黃祺

提起給人體裝上3D打印的關(guān)節(jié)假體，你會想到什么？

記者想到了經(jīng)典科幻電影《終結(jié)者》中施瓦辛格扮演的未來人，未來人長著人類的面龐，只有閃耀著寒光的機械臂透露他是一個對人類充滿敵意的機器人。還有風靡全球的電視劇《西部世界》片頭，一個個人形軀體在乳白色的池子里被制作出來，經(jīng)過一番修飾，就會和真人無異。

影視劇里所描述的人造假體，總是帶著令人恐懼的神秘感，酷炫的人造假體技術(shù)背后總是隱藏著邪惡。

而現(xiàn)實中呢？ 3D 打印個性化關(guān)節(jié)假體，不是為了酷炫，而是為了搶救生命。

2019年5月15日上海展覽中心，上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第九人民醫(yī)院骨科郝永強教授登上領(lǐng)獎臺，他領(lǐng)銜完成的項目《骨盆腫瘤精準切除與個性化功能重建的關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新與推廣應(yīng)用》獲得上海市科學(xué)技術(shù)進步獎一等獎。

第九人民醫(yī)院骨科郝永強教授領(lǐng)銜項目獲上海市科學(xué)技術(shù)進步獎一等獎。攝影/ 舒?zhèn)?/p>

上海第九人民醫(yī)院是國內(nèi)最早開展3D打印個性化關(guān)節(jié)假體探索的醫(yī)院，從上世紀80年代開始，戴尅戎院士就已經(jīng)通過醫(yī)工合作開展了個性化人工關(guān)節(jié)的研發(fā)，奠定了 3D打印在骨科領(lǐng)域應(yīng)用的基礎(chǔ)。站在前輩的肩膀上，戴尅戎院士的弟子郝永強教授帶領(lǐng)團隊，繼續(xù)在3D打印個性化關(guān)節(jié)假體的研發(fā)與臨床轉(zhuǎn)化應(yīng)用上大膽開拓，應(yīng)用3D打印技術(shù)首創(chuàng)3D打印模型、3D打印手術(shù)輔助導(dǎo)板、3D打印定制金屬假體“三位一體”的骨盆腫瘤精準切除和個性化功能重建的治療模式，讓過去無法治療或療效不佳的嚴重骨盆疾病患者，有了更好的治療效果和生活質(zhì)量。為了真正實現(xiàn)“個性化”和“精準化”，郝永強教授團隊自主研發(fā)醫(yī)學(xué)圖像處理軟件和金屬3D打印個性化骨盆重建假體。

經(jīng)過多年的努力，3D打印個性化關(guān)節(jié)假體從一個理念、一種嘗試，逐漸變成了如今臨床上已經(jīng)可以成熟應(yīng)用的技術(shù)，而且，這一套成熟的技術(shù)及治療模式已經(jīng)被推廣到國內(nèi)其他醫(yī)療機構(gòu)以及除了骨盆以外其他疾病的治療中。

3D打印個性化關(guān)節(jié)假體，為骨盆腫瘤等過去無法治療的骨科嚴重疾病找到了新的治療方式，不僅給患者創(chuàng)造了生存下來的機會，也讓很多原本生活質(zhì)量很差的骨科疾病患者提高了生活質(zhì)量。郝永強教授說，基于3D打印技術(shù)的個性化醫(yī)療，在一些疾病的治療上能錦上添花，對某些疾病，就是救命的雪中送炭。

至今，郝永強教授團隊已經(jīng)為近200名患者實施了3D打印個性化金屬骨盆功能重建，“三位一體”的創(chuàng)新治療模式成功實現(xiàn)了從研究到臨床的轉(zhuǎn)化，使得中國在骨科3D打印個性化治療上走到了世界前列。

骨盆腫瘤患者，絕望中有了希望

上海第九人民醫(yī)院十號樓五層，玻璃門上 “3D 打印接診中心”非常醒目，白色基調(diào)的室內(nèi)空間，讓人感受到“未來感”。記者走進一個房間，陳列架上擺放著大大小小的人體各個解剖部位的骨骼、關(guān)節(jié)模型，其中最多的是骨盆模型。骨盆模型每一個都不同，郝永強教授向記者介紹，這些模型就是根據(jù)患者真實的影像檢查數(shù)據(jù)，通過計算機軟件的計算和繪制以后，用 3D打印技術(shù)打印出患者1：1的骨關(guān)節(jié)模型。

記者看到，有的骨盆模型上有綠色標識的腫物，那就是患者真實的腫瘤形態(tài)。有了3D打印模型，腫瘤有多大、長在什么位置、與周圍重要臟器、血管神經(jīng)等之間是什么關(guān)系等等信息一目了然。郝永強教授介紹，這些模型是以往患者的模型，放在這里展示用來向大家介紹3D打印技術(shù)在骨科疾病治療中是如何具體應(yīng)用的——畢竟，3D打印與醫(yī)學(xué)結(jié)合的新技術(shù)，初識者理解起來的確不容易。

3D打印的骨盆腫瘤模型和人工假體模型。

今年33歲的陳蕾（化名），一開始也很難理解這項新技術(shù)究竟跟她的病有什么關(guān)系。但現(xiàn)在，當3D打印個性化關(guān)節(jié)假體成為她身體的一部分，真實地改變了她的生命質(zhì)量，這個技術(shù)，就變得有了溫度。

5年前，陳蕾因為患骨盆、髖關(guān)節(jié)及周圍軟組織惡性腫瘤，輾轉(zhuǎn)從福建山區(qū)慕名到上海九院就診。按照傳統(tǒng)的觀念，陳蕾的病情幾乎沒有辦法醫(yī)治，因為骨盆及髖關(guān)節(jié)腫瘤如果徹底切除，那么留下的巨大缺損很難有適當?shù)霓k法修復(fù)，最終可能腫瘤沒控制好，還帶來嚴重的殘疾。

經(jīng)過影像學(xué)檢查、骨與軟組織腫瘤 MDT多學(xué)科討論，郝永強教授為陳蕾制定了個性化手術(shù)規(guī)劃，應(yīng)用3D打印個性化骨盆模型、3D打印個性化手術(shù)輔助導(dǎo)板、3D打印個性化骨盆金屬假體“三位一體”的個性化模式進行治療。2014年，陳蕾接受了精準、完整切除骨盆、髖關(guān)節(jié)巨大腫瘤的手術(shù)，然后再接受了個性化保肢功能重建。

5年多過去了，作為兩個孩子的母親，陳蕾重新回到了正常的家庭生活中，享受現(xiàn)代醫(yī)學(xué)創(chuàng)新帶來的美好生活。

陳蕾的治療過程體現(xiàn)的正是郝永強教授團隊經(jīng)過多年自主創(chuàng)新與轉(zhuǎn)化的科研成果。如今，“骨盆腫瘤精準切除與個性化功能重建”這一由中國醫(yī)生自主創(chuàng)新形成的關(guān)鍵技術(shù)，讓中國的骨科腫瘤重建走在了世界前沿。

3D打印“三部曲”，實現(xiàn)個性化精準治理

如今，3D打印已經(jīng)越來越普及，甚至在幼兒啟蒙教育里都已經(jīng)有了3D打印課程。誕生于上世紀80年代的3D打印技術(shù)最早被應(yīng)用在航空航天領(lǐng)域，而在上海，上海九院骨科戴尅戎院士與上海交通大學(xué)王成燾教授醫(yī)工結(jié)合、率先將3D打印與醫(yī)學(xué)尤其是在骨科領(lǐng)域結(jié)合在一起，成為醫(yī)學(xué)發(fā)展的新方向，實現(xiàn)了骨科手術(shù)由“削足適履”向個性化的“量體裁衣”轉(zhuǎn)變。

郝永強教授介紹，早期，同一款假體的幾何形態(tài)基本一致，僅有不到十種尺寸差異。后來假體設(shè)計不斷改進，組成假體的部件有多種規(guī)格并在連接部設(shè)計了更多的調(diào)節(jié)接口。但即便如此，還是難以實現(xiàn)最優(yōu)化重建。尤其對存在顯著解剖畸形、腫瘤及翻修的患者，例如骨盆惡性骨腫瘤，標準化的假體無法替代缺損。

比如骨盆腫瘤病人，每個患者病變與切除范圍存在很大的不確定性，為了保障手術(shù)徹底，降低腫瘤復(fù)發(fā)率，醫(yī)生需要個性化地采用各種根治術(shù)或擴大根治術(shù)，一般骨盆缺損的范圍會比較大，這就增加了骨盆修復(fù)難度，而商業(yè)化的積木式假體往往很難完美匹配與替代缺失的解剖結(jié)構(gòu)。

因此，長久以來骨盆腫瘤被視為骨科手術(shù)的“禁區(qū)”。3D打印出現(xiàn)后，個性化定制終于有了實現(xiàn)的載體。

郝永強教授團隊首創(chuàng)的3D打印技術(shù)“三位一體”骨盆腫瘤精準切除和個性化功能重建的治療模式，將3D打印與骨科治療相結(jié)合的治療模式推向成熟。

3D打印“三部曲”的第一部，是應(yīng)用數(shù)字醫(yī)學(xué)和3D打印技術(shù)，通過醫(yī)工結(jié)合，創(chuàng)建術(shù)前 3D 打印個性化骨盆病變模型，有了這個模型，醫(yī)生們可以進行手術(shù)模擬與設(shè)計，精確地給出手術(shù)范圍、手術(shù)方式，確定手術(shù)方案，對手術(shù)中可能出現(xiàn)的各種情況做好充分的準備。

過去外科醫(yī)生手術(shù)前只有患者的影像學(xué)資料，圖像畢竟是二維的信息，經(jīng)驗不同的醫(yī)師理解都不一樣。 “有了3D打印，半天時間就可以給患者打印一個 1：1 的骨盆模型。速度快、精準，外科醫(yī)生在手術(shù)前通過病人病變模型就胸有成竹，手術(shù)時間縮短、質(zhì)量大大提高。”

郝永強教授說，骨盆鄰近有消化、泌尿、生殖等臟器及重要血管、神經(jīng)，解剖極為復(fù)雜。骨盆腫瘤患者，面臨腫瘤切除安全邊界難以確定，重要臟器、組織易發(fā)生損傷等諸多問題。

有了3D打印，手術(shù)中 ， 醫(yī)生在3D打印個性化手術(shù)導(dǎo)板的輔助下操作，導(dǎo)板可精確地引導(dǎo)醫(yī)生確定手術(shù)切除方向和位置，將腫瘤精準切除。

上世紀80年代前，四分之一半骨盆截肢是病人能夠存活下來的唯一治療選擇，但即便能夠存活，生存質(zhì)量極差。骨盆腫瘤的保肢是世界性難題，難在骨盆腫瘤切除后骨盆缺損形態(tài)復(fù)雜、個體差異大，傳統(tǒng)方法無法重建或重建效果不佳。

3D打印“三部曲”的最后一部，是3D打印的個性化金屬假體。10年前，3D金屬打印技術(shù)的出現(xiàn)，戴尅戎院士、郝永強教授團隊終于有了“放大招”的利器。手術(shù)前，醫(yī)工討論，應(yīng)用計算機模擬骨盆腫瘤的邊界及腫瘤切除后的骨盆的缺損狀況，再設(shè)計并3D打印一個訂制的金屬假體，腫瘤切除后，醫(yī)生就可以為患者植入這個“量身訂制”的個性化金屬假體。

上海第九人民醫(yī)院是國內(nèi)最早開展3D打印個性化關(guān)節(jié)假體探索的醫(yī)院。

目前，3D打印的個性化金屬假體，可以實現(xiàn)解剖學(xué)、力學(xué)及生物學(xué)重建，功能的補償，多數(shù)骨盆腫瘤患者在腫瘤切除及植入 3D打印個性化假體后，恢復(fù)日常生活。

為了圓滿實現(xiàn)這“三部曲”，團隊自主研發(fā)影像快速建模與多模圖像配準軟件，實現(xiàn)骨盆腫瘤邊界的精準確定;自主研發(fā)多種類型的金屬3D打印個性化骨盆重建假體，實現(xiàn)假體植入后的解剖適配、力學(xué)適配和生物學(xué)適配。

該項目發(fā)表SCI論文83篇;授權(quán)專利48項;獲軟件著作權(quán)3項。舉辦了國家級學(xué)習(xí)班14次，在國內(nèi)外受邀做主題發(fā)言、特邀報告共計108次;創(chuàng)立醫(yī)學(xué)3D打印創(chuàng)新研究中心全國聯(lián)盟，將個性化治療理念和醫(yī)學(xué)3D打印技術(shù)推廣到23個省份56家醫(yī)院，取得了良好的社會效益。

有工程師上班的骨科

上海第九人民醫(yī)院在3D打印醫(yī)學(xué)應(yīng)用能如此超前，得益于醫(yī)工的緊密合作，在九院骨科，醫(yī)生們的同事不僅僅是醫(yī)生，還有工程師。

郝永強教授團隊已經(jīng)為近200名患者實施了3D打印個性化金屬骨盆功能重建。

記者旁聽了郝永強教授主持的一次多學(xué)科診療討論（MDT）。一位女性患者，20年前因患大腿骨腫瘤，切除了大腿股骨遠段，并安裝了腫瘤型人工關(guān)節(jié)。現(xiàn)在，人工關(guān)節(jié)出現(xiàn)了問題，走路只能拄著拐杖。這是一位典型的“人工關(guān)節(jié)翻修”病人，經(jīng)過多學(xué)科專家的討論，考慮到患者年齡、體質(zhì)、人工關(guān)節(jié)損壞的位置等因素，郝永強教授準備為患者更換部分人工關(guān)節(jié)，用3D 打印訂制的關(guān)節(jié)，與她原有的人工關(guān)節(jié)連接在一起。

診斷基本確定后，郝永強教授請工程師一起參與討論?！澳阌X得能實現(xiàn)嗎？技術(shù)上有沒有問題？”工程師負責回答醫(yī)生們提出的各種疑問并解決它們。在骨科，一共有十多位工程師與醫(yī)生們一起工作。

通過預(yù)先設(shè)計，制造出符合個體化需求、完美匹配而且能順利植入體內(nèi)的假體——30 年前，正是在這種設(shè)想下，戴尅戎院士邁出了醫(yī)工結(jié)合探索個性化假體關(guān)節(jié)技術(shù)的第一步。

郝永強教授告訴記者，戴尅戎院士是我國最早接觸3D打印技術(shù)的醫(yī)學(xué)專家之一。在煙臺的一次人工關(guān)節(jié)學(xué)術(shù)會議上，戴尅戎教授與時任上海交通大學(xué)精密機械系主任王成燾教授相識，返滬后雙方立即帶領(lǐng)團隊相互參觀交流，從此開始了兩人和兩個科室長達30多年的合作。

當時3D打印技術(shù)的雛形被稱為快速原型技術(shù)。戴尅戎院士和王成燾教授合作嘗試將計算機輔助設(shè)計與加工制造技術(shù)引入個體化假體制造領(lǐng)域，初步建成了直接面向臨床的個體化植入物數(shù)字制造系統(tǒng)，合作產(chǎn)品獲得了定制型人工關(guān)節(jié)的生產(chǎn)許可證，為越來越多的疑難病例重建運動和負重功能提供了有自主知識產(chǎn)權(quán)的定制型人工假體。

“早期，戴院士做手術(shù)，王成燾教授站在手術(shù)臺邊隨時待命，解決問題。”郝永強教授說，這是醫(yī)工結(jié)合最有代表性的畫面，也是上海第九人民醫(yī)院骨科在探索3D打印技術(shù)醫(yī)工結(jié)合上傳承的優(yōu)良傳統(tǒng)。

2013年，上海第九人民醫(yī)院在全國成立第一家醫(yī)院3D打印技術(shù)臨床轉(zhuǎn)化中心，由3D打印接診中心、3D打印創(chuàng)新研發(fā)中心、3D打印后處理中心組成，中心擁有了高分子、金屬等多種材料與規(guī)格及生物3D打印設(shè)備，2015年成立了醫(yī)學(xué)院打印中心，2016年成立了上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)3D打印創(chuàng)新研究中心，并在全國20多個省成立醫(yī)學(xué)3D打印分中心，通過輻射進一步推動了醫(yī)學(xué)3D打印的發(fā)展。

迄今為止，醫(yī)學(xué)3D打印技術(shù)已推廣到骨科（骨盆、髖、膝、肩、踝、肘、腕、脊柱），也廣泛用于口腔、整形外科、神經(jīng)外科，眼科、耳鼻喉科等全身各個部位的修復(fù)與重建;此外，3D打印技術(shù)還在康復(fù)領(lǐng)域如打印個性化的康復(fù)支具，推動康復(fù)醫(yī)學(xué)的發(fā)展。

郝永強教授說，上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第九人民醫(yī)院 3D 打印團隊，越來越受到了世界同行的矚目，這個技術(shù)平臺不僅是一個為全國患者服務(wù)的接診中心，還是一個不斷創(chuàng)新的研究中心。醫(yī)院內(nèi)的接診中心、位于浦東新區(qū)的研發(fā)中心、位于浦江鎮(zhèn)的加工中心，組成了上海第九人民醫(yī)院 3D 打印平臺從科研到治療的完整學(xué)科鏈。

現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的發(fā)展，事實上就是醫(yī)學(xué)與現(xiàn)代科技結(jié)合的成果，這一次，3D打印與醫(yī)學(xué)的結(jié)合，為患者帶來新的福利。