上海交通大學教授王成燾《對醫(yī)學3D打印的進一步思考》

2018年10月26日，由上海市人民政府指導、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)療應用論壇，來自國內(nèi)外醫(yī)療領域相關專家做了精彩分享。
上海交通大學教授王成燾做了《對醫(yī)學3D打印的進一步思考》的分享。

數(shù)字骨科學主要是4個支撐學科，8個組成部分。4個支撐就是：數(shù)字影像計算機圖學、數(shù)字制造技術、數(shù)字信息技術、人體生物力學。8個組成部分：頂層是醫(yī)學影像處理與建模，正因為今天有了這個就得以在手術規(guī)劃階段實現(xiàn)了數(shù)字化，包括把3D打印和模型用來進行規(guī)劃，這種規(guī)劃的結果，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，這種精準的植入物在臨床顯然靠醫(yī)生的手工是不適應了，因此手術中導航跟機器人捕捉應運而生。

手術導板也成為精準手術的重要技術手段，這些技術最后在手術室實現(xiàn)，因此今天數(shù)字化手術室也成為了一個我們數(shù)字醫(yī)學的重要組成部分。當手術完了以后進入康復，過去我們實現(xiàn)了數(shù)字分析進行康復，今天3D打印的支具也成為一個康復的重要組成部分，所以這8個內(nèi)容頂層是依靠醫(yī)學圖象處理，3D打印在每個部分都得到應用，因此3D進入醫(yī)學界以后收到了大家非常熱烈的歡迎。

第一個我認為3D打印和模型導板很快會成為常態(tài)技術，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認識了。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)學信息來源的重要的里程技術，當X光不夠用的，叫病人拍CT，當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前的預制也是非常重要的應用，中華醫(yī)學會數(shù)字醫(yī)學分會發(fā)布了3D打印模型專家共識，列了9個適應癥，讓應用更加規(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年解決收費標準和進醫(yī)保的問題，因此我認為很快就會常態(tài)化應用。

到那個時候使用的模式我的觀點是雙軌制，大的醫(yī)院應該購置基本的設計基本的軟件，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)技術結合，要應用整個社會資源，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人員，他們是醫(yī)院不可能有很多編制進工程，另外要高端的技術人才，高端的技術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構滿足解剖，可以調(diào)節(jié)植入物剛度，避免了應力遮擋，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。因此它在標準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)展是工程領域的，過去要靠多孔燒結鈦球鈦粉，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準化多孔植入物。今天可以按照多孔的方式設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，過去認為個性化很難突然出現(xiàn)一個病例，突然的設計，怎么控制風險，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，使得我們標準設計不再把市寸設在一連串的節(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，只不過關鍵尺寸需要按照患者匹配，之后就可以列入到標準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，特別是顱骨修復體，這種也會納入到患者匹配型。

我們的目標不僅如此，我們目標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)造力轉移到跟工程界合作創(chuàng)新各種各樣的植入物。

必須進一步加強金屬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是降低剛度，降低盈利追當，同時孔隙要有利于組織的長如，通過多孔孔隙度結構變化可以調(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，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，這個標準沒有，我們認為這是當強急需細化的法規(guī)中加以解決。

大家都擔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)界進行設計，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胞不會吞噬，不會產(chǎn)生反應，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)學反應要低，但是反應的程度近一半左右不可忽視，因此粉末結構要容易清洗，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，說表面結構是骨小梁結構，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。我認為實際上還是孔徑和孔隙率是關鍵，骨小梁的結構我認為有一點商業(yè)炒作。

我們現(xiàn)在最好的是表面多孔，我們在打印技術當中有一叫嫁接可以在原有的基礎上上面打一個復雜的結構，今天我們已變成常規(guī)為工業(yè)服務。能夠用到植入物當中，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用對植入物的發(fā)展有重要的工藝學參考意義。

來源：SAMA國際論壇