從近日召開的第八屆上海國際骨科前沿技術與臨床轉化學術會議上獲悉，第九人民醫(yī)院骨科使用3D打印鈦合金假體，為一位44歲男性患者成功實施骨盆軟骨肉瘤切除后骨盆重建手術。這一真正意義上的3D打印骨盆假體重建手術的成功，標志著3D打印技術在骨科臨床應用領域取得又一突破。
從非金屬材料到金屬制造，從高高在上的航空航天到觸手可及的百姓生活，3D打印技術正在進入快車道。對此，本報特別采訪了我國最早接觸這項技術的專家之一、中國工程院院士、第九人民醫(yī)院終身教授戴尅戎，請他帶我們對3D打印技術“管中窺豹”。
3D打印：二維想象變成立體
戴尅戎院士介紹，3D打印技術，即快速原型技術，就是把二維圖像變成立體實物，這是上世紀80年代發(fā)展起來的一門新興技術：在計算機協(xié)助下，根據(jù)物體的計算機輔助設計（CAD）技術和CT等數(shù)據(jù)，通過材料精確堆積制造出原型。
他認為，醫(yī)學離不開3D打印技術，因為個體化是現(xiàn)代醫(yī)學發(fā)展趨勢，比如國際上每年要做100多萬個人工關節(jié)，但各部位的人工關節(jié)一般只有5種型號，不能讓病人“削足適履”，必須追求“量身定制”——CT對人體進行斷層掃描，量準骨頭外部輪廓和內(nèi)部結構的尺寸，然后在計算機里進行三維重建，即形成虛擬的立體圖像，而3D技術可將電腦里呈現(xiàn)的虛擬部位打印出來，變成實體。
此外，還可以在3D打印的模型上進行假體的模擬安裝，不斷修改到符合病人的需要，這大大提高療效與安全性。戴尅戎院士舉了一個例子——
一個19歲女孩因多發(fā)性脂肪瘤，左腿從腳趾到髖關節(jié)處發(fā)育畸形，整條腿像麻花，需修正多處畸形，進行接骨板固定，并植入特殊的人工關節(jié)。戴尅戎院士帶領團隊利用3D打印技術，打印出女孩畸形的下肢骨骼和關節(jié)。從模型上看到，畸形主要集中于膝關節(jié)處，他們一次次在模型上進行模擬手術，最后成功在女孩的關節(jié)處安裝人工關節(jié)和制約裝置，借助機械結構不讓關節(jié)松動，同時為她的大腿和小腿進行截骨矯正與腫瘤切除。經(jīng)康復治療，女孩終于可以脫拐走路。
戴尅戎院士說，3D打印技術已推廣到膝、肩、踝、肘、腕、骨盆等各個部位，可對四肢所有關節(jié)、骨頭進行定制。他們已為數(shù)百位病人制作出個體化的骨關節(jié)修復假體。除了骨科，3D打印技術還幫助整復外科、口腔科、眼科醫(yī)生制作塑料模型或假體，用于為患者修復顱骨、修整下巴、重塑顴骨、眼眶等。
戴尅戎院士認為，3D打印技術還有一個“附加作用”，就是有助于醫(yī)患溝通。通過3D打印模型，醫(yī)生可以透明而詳細地向病人和家屬介紹病情與治療方案，讓對方更容易理解。
金屬打印：從模型到直接植入
前幾代3D打印機都只能打印紙質或塑料模型，經(jīng)過20多年發(fā)展，如今新一代3D打印機能按設計直接打印出金屬或陶瓷制品，直接植入人體。
今年4月10日，在第九人民醫(yī)院骨科手術室，由戴尅戎院士和郝永強教授領銜的骨腫瘤團隊使用3D打印鈦合金假體，為一位44歲男性患者成功實施骨盆軟骨肉瘤切除后假體重建手術。患者術后3天即能進行康復訓練和下地，術后2周已能扶拐行走。這是真正意義上的3D打印骨盆假體重建手術。
戴尅戎院士說，此次，他們同時應用了快速原型模型制造和直接金屬打印半骨盆假體的雙重技術。那么，金屬打印是怎樣進行的呢？
“3D打印機發(fā)射出溫度極高的電子束或激光，迅速融化金屬粉，一點一點、一層一層完成金屬小顆粒的堆疊和熔合，金屬微小的粉末在需要連接的地方熔解、冷卻、連接，這對3D打印機的要求更高，因為它不是燒窯，而是必須精確對一部分粉末進行加溫。”戴尅戎院士說，“打印出來的部件，還要拋光、清洗、消毒。”
該院擁有的這臺金屬3打印機價值近600萬，可使用骨科最常用的3種材料打印，即鈦合金、鈷鉻鉬合金和不銹鋼，一般而言，前兩種材料就能滿足骨科大部分醫(yī)療需要。“目前我們的打印設備與材料都是進口的，費用昂貴。”戴尅戎院士表示，我國要發(fā)展3D打印技術，就要鼓勵發(fā)展擁有自主產(chǎn)權的3D打印機，加強計算機輔助設計人才的培養(yǎng)，并在政策上支持這項新技術，同時嚴控質量。
生物打印：未來醫(yī)學重大變革
面對一日千里的科技進步，戴尅戎院士認為，結合了組織工程技術的生物打印是3D打印技術的未來方向。
在醫(yī)療領域，科學家們已能用3D打印機制造出人造耳朵和人造腎臟。戴尅戎院士表示，目前打印出來的人體結構或組織，雖然具備外形或擁有部分力學性能的特點，但并不具備新陳代謝、造血、造尿等器官功能。3D技術的關鍵在于材料，因為人的組織不同，當各種細胞賴以生存附著的材料都能被打印時，才能滿足不同需求，而這有賴于生物材料、干細胞、組織培養(yǎng)等多學科的合作與突破。
他帶領團隊正在進行這方面的動物實驗：先用生物材料打出“骨架”，再在它上面進行干細胞培養(yǎng)，誘導形成有生理功能的組織結構。他形象地比喻：“人體的組織工程包括支架、細胞、生長因子三要素，我們考慮能否在做支架時逐層‘灑’上細胞和生長因子？就像攤蔥油餅：一層面粉一層蔥，一層面粉一層豬油，一層面粉一層芝麻……生物打印，就是用‘死’的材料，加上‘活’的細胞和生長因子。”
戴尅戎院士表示，生物打印將給醫(yī)學帶來重大的變革，未來可能成為普遍的醫(yī)療模式。比如，通過3D打印制造器官，就能解除移植器官資源緊缺的難題。今后，大多數(shù)醫(yī)院可能會配備3D打印機，制造各種可拯救病人生命的特定裝置。
醫(yī)工結合：醫(yī)學發(fā)展必經(jīng)之路
戴尅戎院士說，3D打印是第三次工業(yè)革命的標志之一。第三次工業(yè)革命是一場數(shù)字化革命，包括計算機輔助設計、互聯(lián)網(wǎng)技術和數(shù)字化制造技術等。
3D打印技術最早被用于航空航天，英國南安普頓大學制造了世界上第一架3D飛機，如今在民用、汽車、醫(yī)療等領域都得到廣泛應用。2012年4月，《時代》雜志將3D打印技術列入本世紀十大最快發(fā)展的技術之一。
“從上世紀80年代開始，我們就對3D打印技術進行研究，醫(yī)生與工程師進行那么多年的磨合，才能到現(xiàn)在出一點成績。醫(yī)工結合，是醫(yī)學發(fā)展的必經(jīng)之路。”戴尅戎院士介紹，該院已成立3D打印技術臨床轉化研發(fā)中心，在浦江鎮(zhèn)與當?shù)氐募庸S合作。“這是一塊試驗田，我們鼓勵醫(yī)院所有科室的醫(yī)生都到我們的實驗室里來嘗試3D打印。醫(yī)院負責研發(fā)產(chǎn)品，上海交大的工程學老師進行計算機輔助設計，而工廠進行配套加工和申辦生產(chǎn)許可證，使產(chǎn)品可以合法生產(chǎn)、使用，從而形成產(chǎn)業(yè)鏈，最終讓患者受益。”他說，“在高端3D打印設備的國產(chǎn)化方面，上海最有條件取得突破，應盡早整合力量。希望政府統(tǒng)籌規(guī)劃，比如建立3D打印研究中心，讓各個領域都開發(fā)3D打印產(chǎn)品——以后，只要有一臺電腦、一臺3D打印機，加上一個聰明的頭腦，就能把創(chuàng)意全部‘打印’出來。”
