骨盆修复仪

2014年4月，国家食品药品监督管理总局授予一种人工硬脑膜产品注册证，这标志着中国第一个生物3D打印产品正式开始应用，随着生物3D打印技术的发展，未来的医疗技术手段将充满想象空间。　　　　人的大脑头皮与头骨之间，有着一层薄薄的脑膜。如果要做脑部手术，就要先将这层薄膜切开一个口，手术后再用人体自身或其它动物的皮肤缝合。这样的程序扩大和延长了手术者的痛苦，而且有感染传染病的风险。而如今，用一种看上去像普通膏药一般的材料贴上去，就可简便快速地解决这一问题。　　　　获得产品注册证的人工硬脑膜产品名为“睿膜”，其研发单位首席技术官徐弢博士表示，该产品2011年已经在欧洲应用，迄今病例达一万多例。除此之外，一系列具有自主知识产权的核心平台技术和产品，包括个性化颅骨、无张力尿失禁悬吊带修复系统、骨盆底修复补片等新型人体组织再生修复产品，也相继在国内外完成或即将完成上市注册。　　　　业内专家介绍，3D打印技术最早是被用以制造工业零部件的3D模型。如果说3D打印技术已经是一门最新最热的高新技术，那么生物3D打印技术则像是皇冠上的明珠一样高新尖。生物3D打印技术是跨学科和领域的新型再生医学工程技术，其首先是通过计算机处理CAD数据模型，进行逐层累加材料的3D打印，加工细胞或者生物构造块等活性材料，以重建人体组织和器官等生物产品。　　　　目前，3Ｄ打印技术在医疗领域应用可分为三个层次，离人体越近的应用难度越大，离人体远一点的相对简单，比较容易实现。第一层是人体外应用。例如，利用３Ｄ打印机可将ＣＴ、ＭＲ的二维图像生成三维图像和模型，大夫分析病情时更直观，也能帮助他们术前分析和规划，降低手术风险。如果做Ｓ型的脊柱侧弯手术，可以利用３Ｄ打印机打印一个模型，分析问题能纠正到什么程度。３Ｄ打印技术应用于手术指导很早就有了，技术上比较成熟，产品审批也相对简单，因此靠市场自身推广作用就可以了。但软组织模型只能用于培训和手术预演，做手术要看具体情况。　　　　第二层离人体更近一步，是一些医疗辅助工具。例如，种植牙时为了种得比较准确，可以利用３Ｄ打印技术将患者的牙齿模型打印出来，先用计算机模拟种牙的位置、角度和深度，再打印出“导板”，有了“导板”牙齿就能非常准确地植进去。　　　　第三层，即植入人体内的组织、支架、骨骼和器官，这一层的应用就需要很高的技术含量，就目前来说距应用还有一定的距离。　　　　３Ｄ打印技术发展了几十年，３Ｄ打印的部分器官可能在已知科学范畴内没有问题，但生物技术领域有很多人类不掌握、没有探究到的信息。即使器官在体外功能正常，一旦植入体内，是否能运作、是否产生毒素以及有哪些副作用都不得而知。　　　　人体系统是不可想象的复杂，万不得已，不能用有限技术制成的器官去对接无限复杂的人体系统。生命是第一大事，也是３Ｄ生物打印发展的第一大困难。　　　　业内专家表示，如果３Ｄ打印技术是皇冠，那３Ｄ生物打印技术就是皇冠上的明珠，市场潜力巨大。二三十年后，３Ｄ打印器官技术真正成熟时，３Ｄ打印器官移植一定是高端消费，因为整个研发、细胞培养等一系列的成本非常高。等到实现规模化生产时，成本会有所降低。另外，要降低成本就一定要拿到原创性的核心技术，模仿没有出路。

研究背景 颅骨除了容纳、支持和保护脑组织，在头面部外形的塑造方面也承担了一定的责任。在严重的颅脑外伤、脑出血、颅内占位等情况下，需要紧急开颅手术缓解颅内高压，术后则会遗留颅骨缺损的问题，给患者的身心造成了严重的影响。颅骨成形术对颅骨缺损的修复和脑神经功能的恢复都有重要的意义。但用于颅骨成形术的传统生物材料都有着各自的优缺点，至今没有一个理想的解决方案，特别是传统生物材料都不能降解的致命缺陷对于儿童颅骨缺损的修复尤其不利，因此设计制备一种具有成骨活性的生物可降解颅骨修复材料非常迫切。 颅骨修复与其它长骨修复有较大的差异，主要表现在以下三个方面。 首先，颅骨修复除了需要快速成骨，还需要足够的力学支撑发挥保护作用，这就使得材料的孔隙率、孔径和力学强度之间产生了很难平衡的矛盾。 其次，颅骨的发育是膜内成骨作用的过程。在膜内成骨的过程中，骨髓间充质细胞在不形成软骨的情况下就直接分化为成骨细胞，紧接着形成包括额骨、顶骨以及部分枕骨的一系列扁平骨。这样一个相对复杂的成骨方式也决定了颅骨修复较其它长骨的修复更为困难。并且在颅脑外伤、肿瘤等原因造成的颅骨缺损中，硬脑膜常被损坏而缺损，对骨修复的过程更增加了困难。 再者，颅骨除了本身容纳、保护脑组织的作用外，还兼具塑形美容的作用，且颅骨的形状较复杂，个性化要求高，而传统的的人工骨材料规格单一、不可定制。因此，研发一种新的人工骨材料满足颅骨修复的特殊要求势在必行。 方法与结果 该研究采用复合支架的形式，将仿生矿化胶原与可降解生物相容性高分子材料——聚己内酯结合起来，采用溶剂造孔的方式，制备了一系列具有不同孔径分布及孔隙率特征的可植入骨修复支架材料。采用大鼠颅骨临界骨缺损动物模型对各组材料在体内的生物相容性及成骨性能进行评价，筛选出成骨性能最佳且力学强度可以接受的材料。 图1 不同孔结构特征支架SEM形貌及孔径统计分布 其中，最为重要的评价环节为影像学评价，已确定各个实验组之间在不同时间点的成骨情况差异。该研究中采取了Micro-CT（inspeXio SMX-90CT Plus, Shimadzu，日本岛津无损检测）透视并扫描4%多聚甲醛固定24h后的样本，扫描后经三维等值画图软件重建并进行成骨体积分析测定。通过X线透视及CT扫描影像评估样品植入前后的形状、骨密度，并通过成骨体积的测量进行定量分析。 图2 岛津Micro-CT三维重构结果 图3 根据Micro-CT结构计算的相对成骨体积 术后各组大鼠典型的Micro-CT扫描三维重建结果如图2所示。术后4周，模型组大鼠仅有少量针状骨结构位于缺损区，G1、G2、G4组大鼠骨桥位于缺损边缘，G3组大鼠骨桥部分通过缺损。术后8周，空白对照组大鼠缺损区中心有较多针状骨结构，边缘存在骨桥结构。G1、G2、G4组大鼠骨桥部分通过缺损，G3组大鼠骨桥通过缺损最长点。术后12周，模型组大鼠骨桥部分通过缺损，而G1、G2、G3、G4各组大鼠骨桥均通过了缺损最长点，而G3、G4组密度更接近于周围的骨组织，尤其是G3组，95%以上区域已成骨，部分缺损边界已显示不清。 定量分析通过三维重建软件测算出各组大鼠缺损部位的成骨体积，如图3所示。各组大鼠成骨体积在4周，8周，12周时都与空白对照组有显著性差异（P0.05），并且在各个时间点，G3组（pMC 1:10）矿化胶原基颅骨修复材料较G1、G2、G4组成骨体积更多，差异有统计学意义（P0.05）。 图4 Micro-CT重构的矢状位结果 术后各组大鼠Micro-CT正中矢状位影像如图4所示。术后4周，空白对照组缺损区边缘极少量点状高密度影，各实验组缺损区密度均匀增高，颅骨内面靠近硬膜一侧密度较对侧增高更明显。术后8周，空白对照组缺损区可见少量片状密度增高影，各实验组缺损区出现较大面积条状或片状密度增高影，且密度与周围骨质相近。术后12周，空白对照组可见条状密度增高影，各实验组缺损区域密度升高影面积较前明显增加，尤其是G3、G4组，缺损区大部分已被高密度影所占据，且密度和周围正常骨质非常相似。 图5 缺损区组织HE染色 图5所示为术后各组大鼠颅骨正中矢状位石蜡切片HE染色结果，新生成骨被染成密度均匀的粉红色。可以看到4周时，缺损区仅少量点状成骨，各实验组缺损区材料内部可见较密集的斑片状新生成骨。术后8周，对照组新生成骨较少，各实验组新生成骨由斑片状连接成长条状，部分跨越缺损区，新生成骨位于颅骨内侧面硬膜外层。术后12周，对照组缺损区可见部分条状新生成骨，各实验组材料内部和边缘皆有新骨形成，可观察到明显的骨小梁结构，尤其是G3组材料几乎完全降解，大部分被新生的自体骨结构所替代，尤其是靠近硬膜一侧，新生骨结构已与周围正常骨的结构相同。 总结与讨论 本部分研究采用大鼠颅骨临界骨缺损动物模型评价了不同溶剂配比的矿化胶原颅骨修复材料在体内的成骨性能。从影像学、组织学不同角度观察了材料诱导骨长入的过程，并进行了定量分析，筛选出成骨性能和力学强度达到最佳平衡的骨材料溶剂配比，既可以保证一定的力学强度，并且诱导成骨作用最好，为进一步颅骨修复材料的研发奠定了基础。 文献题目：《Tuning pore features of mineralized collagen/PCL scaffolds for cranial bone regeneration in a rat model》使用仪器：岛津5SMX-90CTPlus-1909第一作者：王硕原文链接：https://doi.org/10.1016/j.msec.2019.110186 声明 1、文章来源：Materials Science & Engineering C2、因篇幅有限，仅显示第一作者。3、本文不提供文献原文，如有需要请自行前往原文链接查看。4、所引用文献仅供读者研究和学习参考，不得用于其他营利性活动。

11月8日是国际放射日，1895年11月8日，伦琴发现了“X射线”，这一神奇的射线使人类对疾病诊断、治疗模式发生了改变。为了纪念伦琴，而将这天定为“国际放射日”。但是关于X线、CT等放射性检查，很多人却因其“辐射”望而却步。东南大学附属中大医院放射科主任居胜红主任医师表示，放射检查其实被大家“妖魔化”了。　　疑 问 　放射科的三类检查 都有辐射?　　居胜红介绍说，放射科检查主要包括三大类：X线、CT、核磁(MR)。平时老百姓常见的X线、钼靶是属于X线的，CT主要的检查项目有CT平扫、 CT增强、CT 介入，MR则主要有MR平扫、MR增强、MR造影。其中X线和CT是有辐射的，CT的辐射剂量大于X线，但是核磁检查是没有辐射的。　　一次放射性检查 辐射有多大?　　居胜红具体介绍说，因为不同种类的辐射能量各不相同，而且不同身体组织吸收辐射的量也各不相同，为了便于量化，人们就定义了一个叫做希沃特(Sv) 的单位。医学上一般采用毫西弗(mSv)来衡量危害性，1Sv = 1000mSv。一般来说，一个人正常生活的话，一年接受的辐射量在3个毫西弗左右。而一次低剂量螺旋CT检查的辐射量才0.1毫西弗。由于设备的日益先进，检查所用时间更短，所受的辐射也就越来越小。　　“即使是比较复杂的冠脉CT造影，由于先进的设备，已不是之前回顾性的扫描，辐射量已下降82%，每次检查的辐射也控制在1毫西弗左右。而拍一张X光片的辐射就更小，跟坐一次飞机差不多，只有零点零零几个毫西弗。”这样的辐射剂量，安全性是可以得到保障的。　　误区 1、孕妇做放射检查致胎儿畸形?　　对于放射性检查，很多准妈妈都是敬而远之的，总是担忧会不会造成胎儿的畸形、智障甚至流产。特别是有些准妈妈，在不知道怀孕的情况，拍了次胸片后，担心会对孩子造成影响，就将孩子流掉。对于这些大家“约定俗成”的看法，居胜红要为放射检查“讨个说法”。　　专家介绍道，对于孕妇在危及生命安全，必须要做CT等检查时，医生才建议进行检查。医疗上也还会考虑对特殊人群特殊照顾，孕妇和儿童应当尽可能减少辐射。对孕妇儿童群体需要暴露于有射线的检查时，会在腹部等敏感部位放置铅板等防护措施。另外，目前先进的仪器也有自动降低辐照量的功能。　　2、新生儿不适合做放射性检查?　　除了孕妇，对于孩子是否能进行放射性检查，很多家长也是存在一定的顾虑，总觉得放射性检查的辐射会影响孩子的生长发育。　　居胜红解释道，一些病还必须用放射性检查。如小儿支气管异物，X光片是检查该病的唯一方法，如果不做，医生则不知道患儿支气管里有异物，从消炎角度给患儿输液，无法解决问题。对于比较疑难的疾病，医生是建议进行CT检查的，比如先天性心脏病，如果是大血管畸形，只有通过CTA 检查才能发现。　　3、片子拍多了 癌症几率增加?　　“拍一次胸片，就有几率患上癌症”。很多人以为进了放射科就像是进了一个遍布辐射的“危险区”。居胜红指出，这属于一种过于保守或过于敏感的认识。虽然X线对生物细胞有一定的杀伤破坏作用，但由于在检查室中的玻璃及墙体都是隔离辐射的，并且一定时间段内，也有专业人士监测室内的辐射量，其辐射量微乎其微。　　提醒 　孕妇和儿童　　需格外关注　　居胜红特别强调，当疾病危及生命时，只有通过放射性检查来判断疾病时，检查的益处远远大于微乎其微的辐射所造成的影响。　　“当然，如果是已经怀孕，准备要进行X线等相关检查时，务必要告诉放射科检查技师。”居胜红特别提醒。儿童及育龄女性等特殊人群也要特别注意保护。专家指出，育龄妇女进行腹部或骨盆部位检查前，应首先问明是否怀孕，严格控制对孕妇的医疗照射，特别是在孕早期时，非急需不应实施腹部尤其是骨盆部位的医疗照射。胎龄越小，对辐射就越敏感，可能造成的影响就会越大。而且，孕妇不适合做增强CT，因为造影剂可能会渗透到胎盘，不利于胎儿。同样儿童也不适合进行使用造影剂的增强CT和磁共振的检查。