Jonathan M. Morris,医学博士,解剖建模部医疗主任:我常听说的一句话是,一张图片胜过千言文字,一个模型胜过千张图片。这项技术完全是为了患者。三维打印改变了我们能为患者做些什么、如何去做。它为治疗开辟了以往毫无可能的崭新路径。一切都始于近二十年前。
引导我们走上三维打印之路的第一个病例是一对连体双胞胎。两个在腹部和胸部相连的女婴。外科医生和放射科医生需要了解她们的身体结构,因为最终目的是要尝试把她们分开。她们共用一个肝脏吗? 她们共用肠道吗? 一位外科医生说,我们能给她们的肝脏做个实体模型吗? 然后大家说,好吧,要不然咱们三维打印一个模型? 我们的第一个模型是外包项目,可拿回来的成品看上去并不像是肝脏。于是我们和工程技术部门合作,做出了一个三维打印模型。这也是三维打印领域中最早的一个。这是外科医生们第一次能在体外把患者的肝脏拿在手中。来自不同专科的好几位外科医生都需要说明自己在手术中的操作。这个模型以平面图片完全无法企及的方式,给他们提供了一个协助交流的工具。现在,您的百宝箱里有了这个全新的工具。我们的宗旨是提供最优质的护理。很多患者的问题都非常复杂,三维打印可以帮他们找到解决方案。那个三维打印的肝脏是我们今日成就的催化剂。
Eric J. Moore,医学博士,头颈外科医生,耳鼻喉科主任:三维打印实验室曾经只占用一个衣帽间般的小房间,现在则是在医院六楼这个美丽的空间。这里简直有些超现实。走进这里,您会看到带有心脏和所有血管的全胸腔模型正被一点点打出。
Basel A Sharaf,医学博士、牙科博士,整形和重建外科医生:我们非常幸运,我们在谈论全球最好的三维打印设施,而这些设施就在护理现场。也就是说,在患者护理的现场。是在医院做这些事。我认为这是妙佑医疗国际的独特优势。
Peter S. Rose,医学博士,骨肿瘤外科医生:三维打印实验室设在医院,而不是院外场所。身为外科医生,我会在看诊间歇到那里去。查房时会到那里去了解信息。
Morris 医生:所以能看到一个大肿瘤。能够看到垂在它前面的血管挨得有多近。是的。
Rose 医生:要把它切除,手术上最大的问题就是这些血管。关于主动脉和腔静脉的关系,我们能看到些什么?
Morris 医生:来妙佑医疗国际就诊的患者中,百分之九十的人都需要进行某种形式的放射扫描。而一项扫描中可能就有 13000 张图片。会有 13000 张图片、四个不同的期相,来看动脉、静脉、肿瘤、输尿管,所有这些信息。要做三维打印模型,需要一位工程师逐一分离每张切面。我们每年大概做 3000 个模型。每一间打印室都有各自的独特功能。这台打印机用来做粉基打印。一层一层地落下来,逐层叠加。下一层粉末进来。这些粉末落下。然后周而复始,直到做出一个三维物体。这些打印机使用另一种技术。您可以想象一把热熔胶枪,喷一圈,再喷一圈,然后再喷一圈。这样可以开始构建一个三维物体。这是另一种打印技术。我们用它来做全彩色的解剖模型。所以,如果我们需要像这样一个有多个小部件的全彩物体,例如有很多个小血管、比如这种肺动脉小血管的物体,或者是想要做教学模型,例如这个带有所有这些周围淋巴结的肺动脉树,就可以使用它。我的目标是为经受苦难者提供帮助。而这项技术可以为更多的人带来更好的护理。
Maria Peris Celda,医学博士、博士,神经外科医生:如果我们能去除后面的一部分颅骨会很好。对,这样能更好地显示肿瘤。就这样做。啊,是的。你去掉了第一节颈椎,我觉得很好,因为我们向患者解释时也会采取同样的方式。所以这很有帮助。
肿瘤各不相同。比如说,我们可以看到这里其实是颅底的中心位置。所以很难接触到这个肿瘤。一个可能的方式是通过鼻部进入,但或许也能从侧面进入。一定要做出对患者而言最好的决定。我能按真实尺寸触摸和感受肿瘤以及这部分结构。这从实质上改变了我的实践。
工程师:这是三维模型。能看到肿瘤在向前侧面部发展。
Moore 医生:我们的规划过程有了很大改善。三维建模消除了其中的猜测部分,大大提高了整个过程的准确度。这些手术的耗时都很长。以前,我们需要切除肿瘤、清除边缘、构想缺损、测量整个腓骨移植骨。拿出移植骨。切割植入部分。查看是否合适。有了精确建模后,我们中有一人负责取出肿瘤。另一个人负责取出腓骨。实际上可以在腿依然连在一起、血管依然连在一起的情况下进行原位切割。这样,一旦肿瘤被取出,植入部分已经准备就绪。患者在手术台的时间可以缩短几个小时,大大减少输液量,这意味着康复过程可以显著加速。
Peris Celda 医生:每个模型都是一个病例。但又不只是一个病例。它意味着一位患者和患者的家庭。什么让他们恐惧、什么又让他们焦虑?
Moore 医生:模型很好地帮助我们了解肿瘤的确切位置。就像一个精良的三维地图。这让 Price 医生和我能够进行这些极为精确的切割。
Daniel L. Price,医学博士,头颈外科医生:那么,我们会用这样的方式把它放回去。那您可以看到,这将是您的腿骨,我们会切割一块腿骨,把它折弯成型,重新构造您的颚骨。然后在那里置入三颗种植牙,这样我们在那里放入牙齿。好让您能够恢复咀嚼功能。
患者:好的。不过听起来不太划算。拔出七颗。只还给我三颗。
Rose 医生:患者面临着巨大的不确定性。这导致焦虑。被转诊到我们这里来的患者中,很多人患有非常罕见的肿瘤,对病情可能也不太明白。他们正在准备治疗一个罕见的肿瘤,能在这时坐在他们身边,用一个模型展示确切的身体结构,这对构建信任和带来安心感来说是非常宝贵的工具。
患者太太:我能看看这件完成品吗?
Price 医生:这里会是他的腿骨。
Sharaf 医生:向他们展示 CT 扫描或者示意图是一码事,而这完全是另一个层面的沟通。当他们看到自己的三维打印模型时,我们可以明确地告诉他们,我们将为您进行这些操作。这是我们需要移除的骨骼。这是我们所试图建立的对称。
患者太太:这个模型真是太棒了。能够看到这一切。
Moore 医生:是啊,真是很棒对吗?
A. Noelle Larson,医学博士,骨外科医生:嗨。你好 Olive。每当我推开一扇门、进入一间诊室时,总有一个急切的家庭在等待我,希望我能帮助他们的孩子。你的弯曲度看上去在过去几个月确实增加了一点。所以我很高兴咱们安排了这次看诊。它其实是那种可能在以后的生活中造成问题的脊柱侧凸。我告诉患者,妙佑医疗国际几乎什么都有,这使得我们可以利用那些知识、技巧和技术去进行其他地方无法完成的手术。妙佑医疗国际在这个领域中确实领先全国。你睡着的时候,我们在你的后背上做个切口。这个切口类似这样,从上到下,然后把肌肉拨到一旁,把矫正棒和螺钉安在背上。然后把螺钉和矫正棒连在一起,把脊柱拉到一个更直的位置。
我们所治疗的是一群独特的患者。每个孩子的畸形问题可能与世界上任何其他孩子的畸形问题都不一样。能有一个定制模型至关重要。手术结束时,我们把骨头弄糙一点,这有些类似对身体耍个小花招。让身体以为自己发生了骨折,然后就会调动骨骼康复的全套技能。这样,矫正棒附近的所有部位就会愈合成一整根骨头。
Rose 医生:可定制三维建模特别有助于小朋友的手术,因为在扫描片上,所有的 CT 扫描看上去都是相同尺寸。但是在实际生活中,每个孩子的身体结构都非常不同。孩子的三维打印模型让我们能够把将要进行手术的身体结构真正视觉化。
Morris 医生:随着 3D 打印临床应用的扩大,外科医生向我们提出需要使用仿真工具。显而易见,我们只能达到一定的逼真度。于是我想,我们需要一个具有相应技艺、为行业制作特效道具的人,他要懂得聚氨酯铸模、硅胶制模、硅胶喷漆、实体铸模。在这个 7 万名员工的机构中,却没有一个职位描述提到特效工程师。Christian Hanson 前来应聘真是我们的幸事,他曾在特效行业工作。从那时起,我们就开始制作这些专用的定制仿真器械。
Christian Hanson,仿真工程师 我一直都很喜欢特效。高中时就开始入迷化妆效果,你知道,开始雕塑,买过一些面具制作、假体化妆之类的书。小时候我有过一些塑料骷髅头,而我会一直盯着它们看。要知道,我的心思一直都在化妆特效这个世界里。这也是我一直以来的激情所在。我努力融入尽量多的细节、最大程度的现实感。我一直在尽力捕捉组织的质感、脂肪和肌肉的观感。这个模型是一个很好的例子。我们使用全彩三维打印和数字绘画复制了一个实体的胸腔内部表面。它既有视觉上的逼真,也试图呈现组织的移动方式和触感。这种方式在很大程度上并不是构建模型的标准方法。所以我们基本上是边做边想,不断挑战可能达到的极限。
Morris 医生:这是覆盖在三维打印基座上的内层硅胶皮肤。模型外层就是外科医生在动手术时会看到的情况。这个部件将被这样合在一起,然后会被放进那个空腔。那么外科医生会看到这样的手术部位。周边都会被盖布蒙住。而外科医生会进入胸腔,进行止血或处理其他肺部创伤。这就是我们做这个模型的目的。
Price 医生:这里是一个训练工具,用于把两根血管缝在一起。我们必须确保在手术室进行手术时能做到完美缝合。要实现这个目标,最佳方式就是熟能生巧。而这让我们能在没有任何手术风险的情况下进行大量练习。
Moore 医生:我们每年都为入学的住院医提供一个仿真模拟项目。一名外科医生在真正的人体上进行一项手术前,可能要做上百次练习和完善技能。
Price 医生:我给自己的打分是 C+,因为这里有点缠绕。我会给你打个 A+,因为这些缝线基本上都是一样长短。我们有位患者马上要动手术,他的上颚部基本上被一个肿瘤占满了。我们需要切除这个肿瘤,因此需要把他的上颚切除一半。并用他的腿骨重建上颚。就是说我们会取一截腿骨,把它弯成上颌骨的形状。然后把这截腿骨上的血管和一根颈部血管缝合在一起,从而给这部分骨骼供应营养。这个环节对手术的成功至关重要,而这就是模仿这个手术环节的训练工具。
Peris Celda 医生:我认为三维打印的普及程度会越来越高。它将帮助推动科学。它将帮助推动神经外科。会得到更好的治疗结果。那正是我们所有人所期望的。我们希望患者获得最好的疗效。这是我们在手术前用于观察的模型。这里是我们将要切除的肿瘤。
患者:这样更容易看清楚它到底是什么样子。只看 MRI 时,我很难去想象它。所以能看到它,确实很有帮助。这个模型很棒,能让人看到所有情况,肿瘤的位置在哪里、有多大。我觉得它很有帮助,提供了客观的参照。看到这个模型确实带来了更强的真实感。
Peris Celda 医生:这就是我们在模型里看到的那个肿瘤。而在这里,我们可以看到在肿瘤切除后,您的脊髓和大脑底部得到了很大扩张。
患者:我感觉很不错。出奇地不错,在这个恢复过程中。我绝对已经度过了最糟糕的部分。我认为肿瘤的切除是关键。现在只需要从这个状态开始恢复。
Morris 医生:从那对连体双胞胎开始,时光的飞逝和我们所取得的成就都令人难以置信。我们以惊人的速度发展。迟早会需要更多的空间和人员。所以我们在杰克逊维尔修建了另一个三维打印中心。我们扩大运营,以提供更好的护理。而今,美国另一个地方也在从事和罗切斯特一模一样的事业。
Robert A. Pooley,博士,解剖建模部技术主任 这是妙佑医疗国际佛罗里达院区的解剖建模部。我们与院区的医生、外科医生和放射科医生合作。这是一项处于不断发展中的技术。同类场所在全美也屈指可数。
Kingsley O. Abode-Iyamah,医学博士,神经外科医生 需要了解脊柱侧凸的严重程度。这位患者以前做过融合手术,所以可以看到后面这里的骨骼长成了一整块。能够看到通过传统影像无法看到的部分,让我们能够从容地应对较为复杂的病例。所以,它是一项日常功能。
Jeffrey R. Janus,医学博士,美国外科医生学会成员,头颈癌外科医生,耳鼻喉科主任:由于这项技术而为患者带来的更好服务和更好护理 不可估量。而在考虑到学术医学时,想想我们将会如何培养下一代外科医生。所以这项技术并不只是关乎三维打印。它代表着三维评估和三维工具。虚拟空间为教学提供了广泛的可能性。
Morris 医生:虚拟现实 让你能够构建教学空间。我们可以建立博物馆环境,或者手术室环境,能让人接受所有这些不同类型手术方法的训练。颅底神经外科的学习曲线非常陡峭。按照以前的方式,如果想向 Peris Celda 医生或任何颅底外科医生学习,只能跟在他们身边。而我们在妙佑医疗国际创建出沉浸式的学习环境,让学生能够更快地进入状态。
Moore 医生:医学和外科是一门学徒艺术,需要经年累月,反复练习。设想一下,这个教学过程可以如何通过所有这些虚拟练习得到加速。我认为它将彻底改变我们进行外科教育的方式。
Morris 医生:您在接 受 CT 扫描时,机器给我们提供您身体的影像,每次一层切面。那么我们所做的就是拿到所有这些切面,创建一个 3D 模型。这是您的影像。那是您的手臂,那是您的骨骼。如果您越过肩部向后看,您会看到那个绿色的东西,那里就是肿瘤的位置。
Sharaf 医生:虚拟现实和增强现实的确是外科手术的未来,人工智能将发挥巨大的作用。
Morris 医生:这是一位 13 岁的年轻女性,她的脊柱有进行性的弯曲,四个月期间发生了很迅速的发展。通常情况下,要想做出这样一个模型,技术人员必须一层一层地给每块骨头人工上色。但现在我们有了这种人工智能算法,不仅能给骨骼分区,而且能自动标注每块骨骼。现在,我们可以在大约四分钟内从扫描图像到达这一步。在分区和更快制作 3D 模型之后,下一步就是使用预测算法。
Sharaf 医生:假设一个情况,有人的双侧眼眶都发生了骨折。一个骨骼全部破碎的病例。而人工智能可以告诉您,这里应该是什么样子。这是您正在处理的骨折部分结构上的最佳对齐方式。然后可以把它进行三维打印。这绝对会给复杂的面部重建手术带来彻底的变革。
Rose 医生:问题是,下一步发展能够用所谓的生物打印取代单纯的植入假体吗? 我们能在植入物上附带抗生素吗? 我们能在植入物上附带化疗药物吗? 我想这将是我们下一步探索的前沿。
Morris 医生:凡是用过这个工具的外科医生,每个人都告诉我们,该工具使其得以用前所未有的方式完成工作。我在过去十年的一部分使命类似于三维打印技术在医学领域的传道者,因为大多数患者并不可能到妙佑医疗国际就诊。除非能够帮助世界各地的人们,否则,即使我们看到这项技术的潜力,也无法将其充分发挥,造福患者。妙佑医疗国际以患者需求至上为其使命。这项技术支持我们的使命。我们在进行最有利于患者的事情。这与我们是外科医生、内科医生、技术专家抑或创新者无关,而只是为了患者。