骨科“私人訂制”，劃時代的新技術(shù)

唐聞佳

市民代表和在校學(xué)生走進九院，參觀3D打印中心。

每一個普通人的骨骼和關(guān)節(jié)數(shù)目是相同的，但不會有任何兩個人的骨骼和關(guān)節(jié)的發(fā)育及形狀完全一樣，一旦因外力或疾病導(dǎo)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(guān)節(jié)時，經(jīng)常會遇到因個體差異導(dǎo)致匹配度不夠精準(zhǔn)的問題。在上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)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(shù)，打破了傳統(tǒng)上用少數(shù)幾種標(biāo)準(zhǔn)假體修復(fù)各種體型、各種骨關(guān)節(jié)病損的局面，將“個體化”精準(zhǔn)修復(fù)或置換治療推向了嶄新的高度。如今，上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)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(shù)“重鎮(zhèn)”，建立了為上海市、為全國服務(wù)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(fēng)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(jié)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(dāng)?shù)蒯t(yī)院就診，她接受了“右側(cè)股骨頭壞死”手術(shù)治療。術(shù)后1年半，伊娜右髖疼痛不適復(fù)發(fā)，當(dāng)?shù)蒯t(yī)院再次為她手術(shù)，局部病灶組織送病理檢查結(jié)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(shù)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?wèi)?yīng)用3D打印技術(shù)在骨科領(lǐng)域解決過許多醫(yī)學(xué)難題，尤其是在骨盆腫瘤治療方面有豐富的經(jīng)驗。

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

時值新冠疫情最嚴(yán)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(yù)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(zhì)材料和激光“剪裁”打印成的骨盆模型。

手術(shù)很難，但不是沒辦法！結(jié)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(cè)半骨盆腫瘤+精準(zhǔn)安裝3D打印定制型半骨盆假體。這臺手術(shù)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(fù)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(lǐng)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(shù)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(shù)輔助導(dǎo)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(fù)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(xué)史上的歷次進步，往往是量變累加到一定程度才迎來質(zhì)變，上海九院骨科在3D打印技術(shù)上的突破也跨越了至少30年的時間。

現(xiàn)代人工關(guān)節(jié)誕生并發(fā)展于20世紀(jì)中期，在骨科技術(shù)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(shè)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(shè)計了更多的調(diào)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(shù)徹底、降低腫瘤復(fù)發(fā)率，手術(shù)醫(yī)生需要個性化采用各種根治術(shù)或擴大根治術(shù)，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(jié)構(gòu)了。

“面對無法避免的個體化重建手術(shù)，醫(yī)生有兩種選擇，一是以常規(guī)假體為基礎(chǔ)，對相關(guān)骨性結(jié)構(gòu)進行‘削足適履式的修整，通過修整骨骼去‘適應(yīng)假體。第二種就是個性化定制，通過預(yù)先設(shè)計，制造出符合個體需求、完美匹配而且能順利植入體內(nèi)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(shè)計和制作技術(shù)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(lǐng)者。

上世紀(jì)80年代，3D打印技術(shù)興起，當(dāng)時稱為“快速原型技術(shù)”。在計算機輔助設(shè)計與加工（CAD與CAM）技術(shù)和先進的影像學(xué)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(guān)節(jié)設(shè)計與制作的數(shù)字化技術(shù)。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。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(jì)80年代。當(dāng)時，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，從此開始了兩人和兩個科室長達(dá)30多年圍繞人工關(guān)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(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(fù)重功能提供了定制型人工假體。

2013年，上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第九人民醫(yī)院成立3D打印技術(shù)臨床轉(zhuǎn)化中心，中心建立了醫(yī)工結(jié)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(shè)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(xué)醫(yī)學(xué)3D打印創(chuàng)新研究中心揭牌，進一步推動了3D打印技術(shù)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(xué)醫(yī)學(xué)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(shè)診骨科。歲月變遷，上海九院骨科不斷壯大，骨科學(xué)和骨科生物力學(xué)專家、中國工程院院士戴尅戎是上海九院骨科的領(lǐng)軍人。在他的帶領(lǐng)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(shè)有5個病區(qū)、200多張床位，集臨床診療、科學(xué)研究與教學(xué)為一體，在關(guān)節(jié)、脊柱、創(chuàng)傷、腫瘤等領(lǐng)域形成專業(yè)特色，國內(nèi)外享有很高聲譽的一流骨科學(xué)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(xué)科，國家211工程重點學(xué)科，衛(wèi)生部國家臨床重點?？?，上海市醫(yī)學(xué)領(lǐng)先學(xué)科，上海市教委重點學(xué)科，上海市關(guān)節(jié)外科臨床醫(yī)學(xué)中心，并附設(shè)多個高端科研與轉(zhuǎn)化平臺。

如同一艘航母，上海九院骨科下設(shè)關(guān)節(jié)外科、運動醫(yī)學(xué)、創(chuàng)傷骨科、脊柱外科、骨腫瘤和骨病、足踝矯形等學(xué)組，診療范圍涵蓋骨科各類疾病，在關(guān)節(jié)、脊柱、創(chuàng)傷等領(lǐng)域擁有一批造詣深厚的著名醫(yī)學(xué)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(nèi)外享有很高的知名度，先后兼任華裔骨科學(xué)會、亞太人工關(guān)節(jié)學(xué)會、國際內(nèi)固定學(xué)會（AO）等國際性學(xué)術(shù)組織的會長、秘書長和中國區(qū)主席等，擔(dān)任中華醫(yī)學(xué)會、中華醫(yī)學(xué)會骨科學(xué)分會等國家級骨科學(xué)術(shù)委員會的副主委、常委、理事和學(xué)組組長等重要學(xué)術(shù)職務(wù)。

善于運用新技術(shù)、大膽創(chuàng)新，是戴尅戎院士領(lǐng)銜的上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)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(fù)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(shù)器械公司周緒章技師團隊共同發(fā)明了蜚聲海內(nèi)外的形狀記憶加壓騎縫釘，解決了經(jīng)關(guān)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(nèi)外形狀記憶合金醫(yī)學(xué)應(yīng)用的歷史先河。在名古屋國際形狀記憶合金學(xué)術(shù)會議上戴尅戎被授予形狀記憶合金醫(yī)學(xué)應(yīng)用奠基人金杯。

上世紀(jì)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(guān)節(jié)、內(nèi)固定的應(yīng)力遮擋效應(yīng)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(lǐng)銜團隊研發(fā)的“定制式增材制造膝關(guān)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(jié)合類醫(yī)療器械注冊證，該技術(shù)涉及3D打印技術(shù)，將為患者提供更具個性化的醫(yī)療服務(wù)。

這是上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)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(zhuǎn)化的成果。戴尅戎院士和王金武教授領(lǐng)銜的數(shù)字醫(yī)學(xué)課題組多年致力于3D打印輔具標(biāo)準(zhǔn)、金屬打印標(biāo)準(zhǔn)、生物打印標(biāo)準(zhǔn)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(yīng)程序，讓該產(chǎn)品早日上市銷售，服務(wù)臨床、服務(wù)病患。

目前，上海九院在髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)、腕關(guān)節(jié)、踝關(guān)節(jié)、胸骨等復(fù)雜骨科手術(shù)中已多次應(yīng)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(yīng)用。

醫(yī)療器械人命關(guān)天，根據(jù)我國相關(guān)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(xué)、研、醫(yī)這條產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)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(guān)技術(shù)臨床應(yīng)用的鼓勵與肯定。

目前，上海九院在髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)、腕關(guān)節(jié)、踝關(guān)節(jié)、胸骨等復(fù)雜骨科手術(shù)中已多次應(yīng)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(lǐng)域擴大應(yīng)用。通過多年研究與應(yīng)用實踐，上海九院和上海交通大學(xué)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(xué)3D打印創(chuàng)新研究中心，如今既是醫(yī)學(xué)3D打印的遠(yuǎn)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(shè)施，供醫(yī)生和科研人員對醫(yī)學(xué)3D打印進行各項前沿研究、設(shè)計與制作工作。作為“總部”，這里還建立了遠(yuǎn)程會診中心，以實現(xiàn)無縫連接分布于國內(nèi)各地的20多個分中心。

在行業(yè)內(nèi)，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(shù)可“打印”患者有關(guān)部位的3D模型、3D打印手術(shù)導(dǎo)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(dāng)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(rèn)為，結(jié)合組織工程技術(shù)的生物打印，是3D打印技術(shù)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(xì)胞和相應(yīng)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(xué)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(xué)。