戴尅戎院士：3D打印吸引了我的后半生

來源：新材料在線

3D打印技術(shù)也稱之為“快速成型技術(shù)”或“增材制造技術(shù)”,。它是一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料,，通過逐層打印的方式來構(gòu)造物體的技術(shù),。自20世紀90年代中期面世以來，3D打印在模具制造,、工業(yè)設(shè)計等領(lǐng)域被廣泛用于制造模型,，其后逐漸用于產(chǎn)品的直接制造。

近年來,，3D打印技術(shù)的發(fā)展在醫(yī)療領(lǐng)域做出了不小貢獻,。例如，制作醫(yī)學(xué)模型,、輔具,、假肢、手術(shù)導(dǎo)引裝置,、骨頭,、軟骨，或用于血管,、膽道,、氣管、尿道內(nèi)的支撐物或替代品,，以及多種組織和臟器,。那么，3D打印是通過什么原理實現(xiàn)扁鵲之術(shù),？它的存在對于醫(yī)療產(chǎn)業(yè)而言有著怎樣的意義,？其發(fā)展目前又面臨哪些問題？

中國工程院院士,、上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第九人民醫(yī)院終身教授戴尅戎院士（以下簡稱“戴院士”）對上述問題作了較詳盡的解答,。

△戴尅戎院士

用3D打印解決醫(yī)學(xué)界百年難題——“個性化需求”
“3D打印是一種手段，通過3D打印技術(shù),，可以創(chuàng)造出各式各樣獨具一格的產(chǎn)品,，而促進醫(yī)學(xué)與3D打印緊密聯(lián)系在一起的根本原因，就是醫(yī)學(xué)上自古以來面臨的極大需求——‘個性化’,�,！贝髟菏空劶�3D打印便打開了話匣子，他的后半生,，與3D打印有著千絲萬縷的聯(lián)系,。

據(jù)戴院士回憶，37年前,，他曾接觸到一位需要做全距骨切除的腫瘤病人,，而當(dāng)時國際上根本沒有替換距骨的假體，主治醫(yī)師團隊只能給患者定制一個人工距骨,。這也是戴院士第一次接觸到足部骨骼需要“個性化”定制的病例,。

“距骨是位于腳踝十幾塊骨頭里最重要的一塊，這個人工距骨還要附帶上面,、下面和前面的關(guān)節(jié)面,，同時還要有足夠的承載能力和穩(wěn)定性,，而距骨大小和形態(tài)是人人不同的�,！蓖ㄟ^多次數(shù)據(jù)計算,、修改，團隊最終成功將定制的人工距骨替換下被切除的距骨,，時至今日,，這位患者仍能自如行動，無跛行,、能騎車,，甚至還能做輕體力勞動。

第一次圓滿完成“個性化”定制病例給了戴院士極大的鼓舞,。1982年以后,，戴院士帶領(lǐng)團隊專門給一些患者陸續(xù)定做了膝關(guān)節(jié)、髖關(guān)節(jié),、肩關(guān)節(jié),，甚至還定做了半個骨盆。

時光推進到90年代,，人工定制滿足患者的“個性化”需求逐漸成為常態(tài),，而此時戴院士遇到了一個棘手的病例。

一位首席會計師因自幼雙側(cè)髖關(guān)節(jié)先天性異常,，兩側(cè)髖關(guān)節(jié)嚴重脫位導(dǎo)致雙側(cè)劇烈疼痛,，嚴重影響工作生活，最終只能依靠輪椅才能出行,。據(jù)戴院士回憶,，這位患者的髖部解剖結(jié)構(gòu)和幾何形態(tài)與常人差異極大，并伴有嚴重的繼發(fā)性病變,，各醫(yī)療器械公司均無法提供符合需求的關(guān)節(jié)假體,，這讓他頭一次感到無從下手。

難以進退之時,，上海交通大學(xué)王成燾教授給戴院士帶來一個好消息,。“王成燾教授第一次告訴我們,，原來世界上有一種設(shè)備叫‘快速原型機’,，可以輕而易舉地把病人的關(guān)節(jié)、骨腔的大小,、位置和相關(guān)關(guān)系,，用模型準確‘復(fù)制’出來�,！�

在當(dāng)時看來,，戴院士感覺“快速成型機”簡直是為這個棘手病例量身定做的產(chǎn)物,！為了一探究竟，主治團隊將經(jīng)由快速成型機定制的關(guān)節(jié)假體安裝在假肢模型上進行反復(fù)演練,，確定無誤后才為患者安排手術(shù),。最終，患者在模型的幫助下獲得了真正量身定制的假體,。

手術(shù)成功后，這位當(dāng)年無法行走的患者不僅重新恢復(fù)了首席會計師的工作,，還親自游玩天安門廣場,、攀登長城，如今已經(jīng)成為周游世界的旅游愛好者,。

經(jīng)由此事后,，3D打印個性化定制逐漸發(fā)展為戴尅戎團隊不可或缺的醫(yī)用技術(shù)。與此同時,，經(jīng)手數(shù)百個病例的戴院士深刻認識到：在醫(yī)療產(chǎn)業(yè)中,，“個性化”需求是一個擁有巨大市場的發(fā)展方向。

用他的話來說：“固定骨折的接骨板和不同關(guān)節(jié)的人工假體每個部位只有5-7種尺寸,，這僅有的這幾個尺寸每年要滿足幾十萬人甚至于上百萬人的需求,，導(dǎo)致很多病例都是將就著用，因此滿足個性化需求將成為提高醫(yī)療質(zhì)量的重要努力方向,�,！�

回顧整個醫(yī)學(xué)發(fā)展之路，“個性化”需求一直是該行業(yè)存在的最大難題之一,，3D打印技術(shù)的進步和推廣無異于為個性化醫(yī)療打開了一扇充滿想象與希望的大門,。時至今日，戴院士都時常感慨：“3D打印確實太神奇了,，它深深吸引了我們,，因為很多醫(yī)生的夢想都能夠借以實現(xiàn)。凡是放進病人身上的東西,，如果大多數(shù)都能定制,，那是一個什么場面！”

3D打印的出現(xiàn)可以跟蒸汽機,、互聯(lián)網(wǎng)相提并論
2003年,，上海九院的合作公司獲批我國國內(nèi)第一份定制式人工關(guān)節(jié)生產(chǎn)許可證。2013年,，戴院士與上海交大的工科教授聯(lián)合組建了上海九院3D打印技術(shù)臨床轉(zhuǎn)化研發(fā)中心,；2015年，建立了上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院3D打印技術(shù)臨床轉(zhuǎn)化協(xié)同創(chuàng)新中心,；并于2016年又升格為上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)3D打印技術(shù)創(chuàng)新研究中心,，并獲得三項“十三五”國家重點研發(fā)項目支持,。

“在整個發(fā)展過程中，九院的骨科,、口腔科,、眼科、整形科,，耳鼻喉科乃至神經(jīng)科,，都與3D打印結(jié)下了不解之緣。3D打印是一項制造技術(shù),，但往深處去看,，其醫(yī)學(xué)應(yīng)用的核心保證，應(yīng)該是‘醫(yī)工結(jié)合’或‘醫(yī)工產(chǎn)結(jié)合’,�,！睂�3D打印應(yīng)用于醫(yī)學(xué)20余載的戴院士對新材料在線®說出了心里話。

戴院士進一步解釋道,，“醫(yī)工結(jié)合”是唯一能夠把3D打印在醫(yī)療行業(yè)推行得更深更好的路徑,。如果醫(yī)生不懂3D打印技術(shù)，何來快速原型,？又假如工程師掌握了3D打印技術(shù),，卻不知在醫(yī)療上能夠發(fā)揮什么作用以及如何去發(fā)揮作用，何來“個性化”定制,？

△戴尅戎院士早年間在研究制作形狀記憶醫(yī)療產(chǎn)品

眾所周知,，3D打印技術(shù)誕生之初主要被應(yīng)用于制造業(yè)中的模具制造、工業(yè)設(shè)計等工序,。當(dāng)時,，這一技術(shù)被視為“有可能是扭轉(zhuǎn)美國制造業(yè)持續(xù)走下坡路的衰敗之象的一個轉(zhuǎn)機”。美國前總統(tǒng)奧巴馬也曾在國情咨文中談到,，“3D打印有可能使我們制造幾乎所有產(chǎn)品的方式革命化”,。

對此，戴院士同樣深以為然,，“從古到今,，我們所做的制造加工都屬于‘減材制造’或‘增材制造’，一塊大木頭用斧頭砍,、用刀子雕,，最后制出一個我們需要的產(chǎn)品，浪費了很多材料,。做一個金屬的碗,，需要在一塊立體的金屬方塊上，用車床,、銑床,、磨床削出一個碗來,，這個碗可能只占了整塊材料的20%左右，這造成大量的材料浪費,，大量的多余加工,。”

而3D打印技術(shù)則相對更快速,、簡化,，也更加環(huán)保。3D打印只需在一個一無所有的平臺上鋪上第一層材料粉末,，通過加溫或粘接劑固定后,，再鋪第二層、第三層,、第四層材料粉并逐層粘結(jié)。全部完成后,，再把多余的材料粉收集起來進行二次利用,。所有采用的材料粉可能90%以上都能被利用。

因此,，3D打印在醫(yī)療領(lǐng)域和制造業(yè)的創(chuàng)新應(yīng)用,，被認為是一種革命性顛覆。不少3D打印的支持者認為：“3D打印是對舊有加工技術(shù)的顛覆,，是制造業(yè)前所未有的革命,，它的出現(xiàn)可以跟蒸汽機、互聯(lián)網(wǎng)相提并論,�,！�

3D打印發(fā)展之路亟待“開綠燈”
與3D打印技術(shù)發(fā)展得如火如荼相對應(yīng)的，是國內(nèi)所面臨的3D打印設(shè)備和材料的大量進口,、科技成果轉(zhuǎn)化率低的尷尬局面,。

“不管這個技術(shù)是多么的高端，它要真正成為大家心目當(dāng)中優(yōu)秀的科技成果的話,，就必須實現(xiàn)落地,。只有實現(xiàn)了臨床轉(zhuǎn)化才能體現(xiàn)科學(xué)的偉大，將科學(xué)用于為廣大人民謀福利,，才是我們最終的目的,。”戴院士表示,，臨床轉(zhuǎn)化始終是3D打印發(fā)展的核心主題,，也是國家目前正在積極推動的方向。

讓戴院士既遺憾又著急的問題則是3D打印設(shè)備和材料進口比例偏高,，雖然國內(nèi)有不少國產(chǎn)3D打印機,，但直接用于生產(chǎn)置入體內(nèi)的醫(yī)療器械時,，往往還是采用國外設(shè)備。值得欣喜的是,，國產(chǎn)設(shè)備與材料的應(yīng)用率正在不斷上升,。

“如今國家高度重視3D打印的發(fā)展，在該行業(yè)傾注了大量的關(guān)注和財力,，希望我國的3D打印行業(yè)能夠走在世界的最前列,。應(yīng)該要為新技術(shù)、新設(shè)備,、新產(chǎn)品‘開綠燈’,，但這個‘綠燈’必須開得有科學(xué)性、嚴肅性,，因為產(chǎn)品的使用對象是病人,。”戴院士表示,，任何科學(xué)技術(shù)的改革創(chuàng)新都應(yīng)一桿子走到底,，‘開綠燈’鼓勵國內(nèi)3D打印行業(yè)健康快速發(fā)展是必經(jīng)之路。

據(jù)報道,，在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域,，3D打印目前已發(fā)展至4D、5D打印,。5D打印增加了時間和組織形成兩個變量,，活性細胞經(jīng)過打印后，逐步形成一塊皮膚,、一段氣管或者一個臟器,。戴院士認為，生物打印是再生醫(yī)學(xué)發(fā)展中解決組織,、臟器來源最為可能的途徑,，用于再生醫(yī)學(xué)的前景十分誘人。


人物介紹
戴尅戎,，上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第九人民醫(yī)院終身教授,，中國工程院院士，法國國家醫(yī)學(xué)科學(xué)院外籍通信院士,。目前擔(dān)任上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)3D打印創(chuàng)新研究中心主任,、上海交通大學(xué)轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)研究院干細胞與再生醫(yī)學(xué)轉(zhuǎn)化基地主任。

先后擔(dān)任華裔骨科學(xué)會會長,、亞太人工關(guān)節(jié)學(xué)會會長,、世界多學(xué)科生物材料學(xué)會副會長、世界內(nèi)固定（AO）基金會理事等。先后當(dāng)選美國骨科學(xué)會通訊會員,，國際髖關(guān)節(jié)學(xué)會正式會員,。戴尅戎院士通過醫(yī)學(xué)與工程學(xué)、生物學(xué),、材料學(xué)的交叉合作,，研發(fā)新型骨科植入物和新技術(shù)，并積極推動3D打印的醫(yī)學(xué)應(yīng)用,、人工關(guān)節(jié)與骨再生等基礎(chǔ)研究與臨床技術(shù),。