骨科“私人訂制”，劃時代的新技術

唐聞佳

市民代表和在校學生走進九院，參觀3D打印中心。

每一個普通人的骨骼和關節(jié)數(shù)目是相同的，但不會有任何兩個人的骨骼和關節(jié)的發(fā)育及形狀完全一樣，一旦因外力或疾病導致骨骼缺失，要修補人體骨骼的各種缺失，就不像汽車前往4S店保養(yǎng)這般容易了。

使用人工制作的“假體”替代病變的骨與關節(jié)時，經(jīng)常會遇到因個體差異導致匹配度不夠精準的問題。在上海交通大學醫(yī)學院附屬第九人民醫(yī)院骨科，聰明的醫(yī)生們利用3D打印打造出的“智骨”能夠根據(jù)個人需要“量體裁衣”，實現(xiàn)個性化“私人訂制”。

這是劃時代的技術，打破了傳統(tǒng)上用少數(shù)幾種標準假體修復各種體型、各種骨關節(jié)病損的局面，將“個體化”精準修復或置換治療推向了嶄新的高度。如今，上海交通大學醫(yī)學院附屬第九人民醫(yī)院（以下簡稱上海九院）已是3D打印技術“重鎮(zhèn)”，建立了為上海市、為全國服務的3D打印接診中心和創(chuàng)新研究中心。這背后，是與新中國同齡的上海九院骨科一路乘風破浪、開拓創(chuàng)新。

3D打印挽救骨盆巨型腫瘤患者

“救命！”這是一則發(fā)自新疆天山腳下的求助信息，哈薩克族患者伊娜（化名）骨盆長出巨型腫瘤，要切除腫瘤救命，同時需要面對截肢的結果。還有沒有其他機會？

時間倒回5年多前，54歲的伊娜行走時感覺右髖部很痛，4年前到當?shù)蒯t(yī)院就診，她接受了“右側股骨頭壞死”手術治療。術后1年半，伊娜右髖疼痛不適復發(fā)，當?shù)蒯t(yī)院再次為她手術，局部病灶組織送病理檢查結果提示為“軟骨肉瘤”。2020年初，伊娜的右髖再次出現(xiàn)疼痛，拍片顯示，她的骨盆腫瘤已非常巨大，手術異常困難。

多方打聽，伊娜聽說了上海第九人民醫(yī)院骨科或有別的辦法，這里的中國工程院院士戴尅戎教授、骨科郝永強教授團隊應用3D打印技術在骨科領域解決過許多醫(yī)學難題，尤其是在骨盆腫瘤治療方面有豐富的經(jīng)驗。

醫(yī)學史上的歷次進步，往往是量變累加到一定程度才迎來質變，上海九院骨科在3D打印技術上的突破也跨越了至少30年的時間。

時值新冠疫情最嚴峻之時，但伊娜的病情已容不得全家有猶豫的時間了，幾經(jīng)周折，他們來到上海，預約了上海九院骨科郝永強教授的專家門診。

戴尅戎院士大膽創(chuàng)新。

早期用紙質材料和激光“剪裁”打印成的骨盆模型。

手術很難，但不是沒辦法！結合CT、MRI等檢查數(shù)據(jù)，郝永強教授團隊為伊娜量身定制了一套基于3D打印的“三位一體”個性化方案，成功切除右側半骨盆腫瘤+精準安裝3D打印定制型半骨盆假體。這臺手術不僅讓她免除了截肢之苦，也保住了生命。2020年9月伊娜在家人的陪伴下回上海九院復診，對郝永強教授團隊及3D打印中心工作人員再三致謝，救命之恩銘記一生。

這一切得益于上海九院骨科郝永強教授團隊在戴尅戎院士的帶領下近年來深度開展的“醫(yī)工交叉合作”。他們在國際上率先將3D打印技術引入個性化重建假體的研發(fā)，創(chuàng)建了3D打印個性化病變模型、個性化手術輔助導板、個性化3D打印重建假體“三位一體”的個性化治療模式，過去無法治療的骨腫瘤等骨科復雜疾病有了新的治療規(guī)范，進入了更加精確的個性化醫(yī)療時代。

醫(yī)工交叉打破“削足適履”式傳統(tǒng)治療

醫(yī)學史上的歷次進步，往往是量變累加到一定程度才迎來質變，上海九院骨科在3D打印技術上的突破也跨越了至少30年的時間。

現(xiàn)代人工關節(jié)誕生并發(fā)展于20世紀中期，在骨科技術發(fā)展史上具有里程碑意義。早期，同一款假體幾何形態(tài)基本一致，僅有不到十種尺寸差異。之后假體設計被不斷改進，組成假體的部件有多種規(guī)格并在連接部設計了更多的調節(jié)接口。即便如此，仍無法取得最佳部件與組合，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，為保障手術徹底、降低腫瘤復發(fā)率，手術醫(yī)生需要個性化采用各種根治術或擴大根治術，這時候，商業(yè)化的積木式假體就很難完美匹配缺失的解剖結構了。

“面對無法避免的個體化重建手術，醫(yī)生有兩種選擇，一是以常規(guī)假體為基礎，對相關骨性結構進行‘削足適履式的修整，通過修整骨骼去‘適應假體。第二種就是個性化定制，通過預先設計，制造出符合個體需求、完美匹配而且能順利植入體內的植入物。” 戴尅戎院士說，骨科個體化治療作為一種先進治療理念，促進了假體設計和制作技術的進步。他自己，正是這項全新治療理念的探索者、實踐者、引領者。

上世紀80年代，3D打印技術興起，當時稱為“快速原型技術”。在計算機輔助設計與加工（CAD與CAM）技術和先進的影像學手段的幫助下，把二維圖像疊加成立體實物，實現(xiàn)了新一代個體化人工關節(jié)設計與制作的數(shù)字化技術。戴尅戎院士是我國最早接觸3D打印技術的醫(yī)學專家之一。上海第九人民醫(yī)院骨科對個體化植入物的研究就始于上世紀80年代。當時，在煙臺的一次人工關節(jié)學術會議上，戴尅戎教授與時任上海交通大學精密機械系主任王成燾教授相識，從此開始了兩人和兩個科室長達30多年圍繞人工關節(jié)個性化定制問題的合作。

他們合作嘗試將計算機輔助設計與加工制造技術引入個體化假體制造領域，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定制型人工假體。

2013年，上海交通大學醫(yī)學院附屬第九人民醫(yī)院成立3D打印技術臨床轉化中心，中心建立了醫(yī)工結合的研發(fā)隊伍，購置了多種材料與規(guī)格的醫(yī)用3D打印設備，并在全國20多家醫(yī)院成立分中心，通過上海九院的輻射帶動全國各省市。2016年，上海交通大學醫(yī)學3D打印創(chuàng)新研究中心揭牌，進一步推動了3D打印技術的發(fā)展。

與新中國共成長，屢創(chuàng)行業(yè)先河

上海九院骨科的歷史，不長不短，正好與新中國同歲。

上海交通大學醫(yī)學院附屬第九人民醫(yī)院前身為伯特利醫(yī)院，始建于1920年，直到1949年新中國成立之初，這家醫(yī)院設診骨科。歲月變遷，上海九院骨科不斷壯大，骨科學和骨科生物力學專家、中國工程院院士戴尅戎是上海九院骨科的領軍人。在他的帶領下，歷經(jīng)幾代人的辛勤耕耘和開拓創(chuàng)新，上海九院骨科目前已發(fā)展成為設有5個病區(qū)、200多張床位，集臨床診療、科學研究與教學為一體，在關節(jié)、脊柱、創(chuàng)傷、腫瘤等領域形成專業(yè)特色，國內外享有很高聲譽的一流骨科學臨床和研究中心。

戴尅戎院士與羅蒙教授討論。

上海九院骨科目前是國家重點學科，國家211工程重點學科，衛(wèi)生部國家臨床重點專科，上海市醫(yī)學領先學科，上海市教委重點學科，上海市關節(jié)外科臨床醫(yī)學中心，并附設多個高端科研與轉化平臺。

如同一艘航母，上海九院骨科下設關節(jié)外科、運動醫(yī)學、創(chuàng)傷骨科、脊柱外科、骨腫瘤和骨病、足踝矯形等學組，診療范圍涵蓋骨科各類疾病，在關節(jié)、脊柱、創(chuàng)傷等領域擁有一批造詣深厚的著名醫(yī)學專家，如戴尅戎、趙杰、朱振安、吳海山、孫月華、郝永強等專家教授。他們在國內外享有很高的知名度，先后兼任華裔骨科學會、亞太人工關節(jié)學會、國際內固定學會（AO）等國際性學術組織的會長、秘書長和中國區(qū)主席等，擔任中華醫(yī)學會、中華醫(yī)學會骨科學分會等國家級骨科學術委員會的副主委、常委、理事和學組組長等重要學術職務。

善于運用新技術、大膽創(chuàng)新，是戴尅戎院士領銜的上海交通大學醫(yī)學院附屬第九人民醫(yī)院骨科的一貫傳統(tǒng)。早在1978年，戴尅戎從上海鋼鐵研究所楊海波工程師那里了解到，有一種已被用于制作航空、航天、輸油管道部件的鎳鈦合金，對其制品的原始形狀具有“記憶”功能，可在低溫下改變形狀，在升溫后回復原形。

經(jīng)3年合作，戴尅戎院士與楊海波工程師、上海第六手術器械公司周緒章技師團隊共同發(fā)明了蜚聲海內外的形狀記憶加壓騎縫釘，解決了經(jīng)關節(jié)骨折治療中的難題，團隊獲得國家發(fā)明二等獎。隨后，他們又發(fā)明了形狀記憶鋸齒臂環(huán)抱器，開創(chuàng)了國內外形狀記憶合金醫(yī)學應用的歷史先河。在名古屋國際形狀記憶合金學術會議上戴尅戎被授予形狀記憶合金醫(yī)學應用奠基人金杯。

上世紀80年代，戴尅戎及其團隊在中國人的步態(tài)分析、平衡功能測定、國產(chǎn)骨水泥、多孔表面人工關節(jié)、內固定的應力遮擋效應以及無機骨粒骨水泥的實驗研究等方面取得創(chuàng)新性的研究成果。

戴尅戎院士這種與時俱進、大膽創(chuàng)新的精神，影響了上海九院骨科幾代人才的成長與進步，多次開創(chuàng)行業(yè)之先河。

打印“智骨”，造福天下蒼生

2019年1月16日，上海九院骨科又迎來一個重要時刻。這天，由中國工程院院士戴尅戎和王金武教授領銜團隊研發(fā)的“定制式增材制造膝關節(jié)矯形器”在上海市藥品監(jiān)督管理局受理中心喜獲第二類醫(yī)療器械注冊證。這是上海啟動醫(yī)藥器械注冊人制度試點以來，首個由科研型企業(yè)申請到的醫(yī)工結合類醫(yī)療器械注冊證，該技術涉及3D打印技術，將為患者提供更具個性化的醫(yī)療服務。

這是上海交通大學醫(yī)學院附屬第九人民醫(yī)院戴尅戎院士、王金武教授在多年研發(fā)、臨床積累下轉化的成果。戴尅戎院士和王金武教授領銜的數(shù)字醫(yī)學課題組多年致力于3D打印輔具標準、金屬打印標準、生物打印標準等方面的工作。此番拿到注冊證，意味著注冊人即可以啟動委托生產(chǎn)的相應程序，讓該產(chǎn)品早日上市銷售，服務臨床、服務病患。

目前，上海九院在髖關節(jié)、膝關節(jié)、腕關節(jié)、踝關節(jié)、胸骨等復雜骨科手術中已多次應用3D打印的個性化金屬植入物，并向口腔科、眼科、整形科、神經(jīng)外科、耳鼻喉科等擴大應用。

醫(yī)療器械人命關天，根據(jù)我國相關規(guī)定，拿到注冊證，并不意味著就此獲批上市，但這個創(chuàng)新項目前后不到半年就獲得產(chǎn)品注冊證，進入委托生產(chǎn)環(huán)節(jié)，意味著距離產(chǎn)品最終獲批上市又進了一步，產(chǎn)、學、研、醫(yī)這條產(chǎn)業(yè)轉化路無疑再獲提速。這也是對上海九院骨科團隊多年致力于3D打印相關技術臨床應用的鼓勵與肯定。

目前，上海九院在髖關節(jié)、膝關節(jié)、腕關節(jié)、踝關節(jié)、胸骨等復雜骨科手術中已多次應用3D打印的個性化金屬植入物，并向口腔科、眼科、整形科、神經(jīng)外科、耳鼻喉科等領域擴大應用。通過多年研究與應用實踐，上海九院和上海交通大學還合作培養(yǎng)了大量“醫(yī)工交互”人才，形成了“醫(yī)工合作”個性化治療團隊，成立了3D打印接診中心、生產(chǎn)與后處理中心。

值得一提的是，肇始于上海九院骨科的上海第九人民醫(yī)院醫(yī)學3D打印創(chuàng)新研究中心，如今既是醫(yī)學3D打印的遠程會診中心，也是科技創(chuàng)新研發(fā)中心，擁有各類軟件以及不同用途的3D打印機等硬件設施，供醫(yī)生和科研人員對醫(yī)學3D打印進行各項前沿研究、設計與制作工作。作為“總部”，這里還建立了遠程會診中心，以實現(xiàn)無縫連接分布于國內各地的20多個分中心。

在行業(yè)內，人們更樂于稱這些3D打印的個性化植入物為“智骨”，不是說這些骨頭有多么聰明，而是說借助3D打印技術可“打印”患者有關部位的3D模型、3D打印手術導板、金屬或高分子3D打印植入物，能夠更精確地滿足不同病人的特殊臨床需要。

當然，談及上海九院骨科，“腦洞”可以開得更大些，這里的氛圍就是妙想迸發(fā)、且勇于實踐。戴尅戎院士認為，結合組織工程技術的生物打印，是3D打印技術未來發(fā)展的下一個重要方向。

試想一下，如果在打印材料中加入干細胞和相應生長因子，打印出的產(chǎn)品能發(fā)育成為具有生物活性的組織甚至臟器，例如皮膚、角膜、支氣管、膀胱、肝臟、腎臟、骨、軟骨……，將為再生醫(yī)學和藥物篩選的發(fā)展作出不可估量的貢獻。

這不是科幻片，不是想象，而是已在實驗室里進行著的開拓性研究。所以，對于3D打印，對于上海九院骨科，不用吝嗇想象力——在這里，看見未來醫(yī)學。