上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)3D打印創(chuàng)新研究中心戴尅戎：個(gè)性化理念與3D打印

中國(guó)工程院院士,、上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)3D打印創(chuàng)新研究中心主任戴尅戎：《個(gè)性化理念與3D打印》主題演講,。

戴尅戎：我的題目是個(gè)性化理念與3D打印，這里面有兩個(gè)關(guān)健詞,，一個(gè)是個(gè)性化,，一個(gè)是增材制造。

   
先談一下背景,。第一個(gè)背景,，為什么我要強(qiáng)調(diào)個(gè)性化醫(yī)療？這跟3D打印有什么關(guān)系,？
   
大家都知道,，我們的關(guān)節(jié)有病以后現(xiàn)在有一個(gè)很好的辦法,，就是做人工關(guān)節(jié),，把關(guān)節(jié)換掉，用一個(gè)金屬的把原來的骨頭換掉,。這個(gè)是整個(gè)醫(yī)學(xué)發(fā)展,，特別是骨科發(fā)展當(dāng)中二十世紀(jì)進(jìn)步的一個(gè)很大的一個(gè)標(biāo)志，很多關(guān)節(jié)疾病都是這樣治療的,。但實(shí)際上還有很多關(guān)節(jié)的疾病是得不到這樣的治療的,，比如有很嚴(yán)重的畸形，往往有的時(shí)候我們的治療就很困難了,。有的是一個(gè)巨大的腫瘤,，腫瘤切除以后它有一個(gè)巨大的缺損,，還有嚴(yán)重的不溶解，這些方面往往治療就產(chǎn)生了困難,。所以有人就說,，這張圖片天上和地上都是葉子，但是全世界找不到兩個(gè)葉子是完全相同的,，樹葉如此,，人如何？也是一樣,，全世界人跟人完全一樣的即使是雙生的也不是,。
   
所以在這種情況下，我們每年要做200多萬(wàn)例的人工關(guān)節(jié)手術(shù),，每一個(gè)公司能給我們的只是四到五種類型,，它要覆蓋200萬(wàn)個(gè)病人，怎么覆蓋,？所以在這方面就產(chǎn)生了很大的問題,，所以要做到個(gè)性化就需要測(cè)量，要量的非常準(zhǔn)確,，要進(jìn)行設(shè)計(jì),，要進(jìn)行計(jì)算機(jī)化，要省時(shí)間還要便宜,，這是一個(gè)個(gè)性化的基本要求,。
   
第二個(gè)背景，我們現(xiàn)在為什么行了呢,？我們現(xiàn)在為什么能夠大談個(gè)性化了呢,？這是很多工程學(xué)的進(jìn)步，這個(gè)工程學(xué)進(jìn)步首先是計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步,，比如CAD,、CAM，這就是的,，柔性制造技術(shù)也是的,。3D打印以前叫做快速原型技術(shù)，它是打3D打印模型,，我們可以根據(jù)病人的模型為每一個(gè)病人造一個(gè)人工關(guān)節(jié)�,，F(xiàn)在到了這個(gè)世紀(jì)以后我們又可以直接制造出來，我們?cè)O(shè)計(jì)了以后用不著再用減材制造技術(shù)去做,，直接可以用增材制造技術(shù)去進(jìn)行,。因此我們有了一串一串從設(shè)計(jì)到加工，一直到使用的全過程鏈條,，就這么形成了,，所以我們也就逐步從去材制造環(huán)境慢慢進(jìn)入到增材制造的環(huán)境,。南極熊3D打印網(wǎng)編輯發(fā)布。
   
下面以關(guān)節(jié)為例,，給大家舉一些例子,。我們現(xiàn)在不需要模具了，可以在比較復(fù)雜的條件下完成很多東西,，因此有人認(rèn)為增材制造是在蒸汽機(jī),、電腦、互聯(lián)網(wǎng)以后又一項(xiàng)非常偉大的發(fā)明,，對(duì)我們的工作,、生活都會(huì)有巨大的影響。
   
（PPT圖示）下面談一些在醫(yī)療上的具體應(yīng)用,。這是目前九院的3D打印中心,，在前面那一大段發(fā)展過程當(dāng)中，我們發(fā)現(xiàn)首先是發(fā)現(xiàn)了3D打印這么一個(gè)技術(shù),，然后不斷的創(chuàng)造各式各樣3D打印的機(jī)器,。所以也就是說，在前面這一段發(fā)展中,，在上一個(gè)世紀(jì)后半段的時(shí)候是一個(gè)3D打印的方法和設(shè)備以及材料的進(jìn)步,。從我們?cè)荷婕暗降那闆r來看，我們大概在98年的時(shí)候就已經(jīng)開始用3D打印的快速原型技術(shù)進(jìn)行假體的設(shè)計(jì),，做到個(gè)性化,。到了13年的時(shí)候，我們開始拿到了國(guó)家食品藥品監(jiān)督管理局的批準(zhǔn),，批準(zhǔn)進(jìn)行個(gè)性化定制的假體的生產(chǎn),。本來在03年以后從一張證變成三張證，從三張證變成六張證,，個(gè)性化假體就得到了允許,。再然后建立了3D打印的中心，這些中心直接到了醫(yī)院,，3D打印機(jī)也開始進(jìn)入了醫(yī)院,。再往后金屬打印機(jī)出來了，以前用打印機(jī)打模型,，然后用簡(jiǎn)材制造的機(jī)器做實(shí)物�,，F(xiàn)在像這樣的腫瘤病人，我們可以把他的圖象搞出來以后,，前面是金屬打印機(jī)，前面是金屬打印的假體,，后面是塑料打印出來的模型,，根據(jù)這個(gè)模型來設(shè)計(jì),。所以現(xiàn)在打印到什么程度呢？?jī)?nèi)心是實(shí)心的,，而外表面是多孔的,，為什么要多孔？輕了,，重量輕了,，另外骨頭能長(zhǎng)進(jìn)去，肌肉能長(zhǎng)進(jìn)去,，血管能長(zhǎng)進(jìn)去,，這樣有利于它跟周圍組織的整合。
   
（PPT圖示）白白的這個(gè)東西是一個(gè)導(dǎo)板,，我們?cè)谑中g(shù)前在模型上模型虛擬的一套手術(shù)技術(shù),，到了手術(shù)當(dāng)中能不能按照術(shù)前的方法去進(jìn)行腫瘤的切除？因?yàn)槿绻�切的跟術(shù)前設(shè)計(jì)不一樣,，假體裝進(jìn)去肯定是歪掉的,，甚至不能安裝的，所以這又是用3D打印打印出來的導(dǎo)板,，根據(jù)這個(gè)導(dǎo)板把腫瘤切下來,，然后把假體裝上去，裝上去以后就達(dá)到了替代原來骨頭的目的,。像這個(gè)病人是骨盆的并且,，10個(gè)月之后他就能開車了，這個(gè)病人可以100%下蹲,，兩邊是對(duì)稱的,，分不清哪邊開過刀。
   
（PPT圖示）這個(gè)女孩子從小跳了18年,，堅(jiān)決不用拐杖,，現(xiàn)在她要上大學(xué)了，到處找醫(yī)生,。所以這個(gè)孩子來了以后,，我很爽快，我說你不要再跑下去了,，截肢,。因?yàn)檫@個(gè)腿畸形很厲害，截肢之后我保證你兩年以后上大學(xué),，可以兩條腿走路,。最后我們給她做了3D打印。她的畸形到處都有,，而且膝蓋扭轉(zhuǎn)了60度,，要轉(zhuǎn)過來需要把所有韌帶都切段,，這樣關(guān)節(jié)就都?jí)牡袅恕Ｋ�以最后簽了兩張知情同意��,，第一張她愿意做這個(gè)手術(shù),，但是預(yù)知這個(gè)手術(shù)失敗。第二張同意書,，如果在手術(shù)當(dāng)中失敗了她同意截肢,。當(dāng)然很幸運(yùn)，她最后做了手術(shù)矯正,，當(dāng)然骨骼上面還有彎曲,，不能再做了，因?yàn)樘�多補(bǔ)丁,，定制的,。所以這個(gè)孩子到了18歲以后，有生以來第一次在拐杖幫助下兩條腿下地走路,，因此第二年她就考上了大學(xué),，因?yàn)樗�能上樓下樓，她就考上了大學(xué),。大學(xué)畢業(yè)以后她開始做一些教學(xué)的工作,，然后到了泰國(guó)工作，那邊有很多孔子學(xué)院,，她的英文很好,。九年以后她結(jié)婚了，我們后面又給她做了一個(gè)手術(shù),，我們用的是記憶合金髖管器,，把骨頭全部矯正了，所以九年以后她結(jié)婚了,。我從來不參加人家的婚禮,，也不參加葬禮，這個(gè)婚禮我去了,。這就提出一個(gè)問題,，如果九年以前這個(gè)孩子和她的媽媽同意我的意見截肢截掉，她有沒有今天這么愉快,？所以科學(xué)的進(jìn)步對(duì)每個(gè)人,、對(duì)每個(gè)家庭都會(huì)有很多影響。我們可以用3D打印做各種體外的東西,，這些體外的東西以前大家?guī)�上假板都不愿意出��,，很難看，現(xiàn)在這種假體可以出去，它可以根據(jù)自己的設(shè)計(jì)變成世界上獨(dú)一無二的拐杖,。這是病人為自己制造的假肢,，他說這是世界上最漂亮的假肢,、最輕的假肢,、最便宜的假肢。
   
（PPT圖示）這個(gè)病人整個(gè)骨盆爛了一個(gè)大洞,，也就是說哪怕定做的關(guān)節(jié)擺進(jìn)去,，它掉到洞里面去了。所以這種情況下用3D打印了一個(gè)骨盆的模型,，跟病人實(shí)際模型一樣留一個(gè)大洞,，就在這個(gè)模型上做設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)假體,。這是在手術(shù)當(dāng)中清理出大量的黏性肉芽組織,，最后做完手術(shù)，功能又重新得到了恢復(fù),。
   
（PPT圖示）這是更嚴(yán)重的腫瘤病人,，腫瘤從骨盆蔓延到大腿上端，這是已經(jīng)比較后期的病人了,。我們老規(guī)矩,，用3D打印做了模型，然后做各種手術(shù)和假體的設(shè)計(jì),，在3D打印白顏色的導(dǎo)板下面把手術(shù)切除,，然后用3D打印的假體裝在骨盆這一側(cè)，然后再接上骨骨側(cè)的假體,，把這兩邊連起來,。這是手術(shù)后一年半的情況，他也跟那個(gè)女孩子一樣,，他現(xiàn)在有了自己的家庭,，他已經(jīng)手術(shù)后將近四年，他說我現(xiàn)在什么都不想,，就想有一個(gè)小孩子,。所以我們用3D打印模型進(jìn)行虛擬手術(shù)設(shè)計(jì)，然后用3D打印打印導(dǎo)板確定范圍,，然后再用3D打印技術(shù)確定手術(shù)的組織,，這些過程中任何細(xì)節(jié)都離不開3D打印。
   
（PPT圖示）這是頸椎高度腫瘤,，這個(gè)腫瘤在病人入院以后哪怕晃一晃,，或者在廁所里解大便的時(shí)候就可能發(fā)生錯(cuò)位，一旦錯(cuò)位就可能引起猝死，幾分鐘內(nèi)病人就可能死亡,，所以這個(gè)病人面臨非常大的生命危險(xiǎn),。他找到我們，怎么辦,？首先這個(gè)手術(shù)難度太大,，因?yàn)槭中g(shù)一碰就可能死在手術(shù)臺(tái)上。所以我們用3D打印假體確定這個(gè)刀怎么開,，最后確定這個(gè)刀要分兩次開,，第一次開后面，第一次開前面,。開了刀如果很幸運(yùn)把腫瘤拿掉而病人沒有死亡我們?cè)趺囱a(bǔ)上去,？讓上頸椎怎么樣重新得到重建？所以又給他設(shè)計(jì)了一個(gè)非常怪的,，當(dāng)中是紅心的假體,。結(jié)果我們確實(shí)做了手術(shù)，先做后面,，再做前面,。紅箭頭的地方骨頭都真到假體里面去了，也就是說,，這個(gè)時(shí)候他就穩(wěn)定了,，猝死的可能性就不存在了。三個(gè)月的時(shí)候他已經(jīng)能夠非常好的走路,，能夠自然的下蹲,，所以這個(gè)時(shí)候我們把手術(shù)以后的保護(hù)性的石膏給他解除了。我們一直跟他保持聯(lián)系,，兩年以后突然聯(lián)系不上了,，電話也打不通了，最后問了他家庭才知道他現(xiàn)在在船上,，他不是去旅游,，是在做船工，在船上做勞動(dòng),，所以他到了亞洲,、澳洲，其中左上角是美洲,，是美國(guó)的海岸,，所以他完完全全換了一個(gè)人。當(dāng)然我們對(duì)他的工作還是提出異議的,，好象太重了一些,。
   
（PPT圖示）這是一個(gè)肩部腫瘤，我們用3D打印技術(shù)打印出來，發(fā)現(xiàn)腫瘤交織在一起,，因此這個(gè)手術(shù)非常困難,。我們一個(gè)多學(xué)科團(tuán)隊(duì)給他做手術(shù)，利用3D打印切除腫瘤,，裝上假體,。也就是說，在很多特殊病人當(dāng)中,，我們進(jìn)行診斷和開始治療設(shè)計(jì)就已經(jīng)依靠上了3D打印,，最后依靠3D裝上假體,。這個(gè)技術(shù)不僅僅限于骨骼,，比如這是一個(gè)面部腫瘤，一個(gè)很大的腫瘤,，我們進(jìn)行設(shè)計(jì),，手術(shù)以后不僅把腫瘤切除，而且確保了兩個(gè)眼睛是基本對(duì)稱,，這個(gè)病人還能夠走到社會(huì)上去,。
   
（PPT圖示）這可能是我們所安放的腫瘤中最小的一個(gè)，手里面有8個(gè)骨頭,，最當(dāng)中的是月骨,，這個(gè)骨頭跟周圍的骨頭一起動(dòng)這個(gè)手就可以動(dòng)。他的月骨斷了,，而且死掉了,，死掉的骨頭怎么辦？我們用3D打印打一個(gè),，怎么設(shè)計(jì)的呢,？把另外對(duì)稱的月骨做一個(gè)靜相，反過來就是這邊的,，做好以后它比一個(gè)銅板還小,，給病人安上去了。一個(gè)半月以后,，它可以跟好手一樣旋轉(zhuǎn),，都能夠恢復(fù)了。
   
（PPT圖示）現(xiàn)在有人說4D,、5D,，5D是什么？我打了細(xì)胞,，打了生長(zhǎng)因子,，這個(gè)細(xì)胞長(zhǎng)成肌腱來了，我們能不能用3D打印打一個(gè)關(guān)節(jié)出來呢？我們做了一些嘗試,，大家可以看到右下角軟骨的圖象,，上面是軟骨，下面是軟骨下骨,，這兩者之間界限畫不出一條線來,，它是漸變的，這就是關(guān)節(jié)的表面,。這兩種組織結(jié)構(gòu),、細(xì)胞類型、發(fā)育生物學(xué),、生物力學(xué)都不一樣,，在3D打印的時(shí)候就打出一種是專門生產(chǎn)軟骨的兩種材料，打出一個(gè)支架來,，然后專門生長(zhǎng)骨頭的又有兩種材料,，一共四種材料共同構(gòu)成了關(guān)節(jié)。上面一排種軟骨,，中間是種骨頭的,，底下的是套在一起的，我們把它養(yǎng)在老鼠身上八個(gè)多禮拜,，養(yǎng)老鼠的意思是什么,？將來我們可以養(yǎng)在人身上，養(yǎng)好了以后放在他自己身上去,，這是一個(gè)活性的生物反應(yīng)器,，這個(gè)生物反應(yīng)器可以幫我們養(yǎng)出一個(gè)關(guān)節(jié)，當(dāng)然也可以給我們養(yǎng)出一個(gè)腎臟或者是養(yǎng)出一個(gè)肝臟,。
   
（PPT圖示）這是軟骨部分,，非常逼真，都是健康的軟骨,。這是骨頭部分,，白顏色是3D打印出來的支架，現(xiàn)在開始第四個(gè)D在變了,，紅顏色的東西是新長(zhǎng)出來的骨頭,，慢慢白顏色被吸收，紅顏色全部被取代,，這就是第四個(gè)D,。
   
（PPT圖示）這個(gè)上面是軟骨，下面是硬的骨頭,，我們叫軟骨下骨,，這之間界限也分不清楚,，互相交織，非常逼真,，這只羊走的非常好,。下面是兩個(gè)研究生，一個(gè)是材料研究生,，一個(gè)是醫(yī)學(xué)研究生,，是他們兩個(gè)的合作。
   
現(xiàn)在由于疾病導(dǎo)致有很多患者是等肝臟的,、腎臟的,、角膜的，只有1—4/100人能夠得到滿足,。所以這是一個(gè)很大的挑戰(zhàn),，我們?nèi)说膲勖�越來越長(zhǎng)，健康狀況越來越好,，但是有些人在等,，所以這是一個(gè)死結(jié)，是解不開的,。但是現(xiàn)在我們已經(jīng)開始有人做出耳朵來了，這個(gè)在九院做的最早,，單單九院至少有10個(gè)以上耳朵全沒有的重新做出來了,。有人做了虛擬的腎臟，還有人作出了心臟,，還有做出了支氣管,，支氣管在美國(guó)已經(jīng)有將近10個(gè)病例直接用在小孩身上了，國(guó)內(nèi)也有將近10個(gè)病例在不同的醫(yī)院用在小孩身上,，都是先天性支氣管的異常,。
   
所以不能不說這是一個(gè)偉大的事情，是一個(gè)非常偉大的事情,。也就是說,，再生醫(yī)學(xué)里面所面臨的我剛才講到的，缺乏臟器和組織的死結(jié)有可能因?yàn)?D打印和工程組織的結(jié)合而得到徹底的解決,，這是我們的未來,。
   
最后講一下我們的未來，現(xiàn)在開始越來越多領(lǐng)域引發(fā)研究,、設(shè)計(jì),、生產(chǎn)，是流通的革命性變化,。還有很多偏遠(yuǎn)地區(qū),，我們有很多分院,、分中心或者聯(lián)盟，我們也一樣建立了很多,，這是一個(gè)非常好的互相幫忙的方式,，在新疆有一個(gè)病人，可以通過遠(yuǎn)程會(huì)診,，我們給他設(shè)計(jì)好,，給他做一個(gè)東西出來拿飛機(jī)運(yùn)過去。有人說這太費(fèi)事情,，這邊傳過去,，那邊用一個(gè)3D打印機(jī)在新疆打出來。這個(gè)無所謂,，因?yàn)榕芤惶艘膊灰�緊,。但如果在飛船上面有一個(gè)螺絲釘斷了，是不是要派一個(gè)人送一個(gè)螺絲釘?shù)斤w船上去,？應(yīng)該在飛船上有一個(gè)3D打印機(jī),，它可以打印出很多東西來。我們的技術(shù)展望,，通過不斷的普及可以使得少數(shù)人掌握變成多數(shù)人掌握,，甚至于變成每個(gè)人掌握。剛剛有電腦的時(shí)候,，誰(shuí)有那么多錢來買電腦,？現(xiàn)在在城市里幾乎家家有電腦，甚至一家有三四個(gè)電腦,，打印機(jī)會(huì)不會(huì)這樣,？所以我們這些設(shè)備本來局限在工廠生產(chǎn)單位的，將來能不能進(jìn)學(xué)校,，能不能進(jìn)醫(yī)院,，能不能進(jìn)家庭？所以3D打印我個(gè)人覺得確實(shí)它的發(fā)展是無限的,，它的應(yīng)用能力正在不斷的擴(kuò)大,，它在制造業(yè)以及其他的行業(yè)也在不斷的提高，它的研發(fā)和市場(chǎng)鏈條越來越形成,，所以出現(xiàn)了良好的競(jìng)爭(zhēng)力,，當(dāng)然它也不斷產(chǎn)生各種各樣的問題。所以在打印設(shè)備,、技術(shù)成熟度以及怎么樣做到國(guó)產(chǎn)化,，使得國(guó)產(chǎn)的設(shè)備和材料能夠占有一定的市場(chǎng)。我們的教育培訓(xùn)系統(tǒng)怎么樣把它完善化,，現(xiàn)在我們派了幾個(gè)專人來組織創(chuàng)客中心,，使得把它的技術(shù)推廣出去,。當(dāng)然我們要做很多的監(jiān)測(cè)，要定規(guī)范,，定生產(chǎn)的要求,，這還有很多事情要做。
   
簡(jiǎn)單做一個(gè)預(yù)測(cè),，3D打印本來是做模型的,，然后直接制造了假體，制造了產(chǎn)品,。我們本來只是把本來的一些制造技術(shù)加以補(bǔ)充,，加以提高，現(xiàn)在替代,，將來有很多增材制造可以替代簡(jiǎn)材制造,。我們的產(chǎn)量從小批量個(gè)性化，逐漸變成大批量個(gè)性化,。所以現(xiàn)在我們提個(gè)性化那是個(gè)別人的事,，但是我們做人工關(guān)節(jié)一年200多萬(wàn)例，怎么個(gè)性化,？所以怎么樣批量化的生產(chǎn),？所以將來在醫(yī)學(xué)上面3的P都要沾光，個(gè)體化,、精準(zhǔn)化,、皮肌化都要沾光，還要省時(shí)間,、省錢。
   
第二是大規(guī)模制造,，將來假眼睛,，現(xiàn)在好的老師八周做一只，我們能不能3D打�,�,？3D打印不需要8周，打印機(jī)很大,，我們沒有必要一次打一個(gè)假眼睛,，一次打一排10個(gè)行不行？如果行兩排就是20個(gè),，或者一次打60個(gè)假眼睛,，這不就行了嘛。英國(guó)一個(gè)公司計(jì)算出來,，平均一個(gè)鐘頭做150個(gè)假眼睛,，而且效果可以跟最有經(jīng)驗(yàn)的老師相媲美,。
   
所以個(gè)性化定制將成為一個(gè)非常熱門的詞匯，現(xiàn)在已經(jīng)不是為個(gè)別人服務(wù)了,，它的定制范圍是包羅萬(wàn)象的,，以不可思議的速度進(jìn)入我們的生活，在各個(gè)方面,，包括做眼睛等等,。所以有各種各樣的APP橫空出世，我們就可以直接用它來打印東西,，它會(huì)進(jìn)入到每家每戶,，而且價(jià)格在降低。所以我們可以通過打印得到一個(gè)高品質(zhì)的東西,，而它的價(jià)格是平民的價(jià)格,。
   
美國(guó)喬治華盛頓大學(xué)GV預(yù)測(cè)，改變未來的十大技術(shù),，就是大規(guī)模的定制,。這個(gè)大規(guī)模定制是兩個(gè)技術(shù)捆在一起的，沒有3D就沒有Mass Customn,，所以把這兩個(gè)技術(shù)捆在一起了,，認(rèn)為是影響未來十大技術(shù)之二。
   
剛才講到4D,、5D,，剛才第一個(gè)女孩子就用了形狀記憶合金的產(chǎn)品，所以這當(dāng)中還有很多其他的D,。
   
我們的輔助設(shè)備在提高,，我們做很多手術(shù)的時(shí)候都需要用激光進(jìn)行掃描，現(xiàn)在有一些掃描儀,，掃全身只需要4秒鐘,，全身掃出來給你數(shù)據(jù)10美元。這就可以完全普及了,。
   
另外是很多的標(biāo)準(zhǔn),，現(xiàn)在我們總認(rèn)為是可以靜下心來寫標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)候了，但是很多人認(rèn)為早就應(yīng)該寫標(biāo)準(zhǔn)了,，不是現(xiàn)在寫標(biāo)準(zhǔn)的問題,，比如日本，到現(xiàn)在沒有作出很多個(gè)性化的東西,，但是它寫了很多標(biāo)準(zhǔn)出來了,，個(gè)性化的髖、個(gè)性化的踝等等都寫出來了�,，F(xiàn)在我們國(guó)家是遍地的產(chǎn)品,，但是標(biāo)準(zhǔn)沒有出來,。
   
所以我個(gè)人感覺到，一旦用了3D金屬打印技術(shù)以后,，看到了它的方便,、簡(jiǎn)潔、緊缺之后,，就再也不愿意回到原來舊的服務(wù)方式中去了,。
   
非常感謝大家。