華西醫(yī)院骨科屠重棋教授：3D打印與工匠精神

來源：動脈網(wǎng)

提到華西醫(yī)院,，你會想到什么,？是新冠疫情中的重癥天團,，還是醫(yī),、教,、研能力三頭并重的強勁實力,。雖然大多數(shù)人都知道華西醫(yī)院是國內(nèi)最頂尖的醫(yī)院之一，但或許很少人會知道華西醫(yī)院骨科其實還是世界領(lǐng)先的3D打印骨科應用高地,，華西醫(yī)院骨科3D打印植入無論是在手術(shù)布局,、材料選擇，還是結(jié)構(gòu),、界面精準設計和承重等關(guān)鍵技術(shù)方面,，都處于國際領(lǐng)先水平。

而這些成績都離不開華西醫(yī)院骨科-骨與軟組織腫瘤中心學術(shù)帶頭人-屠重棋教授,。從1986年山東醫(yī)科大學畢業(yè)以來,，在華西醫(yī)院工作的34年里，屠教授創(chuàng)造了多個世界第一,。

2015年屠教授團隊完成世界首例“3D打印保留膝關(guān)節(jié)脛骨干金屬骨小梁假體重建術(shù)”,。

2019年，屠重棋團隊和張興棟院士團隊強強聯(lián)合在Science Advances發(fā)表論文,，率先發(fā)現(xiàn)一種不但能夠抑制腫瘤細胞增殖,，而且可以促進成骨細胞生長的新材料，具備作為骨腫瘤切除后大段骨缺損修復的潛能替代材料。

2020年,，屠重棋團隊所在四川省醫(yī)學3D打印創(chuàng)新工作室在國際頂級骨科期刊CORR首次發(fā)表關(guān)于“3D打印一體化半骨盆設計,、制造、應用,、療效和評估”的學術(shù)論文,。

……

在長期的臨床工作中，屠重棋教授把“手術(shù)”作為“藝術(shù)品”的工匠精神貫徹始終,，這種精神足以丈量3D打印這項技術(shù)在國內(nèi)骨科應用的歷史,。

作為這項技術(shù)在國內(nèi)骨科應用的重要探索者和發(fā)展見證者，屠教授最不希望看到這項對患者極有價值的新技術(shù)淪為概念炒作,，更不希望手術(shù)者不親自參與“假體設計,、制造、驗收,、手術(shù),、隨訪評估”等流程而就將3D產(chǎn)品用于臨床。

在全球3D打印高地,，屠重棋教授如何看待3D打印在骨科應用的前景與瓶頸,？動脈網(wǎng)專訪了四川大學華西醫(yī)院骨與軟組織腫瘤中心主任，四川省醫(yī)學3D打印創(chuàng)新工作室主任,，四川省衛(wèi)生廳學術(shù)技術(shù)帶頭人屠重棋教授,。

屠重棋教授

5年完成超過200臺3D打印植入手術(shù)，骨科為什么繞不開3D打印 ,？

專業(yè)領(lǐng)域成就的名譽并沒有給屠教授帶來距離感,，在34年的醫(yī)療工作生涯中，屠教授因為平易近人和接地氣,，被送外號“屠婆婆”,。倘若你和屠教授有過交談，你會發(fā)現(xiàn)他身上有著山東人特有的隨和,、堅毅,、正義和擔當。

在屠教授看來,，3D打印并不是什么橫空出世的黑科技,，在國外已有30多年的研發(fā)、應用歷史了,。19年前他首次接觸3D打印概念的時候,，這個名詞尚未在國內(nèi)誕生，還被稱為快速成型技術(shù),。

早在2001年,，屠重棋教授就和清華大學進行快速成型課題研究,，當時骨科應用主要在模具、教學模型等體外應用方面,。2013年以來經(jīng)過前期大量的動物實驗,，直到2015年屠教授才嘗試開展3D打印金屬植入物植入人體研究。在當時,，無論是這項決定還是手術(shù)本身,，都極具有挑戰(zhàn)性。

屠教授還記得2015年第一位植入3D打印鈦金屬假體的患者,，那是一位年僅15歲的骨肉瘤病人,，切除腫瘤后采用同種異體骨移植重建脛骨骨缺損，并保留住了膝關(guān)節(jié),。然而,，他腿中移植的異體骨發(fā)生了慢性排斥反應，雖然經(jīng)歷了漫長的3年8次手術(shù)保住了肢體,，但患者由于小腿骨大段的骨缺損而無法行走。

屠教授考慮到,，如果繼續(xù)采用傳統(tǒng)的治療方法：人工腫瘤膝關(guān)節(jié)置換術(shù),，患者就要犧牲自身膝關(guān)節(jié)，10年假體失敗率約20-40%,，遠期效果差,。為此團隊為這名患者量身設計制定了“3D打印保留膝關(guān)節(jié)脛骨干骨小梁金屬假體置換”的治療方案。

患者的父母恰好是高級工程師,，對于這種前沿性解決方案極為認可,。屠教授也對這位患者進行持續(xù)隨訪，5年過去了,，他已經(jīng)大學畢業(yè)服務社會,，功能與正常人沒有區(qū)別。

“當年的少年已經(jīng)長大成人,，而他體內(nèi)的3D打印植入物也生長良好,。”

迄今為止,，華西醫(yī)院骨腫瘤中心已經(jīng)完成超過200多例3D打印骨科植入物手術(shù),。屠教授認為醫(yī)生完成植入手術(shù)只是醫(yī)療工作的開始，要保證植入物在患者體內(nèi)長期生存使用才是手術(shù)的終極目的,。長期以來的工匠精神,，屠教授團隊對3D打印植入患者進行全程隨訪，目前手術(shù)患者均獲得滿意療效,。

華西醫(yī)院骨科每年要完成的骨科手術(shù)量約14000例,，3D打印手術(shù)并不是其中開展類型最多的手術(shù),，且開展難度較大，但屠教授依然堅持深耕,、攻破這項新技術(shù),。

在20年前選擇骨科亞專業(yè)時，屠重棋教授就選擇了涉及領(lǐng)域多,、難度大的骨腫瘤專業(yè),。以骨肉瘤為代表的惡性骨腫瘤橫跨了罕見病和惡性腫瘤的兩個高難度領(lǐng)域，涉及的相關(guān)專業(yè)有腫瘤學,、骨科學,、病理學、放射學等八個專業(yè),。雖然難,，但骨腫瘤患者青少年居多，疾病負擔嚴重,，屠教授認為醫(yī)者應有為患者擔當?shù)臎Q心和責任心,。

屠教授選擇研究3D打印技術(shù)同樣是因為看到了它在骨科應用的價值，對某些疑難病例來說,，它能夠到達現(xiàn)有技術(shù)無法達到的禁區(qū),。

在外形上，3D打印能夠制造出傳統(tǒng)方式制造不出的骨關(guān)節(jié)的仿生形態(tài),；在結(jié)構(gòu)上,，3D打印界面具有仿生骨小梁網(wǎng)孔結(jié)構(gòu)，孔徑/孔隙率通過特定設計可以誘導促進骨生長,，讓自體骨與植入物快速整合,。在強度和穩(wěn)定性上，3D打印植入物具有良好的初始穩(wěn)定性和生物力學性能,，更符合臨床相關(guān)要求,。

屠教授直言，現(xiàn)在大家對創(chuàng)新的理解有偏差,。簡單的來說,，創(chuàng)新主要包括兩個方面，即人無我有,，人有我精,。首先，創(chuàng)新技術(shù)要解決常規(guī)技術(shù)解決不了的關(guān)鍵問題,；其次,，它要比常規(guī)技術(shù)更精、更快,、更好,。而不是與常規(guī)技術(shù)不同,、不做印證就被認為是創(chuàng)新了。

在以往,，惡性骨腫瘤患者大多需要進行高位截肢,，而隨著“新輔助化療+手術(shù)+術(shù)后化療”模式的發(fā)展完善，目前這類患者有機會得以保留肢體及功能,。而3D打印生物型金屬假體重建是保肢,、保關(guān)節(jié)的一種重要手段。在植入生物型假體個體化3D設計,、打印,、植入、隨訪和評估一體化流程中,，屠教授團隊是目前全世界實施最多類型的單體3D打印團隊,。

骨科3D打印植入手術(shù)是全球醫(yī)學領(lǐng)域應用最早、研究最成熟的領(lǐng)域,，而骨腫瘤切除的骨頭常常是不規(guī)則的,，所以3D打印金屬假體植入手術(shù)最先應用在骨腫瘤專業(yè)，可以提供優(yōu)良的個體化仿生植入物,，實屬外科精準治療,。其次是人工關(guān)節(jié)置換術(shù)失效后翻修術(shù)，因為骨缺損巨大,，需要3D打印精準匹配重建，亦屬外科精準治療,。再次是脊柱退變需錐體間融合的患者,，可以采用3D打印椎間融合器，以增加脊柱融合率,，這類產(chǎn)品可以批量生產(chǎn),，目前國內(nèi)外已經(jīng)上市。

“3D打印的特點在于,，它不僅能夠自定義外形,，也可以自定義結(jié)構(gòu)。在臨床應用中,，我們通過精密的CT和MRI數(shù)據(jù)找到患者自身骨頭的多模態(tài)形態(tài),、結(jié)構(gòu)特點，哪些是實的,？哪些是中空的,？計算機設計、模擬,，計算出假體與骨的適配性和力學性能,，最后利用3D打印生產(chǎn)出類似的形態(tài)結(jié)構(gòu),。在強度上，也可以根據(jù)病人的體重,、活動量進行定制,。”

自2013年起,，屠教授團隊與張興棟院士團隊強強聯(lián)合,，深入研究3D打印骨科硬組織修復材料并取得可喜成績。2015年以來先后又與北京春立正達有限公司和北京中諾恒康生物科技有限公司合作,，獲得唯一一個“四川省醫(yī)學3D打印創(chuàng)新工作室”,，為200多例骨腫瘤患者實施3D打印金屬植入手術(shù)，手術(shù)量和臨床效果在全世界都處于領(lǐng)先水平,。

社會環(huán)境浮躁,，不應該淪為概念炒作

“3D打印在臨床應用中，需要精雕細琢的工匠精神才能成為鉆石,，應謝絕只是把這項技術(shù)作為光彩照人一塊墊腳石,。我國在3D打印機和打印材料研發(fā)、產(chǎn)品設計制造及臨床應用等方面還任重而道遠”,。

首先是打印機器和打印材料的問題,。“發(fā)達國家從1890s就開始研究這項技術(shù),，近35年發(fā)展迅速,，所以它們沉淀了幾十年的技術(shù)優(yōu)勢。目前我國使用的醫(yī)學金屬3D打印機,、生物3D打印機及其打印材料幾乎都是來自歐美發(fā)達國家,，在此方面我們幾乎沒有原研產(chǎn)品，只在尼龍或樹脂等打印機和材料方面可自給自足,。在技術(shù)上的落后和短板限制了我國3D打印臨床應用的發(fā)展,。”

其次是優(yōu)秀的3D打印數(shù)字工程師缺少,�,！半m然我國在近5-10年間也培養(yǎng)了大批的數(shù)字影像工程師，但目前僅能滿足臨床的基本需求,，主要原因是缺乏臨床醫(yī)療的相關(guān)知識,。”

第三個是醫(yī)工結(jié)合的難點問題,�,！�3D打印在骨科臨床應用所需要的是骨科高級別醫(yī)生，不僅要熟練掌握臨床專業(yè)知識和技能,，同時還能夠熟悉數(shù)字化影像學,、材料學,、工程學和生物力學等相關(guān)知識，目前此類醫(yī)生太少,�,！�

“比如當骨頭缺損時，醫(yī)生按照原有的骨頭樣式補上去是不行的,。因為骨頭的強度不同,，它對于植入物的強度和結(jié)構(gòu)要求也不同。如何設計最佳的植入物,，就需要臨床專家與材料專家和生物力學專家等多行業(yè)多專業(yè)討論,，其中涉及到材料屬性和表征、生物力學,、界面力學等廣泛的知識面,。所以，醫(yī)工結(jié)合看似簡單,，但真正實現(xiàn)比較困難,。醫(yī)工結(jié)合的優(yōu)秀人才是非常短缺，需要將物理學,、生物力學,、材料學、制造學和臨床醫(yī)學等方面有機的結(jié)合起來,，才能保證最后制造出的骨科植入物符合國人的要求,，這實際上是很難的。近年來,，我們也一直朝著這個方面努力著,，這個過程是非常艱辛的�,！�

第四個難點是生產(chǎn)工藝的精準、穩(wěn)定和行業(yè)評價體系的建立,。首先是需要供應商保證產(chǎn)品的精準性,，3D打印金屬植入物對于材料和制造工藝要求很高，需要很高的精準度,。屠教授認為植入物的精準度需要第三方嚴格評估,，量化評估3D打印骨小梁的形態(tài)、孔隙率,、孔徑,、強度等指標；其次是對成品的后處理進行考量評估,；目前國家有關(guān)部門極為重視并陸續(xù)分批公布相關(guān)的行業(yè)標準,。

在屠教授看來,，3D打印應用于骨科并非是什么黑科技，任何新奇的光環(huán)無法避免最后它需要植入體內(nèi)的本質(zhì),，3D打印也只是醫(yī)生治療病人的工具,，而不是支配醫(yī)生的工具，醫(yī)生對待3D打印植入物應該慎之又慎,。目前國內(nèi)開展3D打印金屬植入物的醫(yī)院并不少,，但是開展的3D打印手術(shù)水平參差不齊�,！跋Ｍ麌�產(chǎn)醫(yī)學金屬或生物3D打印機早日取代國外產(chǎn)品,；希望3D打印植入物的各相關(guān)團隊認真解決設計、打印和手術(shù)的關(guān)鍵技術(shù),，使這項技術(shù)真正成為臨床醫(yī)師斬除病魔的上帝之劍,。