上海交通大學(xué)教授王成燾《對醫(yī)學(xué)3D打印的進(jìn)一步思考》

2018年10月26日，由上海市人民政府指導(dǎo)、上海市經(jīng)濟和信息化委員會支持、上海市增材制造協(xié)會主辦的第三屆SAMA國際論壇暨2018世界3D打印年會在上海盛大開幕。吸引了來自中國、美國、英國、法國、德國、荷蘭、比利時、新西蘭、加拿大、日本、韓國、瑞典、埃及、土耳其、烏克蘭、瑞士、以色列等來自全球30余國近100位全球頂級專家以及近1000名參會代表出席。10月27日，同期舉辦了3D打印醫(yī)療應(yīng)用論壇，來自國內(nèi)外醫(yī)療領(lǐng)域相關(guān)專家做了精彩分享。
上海交通大學(xué)教授王成燾做了《對醫(yī)學(xué)3D打印的進(jìn)一步思考》的分享。

數(shù)字骨科學(xué)主要是4個支撐學(xué)科，8個組成部分。4個支撐就是：數(shù)字影像計算機圖學(xué)、數(shù)字制造技術(shù)、數(shù)字信息技術(shù)、人體生物力學(xué)。8個組成部分：頂層是醫(yī)學(xué)影像處理與建模，正因為今天有了這個就得以在手術(shù)規(guī)劃階段實現(xiàn)了數(shù)字化，包括把3D打印和模型用來進(jìn)行規(guī)劃，這種規(guī)劃的結(jié)果，常常是需要做個性化植入物。今天3D打印可以很方便的量體裁衣一個個體化植入物，而且金屬打印還可以直接生成這個植入物，這種精準(zhǔn)的植入物在臨床顯然靠醫(yī)生的手工是不適應(yīng)了，因此手術(shù)中導(dǎo)航跟機器人捕捉應(yīng)運而生。

手術(shù)導(dǎo)板也成為精準(zhǔn)手術(shù)的重要技術(shù)手段，這些技術(shù)最后在手術(shù)室實現(xiàn)，因此今天數(shù)字化手術(shù)室也成為了一個我們數(shù)字醫(yī)學(xué)的重要組成部分。當(dāng)手術(shù)完了以后進(jìn)入康復(fù)，過去我們實現(xiàn)了數(shù)字分析進(jìn)行康復(fù)，今天3D打印的支具也成為一個康復(fù)的重要組成部分，所以這8個內(nèi)容頂層是依靠醫(yī)學(xué)圖象處理，3D打印在每個部分都得到應(yīng)用，因此3D進(jìn)入醫(yī)學(xué)界以后收到了大家非常熱烈的歡迎。

第一個我認(rèn)為3D打印和模型導(dǎo)板很快會成為常態(tài)技術(shù)，就是醫(yī)生用它的時候覺得很自然很常規(guī)，3D打印的模型逐漸被科學(xué)認(rèn)識了。今天3D打印其實是我們X光發(fā)明以后，CT/MRI發(fā)明以后醫(yī)學(xué)信息來源的重要的里程技術(shù)，當(dāng)X光不夠用的，叫病人拍CT，當(dāng)CT不夠用的時候，今天3D打印提供了更多一個層次的解決方案。

像3D打印模型幫我們做術(shù)前的預(yù)制也是非常重要的應(yīng)用，中華醫(yī)學(xué)會數(shù)字醫(yī)學(xué)分會發(fā)布了3D打印模型專家共識，列了9個適應(yīng)癥，讓應(yīng)用更加規(guī)范化。這個打印的內(nèi)容在肝膽外科、泌尿科都得到了廣泛的應(yīng)用。

大家自己在科室建了很強的3D打印的能力，這就叫常態(tài)化，但是我常態(tài)為什么沒有在全國形成燎原之勢，主要是被法規(guī)卡住，我們在仁濟醫(yī)院幫助建立了3D打印中心，做了一個試點，100例不收費，8月1號到9月10號做了44例，說明這個需求是客觀存在的，現(xiàn)在被收費的問題卡住。12個部委發(fā)文，表示2020年解決收費標(biāo)準(zhǔn)和進(jìn)醫(yī)保的問題，因此我認(rèn)為很快就會常態(tài)化應(yīng)用。

到那個時候使用的模式我的觀點是雙軌制，大的醫(yī)院應(yīng)該購置基本的設(shè)計基本的軟件，有基本解決問題的能力，但是也要依托社會和第三方，因為需要更多的設(shè)備更多的軟件跟人力資源，這個是醫(yī)院不可能，也不容易具備的。我們現(xiàn)在這被多設(shè)備醫(yī)院購買是沒有必要的，這么多軟件醫(yī)院也沒有必要購置，尤其是有一些打印需要資質(zhì)的，要工程學(xué)的行為，需要建立產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)，12個部委里面談到3D打印要跟互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)結(jié)合，要應(yīng)用整個社會資源，我們跟醫(yī)院合作就發(fā)現(xiàn)醫(yī)院不缺錢，也不缺錢買軟件，最缺的就是工程技術(shù)人員，他們是醫(yī)院不可能有很多編制進(jìn)工程，另外要高端的技術(shù)人才，高端的技術(shù)人才在不會看病的醫(yī)院里很難有發(fā)展前途，因此第三方產(chǎn)業(yè)的支持是必然的。

第二個思考，3D打印植入物到了一個迎接創(chuàng)新的春天，金屬3D打印為我們個體化植入開辟了一個新的天地，如果我們在2004年拿國家科技進(jìn)步獎的時候，個性化植入物的手段主要靠加工中心，今天3D打印使得我們的技術(shù)提高了一個明顯的層次。

另外3D打印最重要的是打機械制造過去不能實現(xiàn)的多孔的材料，多孔可以讓我們用很輕的結(jié)構(gòu)滿足解剖，可以調(diào)節(jié)植入物剛度，避免了應(yīng)力遮擋，我們可以多控調(diào)節(jié)變剛度，最重要的多孔有可能實現(xiàn)植入物的生命化。因此它在標(biāo)準(zhǔn)植入物和個體植入物兩方面都會帶來很大的發(fā)展前途。
一個發(fā)展是工程領(lǐng)域的，過去要靠多孔燒結(jié)鈦球鈦粉，這是我分析的案例一個，斷了發(fā)現(xiàn)強度很夠，但是為什么斷，是因為燒結(jié)表面的時候，燒壞了。這個問題今天用3D打印可以解決，這是工程層面的一個解決。

第二個3D打印將會催生出一批標(biāo)準(zhǔn)化多孔植入物。今天可以按照多孔的方式設(shè)計各種各樣的新的植入物，像是北大跟愛康誼城的合作。國外也開發(fā)出很多熱門的產(chǎn)品，有一些對我們是很有啟發(fā)的。金屬3D打印會有力推進(jìn)個人化植入物的發(fā)展，國家12部委的文里面也要推動這些東西。

    它的公布最大的是把我們的過去思路理順了，過去認(rèn)為個性化很難突然出現(xiàn)一個病例，突然的設(shè)計，怎么控制風(fēng)險，其實理順以后發(fā)現(xiàn)我們大批東西都可以納入到患者匹配型個體化植入物，使得我們標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計不再把市寸設(shè)在一連串的節(jié)點上了，根據(jù)患者的需求做一系列的微調(diào)。

這是典型的個體化植入物，實際上全部都是跟正規(guī)的一樣有強度計算，有很多的臨床分析，只不過關(guān)鍵尺寸需要按照患者匹配，之后就可以列入到標(biāo)準(zhǔn)植入物但是患者匹配型，像接骨板今后也可以納入到患者匹配型，特別是顱骨修復(fù)體，這種也會納入到患者匹配型。

我們的目標(biāo)不僅如此，我們目標(biāo)希望能跟肌腱長和能承受足夠的力，這條路還很長。醫(yī)生的創(chuàng)造力轉(zhuǎn)移到跟工程界合作創(chuàng)新各種各樣的植入物。

必須進(jìn)一步加強金屬3D打印植入物的研究，我們做了大量的實驗發(fā)現(xiàn)靜強度是夠的，延伸力也是夠的，但是疲勞強度不夠。通過熱等靜壓可以做到，但是不是個體可以做，導(dǎo)致了我們個體差異化的發(fā)展。我們在今天實體材料還是盡量做承載力比較少承載力高的減少使用。

首先是多孔類型的選擇，有這么多類型我們目標(biāo)是降低剛度，降低盈利追當(dāng)，同時孔隙要有利于組織的長如，通過多孔孔隙度結(jié)構(gòu)變化可以調(diào)節(jié)剛度對我們很有利。天津檢測中心也把孔隙率和孔徑作為重要的指標(biāo)，我們做了大量的實驗看怎么測量，但是測量以后發(fā)現(xiàn)同樣一個設(shè)計同樣一個工藝，在孔隙率方面差異變化還是很離散的，因此一個好的工藝把它穩(wěn)定住保定住是一個重要的內(nèi)容，加上兩種不同的打印方式，同樣設(shè)計孔隙率也是不一樣的，也需要合理的控制，這就需要測量法規(guī)控制，今天怎么測量，連孔徑的定義都沒有，孔徑是一個直徑，但是大量的是有孔無徑，這種情況下怎么檢測，這個標(biāo)準(zhǔn)沒有，我們認(rèn)為這是當(dāng)強急需細(xì)化的法規(guī)中加以解決。

大家都擔(dān)心植入物的疲勞性能怎么樣，我們做了大量的實驗發(fā)現(xiàn)還是孔隙率大桿粗的好，我們金殿為產(chǎn)業(yè)界進(jìn)行設(shè)計，先用支撐把強度問題搞定再用多孔填充。我們跟KKS合作，打印以后剩下的粉塵怎么解決，那些粉末如果沒有出來到人體不是我們想像的顆粒很大細(xì)胞不會吞噬，不會產(chǎn)生反應(yīng)，不是的，他們研究生做了多遍實驗，證明雖然比磨損的顆粒造成的生產(chǎn)學(xué)反應(yīng)要低，但是反應(yīng)的程度近一半左右不可忽視，因此粉末結(jié)構(gòu)要容易清洗，另外怎么做法規(guī)檢測也必須要制定。

骨小梁，現(xiàn)在炒的很熱，說表面結(jié)構(gòu)是骨小梁結(jié)構(gòu)，我對此是有疑義的。這是我們算出來的骨小梁走向分布，跟實際的是完全一樣，證明沃爾夫的定律是完全有用的。就產(chǎn)生一個問題，你做的骨小梁是哪一個部分的骨小梁，全身骨小梁長的都是不一樣。我認(rèn)為實際上還是孔徑和孔隙率是關(guān)鍵，骨小梁的結(jié)構(gòu)我認(rèn)為有一點商業(yè)炒作。

我們現(xiàn)在最好的是表面多孔，我們在打印技術(shù)當(dāng)中有一叫嫁接可以在原有的基礎(chǔ)上上面打一個復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，今天我們已變成常規(guī)為工業(yè)服務(wù)。能夠用到植入物當(dāng)中，這是我們嫁接打印的鏡像，我們做了實驗，嫁接的部分強度甚至高于母體，這個對于我們研究和應(yīng)用對植入物的發(fā)展有重要的工藝學(xué)參考意義。

來源：SAMA國際論壇