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(yùn)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(jì)90年代中期面世以來,，3D打印在模具制造、工業(yè)設(shè)計(jì)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(xiàn),。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(shí)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(gè)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(dú)具一格的產(chǎn)品,，而促進(jìn)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(gè)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(shí)國際上根本沒有替換距骨的假體,，主治醫(yī)師團(tuán)隊(duì)只能給患者定制一個(gè)人工距骨。這也是戴院士第一次接觸到足部骨骼需要“個(gè)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(gè)人工距骨還要附帶上面、下面和前面的關(guān)節(jié)面,，同時(shí)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(jì)算,、修改，團(tuán)隊(duì)最終成功將定制的人工距骨替換下被切除的距骨,，時(shí)至今日,，這位患者仍能自如行動(dòng)，無跛行,、能騎車,，甚至還能做輕體力勞動(dòng)。

第一次圓滿完成“個(gè)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(tuán)隊(duì)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(gè)骨盆,。

時(shí)光推進(jìn)到90年代，人工定制滿足患者的“個(gè)性化”需求逐漸成為常態(tài),，而此時(shí)戴院士遇到了一個(gè)棘手的病例,。

一位首席會(huì)計(jì)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(yán)重脫位導(dǎo)致雙側(cè)劇烈疼痛,，嚴(yán)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(yán)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(jìn)退之時(shí)，上海交通大學(xué)王成燾教授給戴院士帶來一個(gè)好消息,�,！巴醭蔂c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(jī)’,，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(zhǔn)確‘復(fù)制’出來,。”

在當(dāng)時(shí)看來,，戴院士感覺“快速成型機(jī)”簡直是為這個(gè)棘手病例量身定做的產(chǎn)物,！為了一探究竟，主治團(tuán)隊(duì)將經(jīng)由快速成型機(jī)定制的關(guān)節(jié)假體安裝在假肢模型上進(jìn)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(huì)計(jì)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(gè)性化定制逐漸發(fā)展為戴尅戎團(tuán)隊(duì)不可或缺的醫(yī)用技術(shù),。與此同時(shí),，經(jīng)手?jǐn)?shù)百個(gè)病例的戴院士深刻認(rèn)識(shí)到：在醫(yī)療產(chǎn)業(yè)中，“個(gè)性化”需求是一個(gè)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(gè)部位只有5-7種尺寸,，這僅有的這幾個(gè)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(gè)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(gè)醫(yī)學(xué)發(fā)展之路,，“個(gè)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(jìn)步和推廣無異于為個(gè)性化醫(yī)療打開了一扇充滿想象與希望的大門。時(shí)至今日,，戴院士都時(shí)常感慨：“3D打印確實(shí)太神奇了,，它深深吸引了我們，因?yàn)楹芏噌t(yī)生的夢想都能夠借以實(shí)現(xiàn),。凡是放進(jìn)病人身上的東西，如果大多數(shù)都能定制,，那是一個(gè)什么場面,！”

3D打印的出現(xiàn)可以跟蒸汽機(jī)、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(xiàng)“十三五”國家重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目支持,。

“在整個(gè)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(xiàng)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(jìn)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(gè)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(jì)等工序。當(dāng)時(shí),，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(gè)轉(zhuǎn)機(jī)”,。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(gè)我們需要的產(chǎn)品,，浪費(fèi)了很多材料。做一個(gè)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(gè)碗來,，這個(gè)碗可能只占了整塊材料的20%左右，這造成大量的材料浪費(fèi),，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(gè)一無所有的平臺(tái)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(jìn)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(rèn)為是一種革命性顛覆,。不少3D打印的支持者認(rèn)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(jī),、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(jìn)口,、科技成果轉(zhuǎn)化率低的尷尬局面。

“不管這個(gè)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(shí)現(xiàn)落地。只有實(shí)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�,！贝髟菏勘硎荆�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(dòng)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(jìn)口比例偏高，雖然國內(nèi)有不少國產(chǎn)3D打印機(jī),，但直接用于生產(chǎn)置入體內(nèi)的醫(yī)療器械時(shí),，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(cái)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(gè)‘綠燈’必須開得有科學(xué)性,、嚴(yán)肅性，因?yàn)楫a(chǎn)品的使用對象是病人,�,！贝髟菏勘硎荆�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(lì)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(bào)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(shí)間和組織形成兩個(gè)變量,，活性細(xì)胞經(jīng)過打印后,，逐步形成一塊皮膚、一段氣管或者一個(gè)臟器,。戴院士認(rèn)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(xì)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(huì)會(huì)長、亞太人工關(guān)節(jié)學(xué)會(huì)會(huì)長,、世界多學(xué)科生物材料學(xué)會(huì)副會(huì)長,、世界內(nèi)固定（AO）基金會(huì)理事等。先后當(dāng)選美國骨科學(xué)會(huì)通訊會(huì)員,，國際髖關(guān)節(jié)學(xué)會(huì)正式會(huì)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(dòng)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),。