3D打印如何實現(xiàn)“個性化”定制？

據(jù)戴院士回憶，37年前，他曾接觸到一位需要做全距骨切除的腫瘤病人，而當時國際上根本沒有替換距骨的假體，主治醫(yī)師團隊只能給患者定制一個人工距骨。這也是戴院士第一次接觸到足部骨骼需要“個性化”定制的病例。

“距骨是位于腳踝十幾塊骨頭里最重要的一塊，這個人工距骨還要附帶上面、下面和前面的關(guān)節(jié)面，同時還要有足夠的承載能力和穩(wěn)定性，而距骨大小和形態(tài)是人人不同的。”通過多次數(shù)據(jù)計算、修改，團隊最終成功將定制的人工距骨替換下被切除的距骨，時至今日，這位患者仍能自如行動，無跛行、能騎車，甚至還能做輕體力勞動。

第一次圓滿完成“個性化”定制病例給了戴院士極大的鼓舞。1982年以后，戴院士帶領(lǐng)團隊專門給一些患者陸續(xù)定做了膝關(guān)節(jié)、髖關(guān)節(jié)、肩關(guān)節(jié)，甚至還定做了半個骨盆。

時光推進到90年代，人工定制滿足患者的“個性化”需求逐漸成為常態(tài)，而此時戴院士遇到了一個棘手的病例。

一位首席會計師因自幼雙側(cè)髖關(guān)節(jié)先天性異常，兩側(cè)髖關(guān)節(jié)嚴重脫位導致雙側(cè)劇烈疼痛，嚴重影響工作生活，最終只能依靠輪椅才能出行。據(jù)戴院士回憶，這位患者的髖部解剖結(jié)構(gòu)和幾何形態(tài)與常人差異極大，并伴有嚴重的繼發(fā)性病變，各醫(yī)療器械公司均無法提供符合需求的關(guān)節(jié)假體，這讓他頭一次感到無從下手。

難以進退之時，上海交通大學王成燾教授給戴院士帶來一個好消息?！巴醭蔂c教授第一次告訴我們，原來世界上有一種設(shè)備叫‘快速原型機’，可以輕而易舉地把病人的關(guān)節(jié)、骨腔的大小、位置和相關(guān)關(guān)系，用模型準確‘復制’出來。”

在當時看來，戴院士感覺“快速成型機”簡直是為這個棘手病例量身定做的產(chǎn)物！為了一探究竟，主治團隊將經(jīng)由快速成型機定制的關(guān)節(jié)假體安裝在假肢模型上進行反復演練，確定無誤后才為患者安排手術(shù)。最終，患者在模型的幫助下獲得了真正量身定制的假體。

手術(shù)成功后，這位當年無法行走的患者不僅重新恢復了首席會計師的工作，還親自游玩天安門廣場、攀登長城，如今已經(jīng)成為周游世界的旅游愛好者。

經(jīng)由此事后，3D打印個性化定制逐漸發(fā)展為戴尅戎團隊不可或缺的醫(yī)用技術(shù)。與此同時，經(jīng)手數(shù)百個病例的戴院士深刻認識到：在醫(yī)療產(chǎn)業(yè)中，“個性化”需求是一個擁有巨大市場的發(fā)展方向。

用他的話來說：“固定骨折的接骨板和不同關(guān)節(jié)的人工假體每個部位只有5-7種尺寸，這僅有的這幾個尺寸每年要滿足幾十萬人甚至于上百萬人的需求，導致很多病例都是將就著用，因此滿足個性化需求將成為提高醫(yī)療質(zhì)量的重要努力方向?！?/p>

回顧整個醫(yī)學發(fā)展之路，“個性化”需求一直是該行業(yè)存在的最大難題之一，3D打印技術(shù)的進步和推廣無異于為個性化醫(yī)療打開了一扇充滿想象與希望的大門。時至今日，戴院士都時常感慨：“3D打印確實太神奇了，它深深吸引了我們，因為很多醫(yī)生的夢想都能夠借以實現(xiàn)。凡是放進病人身上的東西，如果大多數(shù)都能定制，那是一個什么場面！”

3D打印的出現(xiàn)可以跟蒸汽機、互聯(lián)網(wǎng)相提并論

2003年，上海九院的合作公司獲批我國國內(nèi)第一份定制式人工關(guān)節(jié)生產(chǎn)許可證。2013年，戴院士與上海交大的工科教授聯(lián)合組建了上海九院3D打印技術(shù)臨床轉(zhuǎn)化研發(fā)中心；2015年，建立了上海交通大學醫(yī)學院3D打印技術(shù)臨床轉(zhuǎn)化協(xié)同創(chuàng)新中心；并于2016年又升格為上海交通大學醫(yī)學3D打印技術(shù)創(chuàng)新研究中心，并獲得三項“十三五”國家重點研發(fā)項目支持。

“在整個發(fā)展過程中，九院的骨科、口腔科、眼科、整形科，耳鼻喉科乃至神經(jīng)科，都與3D打印結(jié)下了不解之緣。3D打印是一項制造技術(shù)，但往深處去看，其醫(yī)學應(yīng)用的核心保證，應(yīng)該是‘醫(yī)工結(jié)合’或‘醫(yī)工產(chǎn)結(jié)合’?！睂?D打印應(yīng)用于醫(yī)學20余載的戴院士對新材料在線?說出了心里話。

戴院士進一步解釋道，“醫(yī)工結(jié)合”是唯一能夠把3D打印在醫(yī)療行業(yè)推行得更深更好的路徑。如果醫(yī)生不懂3D打印技術(shù)，何來快速原型？又假如工程師掌握了3D打印技術(shù)，卻不知在醫(yī)療上能夠發(fā)揮什么作用以及如何去發(fā)揮作用，何來“個性化”定制？

戴尅戎院士早年間在研究制作形狀記憶醫(yī)療產(chǎn)品

眾所周知，3D打印技術(shù)誕生之初主要被應(yīng)用于制造業(yè)中的模具制造、工業(yè)設(shè)計等工序。當時，這一技術(shù)被視為“有可能是扭轉(zhuǎn)美國制造業(yè)持續(xù)走下坡路的衰敗之象的一個轉(zhuǎn)機”。美國前總統(tǒng)奧巴馬也曾在國情咨文中談到，“3D打印有可能使我們制造幾乎所有產(chǎn)品的方式革命化”。

對此，戴院士同樣深以為然，“從古到今，我們所做的制造加工都屬于‘減材制造’或‘增材制造’，一塊大木頭用斧頭砍、用刀子雕，最后制出一個我們需要的產(chǎn)品，浪費了很多材料。做一個金屬的碗，需要在一塊立體的金屬方塊上，用車床、銑床、磨床削出一個碗來，這個碗可能只占了整塊材料的20%左右，這造成大量的材料浪費，大量的多余加工?！?/p>

而3D打印技術(shù)則相對更快速、簡化，也更加環(huán)保。3D打印只需在一個一無所有的平臺上鋪上第一層材料粉末，通過加溫或粘接劑固定后，再鋪第二層、第三層、第四層材料粉并逐層粘結(jié)。全部完成后，再把多余的材料粉收集起來進行二次利用。所有采用的材料粉可能90%以上都能被利用。

因此，3D打印在醫(yī)療領(lǐng)域和制造業(yè)的創(chuàng)新應(yīng)用，被認為是一種革命性顛覆。不少3D打印的支持者認為：“3D打印是對舊有加工技術(shù)的顛覆，是制造業(yè)前所未有的革命，它的出現(xiàn)可以跟蒸汽機、互聯(lián)網(wǎng)相提并論?！?/strong>