時，正趕上國內出國成風，很多人出去之後就不想再回來了。當年，美國也恰巧出了一個特殊政策，凡在那段時間申請綠卡的，沒有限制，申請一個給一個。

當時在美國的同學，都勸我留下來，但我特別想繼續做骨科醫生，而這在美國難上加難。我學的是醫，如果離開這個職業，實在是個大浪費。再說，當時的美國，好醫生已經很多了，並不缺我這一個，但不是，那年9月，我按時回國的時候，飛機上連一半人都不到。

現在回想起來，我仍覺得當年的選擇是對的。那一屆，我的同學出去了一半，現在留在國內的，反倒一直在從事醫學專業方面的事業，出去的大多改了行，本來出去是雄心勃勃的要成就事業，最後卻只能為生存而戰了。

後來，我經常在美國、英國、加拿大學習研修，當年國內的設備、技術、學術水平很低，就是因為看到這個差距，才有動力。

孩子頸椎上，長了個惡性腫瘤

2014年5月，來了個病人，是個1米8的學生，他和同學在踢足球的時候，做了一個頭部頂球的動作，當時沒有什麼不適，到了第二天早晨，脖子開始疼，家人以為睡落枕了，也沒在意，結果，一個多月過去了，「落枕」還沒好，甚至全身開始麻木了，這才在山東老家的醫院做檢查，結果發現是樞椎骨折。

樞椎骨折，是指發生於第2頸椎椎弓峽部的骨折。人的頸椎由7節組成，其中兩節上頸椎不僅形態特殊，而且承擔著頸椎活動範圍的50%。上頸椎對應的頸脊髓里，有心跳和呼吸中樞，我們也稱它為「生命中樞」，一旦受到損傷，人的呼吸和心跳馬上出問題，人會立即死亡。

現在，這種骨折主要見於外傷，比如高速公路上的交通事故，急剎車時的頸部過伸，或者高台跳水的意外，都可以引起高位的脊髓損傷，甚至波及生命中樞而迅速死亡。

這個孩子傷的部位很特殊，病情嚴重，在我們這做了影像學檢查，高度懷疑樞椎部位的腫瘤，再做穿刺活檢，確診為「尤文氏肉瘤」，這是一種惡性程度很高的腫瘤，而且轉移得很快，手術切除是治療的關鍵。

但他腫瘤的位置很危險，鄰近脊髓、神經、重要血管，手術難度很大。過去國際通用的辦法是，在一段鈦合金網籠中，填充一些骨質，代替原來椎體，但術后與鈦合金網籠相鄰的椎體，容易出現塌陷，椎間高度難以維持，給患者帶來極大痛苦。

我們決定對他的樞椎，進行前路和後路兩次手術，先慢慢剝離樞椎周圍的神經、頸動脈等重要結構，最終到達癌變部位，將被惡性腫瘤侵蝕的樞椎，全部清除乾淨，再將通過3D列印技術製造的人工椎體，放在了第一和第三椎體之間，並用鈦合金螺釘將其固定，手術就這樣順利完成了。

之所以敢這樣嘗試，因為之前，我們在3D列印脊柱植入物方面研究探索已經4年了，已經有相關文章在世界頂級的脊柱外科學雜誌發表過，這個手術，應該是世界首例應用3D列印的人工定製樞椎，作為脊椎外科內植物，進行脊椎腫瘤治療以後的穩定性重建的，手術1個多月後，這個孩子是自己走出北醫三院大門的。

3D列印技術讓我們成了「世界第一」

3D列印技術在骨科的應用，一直是我魂牽夢繞的事兒。3D列印的理念，形成於19世紀,相關技術在20世紀逐漸變為現實，到了21世紀，才真正意義上獲得應用和推廣。在整個醫學領域裡，由於骨科的專業特點，與3D技術特點吻合度較高，3D列印在骨科專業範圍內的應用較早，也被推動得較快。

脊柱的腫瘤手術，首先要把腫瘤切掉。人類的脊椎骨骼形狀非常不規則，傳統的製造手段植入后只能做到部分貼合，牢固性也大打折扣。植入之後可能出現的鬆動，在脊柱和神經密切相關的部位，一點鬆動就能給病人帶來極大的痛苦，所以即便手術完成了，但在日後的康復中會遇到很多問題。

說到3D列印技術，大家都想到的是塑料做材料，而在醫學上，尤其是骨科內植物領域，3D列印技術使用的材料，是與人體高度相容的鈦合金，這樣就可以用3D技術，列印出與病人解剖結構高度一致的鈦合金植入物了。

還有一個好處是，人類的骨骼是有孔隙的，這些孔隙為骨細胞的生長提供了空間，3D列印的人工植入物，完全可做成與骨組織相似的孔隙，這就為骨細胞的生長提供了可能，促進真骨與人工植入物的融合，在牢固性上有極大的優勢。

2010年到2013年，我們進行了十幾項用於脊柱外科的3D列印植入物研究，在羊身上進行的動物實驗，結果令人滿意。2012年的時候，人工髖臼、頸椎椎間融合器和頸椎人工椎體，這三項就正式進入了臨床觀察。2012年12月，一位54歲的女性頸椎病患者，成為了世界上第一個在北醫三院接受3D列印頸椎植入物的受試者。

她當時的手術，需要連續切掉1節上頸椎和3節下頸椎，在沒有3D技術的過去，這種大跨度的頸椎切除后重建手術世界罕見，可施行手術的醫院、醫生，世界上也寥寥無幾，藉助3D技術，我們成了世界第一。

從「追隨者」變為「引領者」

到了2014年，我們完成了世界首例應用3D列印技術治療寰樞椎惡性腫瘤，就是前面那個樞椎腫瘤的男孩子。2016年，又完成了世界首個3D列印定製五節長達19厘米脊椎植入手術，這個病人姓袁，出院7個月後來複診，他告訴我，他已經可以每天接送孩子上幼稚園，可以開車，騎腳踏車，還能做些家務。

2010年至2011年間，我們設計研發了早期的3D列印產品，包括用於髖關節置換的髖臼杯、用於頸椎椎間盤切除后的椎間融合器和人工椎體，其中，髖臼杯在2015年，被國家食品藥品監督管理總局（CFDA）批准，成為註冊產品，迄今國內已應用上千例，2016年，3D列印椎間融合器，又獲CFDA批准臨床應用。

大家總覺得看病貴，其中一個重要原因是，過去幾十年中，我們醫療行業的發展和進步，很大程度上是靠引進國外技術，高端醫用設備和器材更是國外產品一統天下，這些高端產品的費用使廣大患者難以承受，以骨科手術為例，70-80%以上的錢，花在醫用耗材上。國產產品價格雖然低一些，但目前採用傳統工藝生產的產品相對低端，患者不情願接受。

創新性醫療產品改觀這種格局，具有我們自主知識產權的國內產品，可以同時具備價格優勢和技術優勢，以我們自主研發的3D列印髖關節臼杯產品為例，進口的臼杯是3萬，國產3D列印臼杯僅僅是1萬，國產臼杯上市以來已使用超過2500例，取得很滿意的療效，而且，我們的國產創新性產品一旦走入市場，國外產品感到壓力，往往會主動降價，的病人就受益了。

掌握了3D列印技術的臨床應用研究，就掌握了新一輪全球醫療科技競爭的戰略主動權，可以使的醫學，從過去只是緊跟著世界醫療科技發展新方向，變為引領世界醫療科技，有點像「彎道超車」的出其不意。

我是外科出身，但不迷戀手術

雖然是拿手術刀出身，但我一點都不迷戀手術，我甚至夢想有一天，外科醫生徹底放下手術刀，不再用這種無奈和有創的方式，切除腫瘤。從現在的醫療水平看，外科手術雖然有效，但與之相伴的創傷、出血，和對病人的精神磨難實在太大了！

說到這一點，我在人大會上也提過，為了更好地治病救人，要提倡自體血的回輸，因為脊柱手術經常需要輸血。與此同時，我也想提醒年輕的同行：不要過多為自己手術技藝或技能的提高而沾沾自喜，應當投入更多精力追求脊柱腫瘤治療的微創化和無創化，拋棄手術刀或許才是外科醫生的最高境界。

當醫生的，必須懷惻隱之心，看到脊柱腫瘤患者痛苦、絕望的表情，就不能容忍他們坐以待斃。「我們常講，醫生要把病人當上帝，其實病人也把醫生當上帝。如果能把他們的病治好，他們真會拿你當救命恩人，做醫生，必須擔起救死扶傷的責任，對得起病人的這份信任和期待！」

一次急剎車引起的「絞刑架骨折」

急剎車能引起癱瘓！這個說法並非聳人聽聞，因為急剎車可以使頸部像鞭子一樣劇烈揮動，由此引起的「揮鞭傷」，如果傷及頸椎最關鍵部位，確實可以致癱甚至致死。

人的頸椎由7節椎骨垂直連接組成，其中最上面兩節被稱為寰椎和樞椎。這兩塊椎骨與其他的頸椎相比顯得很「特別」：

第一頸椎就是寰椎，這是一塊沒有椎體的椎骨，看起來更像一個骨質的圓環，與其他椎體相比，寰椎顯得非常單薄。

第二頸椎是樞椎，它雖然有椎體，但它的椎體與其他椎骨圓柱形的椎體不同，呈上細下粗的圓錐形。

它們之間的連接方式也與其他椎骨不同，寰、樞椎之間沒有椎間盤，它們之間靠韌帶連接，所以活動範圍很大。

寰椎直接通過小關節與頭顱連接，好像在尖塔頂上支撐了一個又大又沉的球體，正是這種結構，讓人的頭部可以在一定範圍內上下左右自由轉動，不過，同時也讓寰樞椎成為整個頸椎中最不穩定也最脆弱的那個支點。過去用絞刑處死囚犯時，繩子藉助的，就是這個薄弱環節這個部位的骨折，在過去，又被稱為「絞刑架骨折」。

如果頭部受到瞬間暴力的撞擊，如摔傷、撞傷、砸傷，或者是急剎車時，頸椎連接著頭部，會發生鞭子一樣的猛烈甩動，此時，位於「鞭子」末梢的頭與頸椎連接處的寰樞椎，就非常容易發生韌帶斷裂、關節脫位。

由於寰樞椎的錐孔內，有為大腦供血的最大動脈分支——椎動脈，更有脊髓在其中穿行，寰樞椎脫位往往會壓迫這些重要血管神經，帶來嚴重後果，而且它的嚴重癥狀卻往往在寰樞椎損傷后很久才顯現出來，這讓寰樞椎脫位成為了致殘甚至致死的定時炸彈。

寰樞椎全脫位，多因寰椎橫韌帶斷裂，或因樞椎的齒狀突骨折引起，除了局部頸痛，活動受限，頭頸歪斜外，還可引起較為嚴重的神經脊髓壓迫癥狀。如四肢麻木，無力，肌肉萎縮，走路踩棉花感，大小便功能障礙，甚至癱瘓等。最為嚴重的後果是，高位脊髓的生命中樞受到壓迫可引起呼吸心跳停止，患者死亡。

臨床上，經常有頸肩部疼痛、斜頸、手腳麻木、眩暈耳鳴的患者，被診斷為頸椎病但按照一般頸椎病治療並不見效。在跑了許多大小醫院，X光、CT、核磁等影像學資料裝了一大袋后，卻還是飽受折磨。其實這些患者很可能得的不是一般頸椎病，而是頸椎病中一種兇險的類型——寰樞椎脫位。

劉忠軍，全國人大代表，主任醫師，教授，博士生導師，現任北京大學第三醫院骨科主任、脊柱外科研究所所長。AO國際脊柱外科學會理事會主席、康復醫學會脊柱脊髓專業委員會主任委員、醫師學會骨科醫師分會副會長、中華醫學會骨科分會委員。（北醫三院 仰東萍）