3D打印技術也稱之為“快速成型技術”或“增材製造技術”。它是一種以數字模型文件為基礎，運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層打印的方式來構造物體的技術。自20世紀90年代中期麵世以來，3D打印在模具製造、工業設計等領域被廣泛用於製造模型，其後逐漸用於產品的直接製造。
近年來，3D打印技術的發展在醫療領域做出了不小貢獻。例如，製作醫學模型、輔具、假肢、手術導引裝置、骨頭、軟骨，或用於血管、膽道、氣管、尿道內的支撐物或替代品，以及多種組織和髒器。那麽，3D打印是通過什麽原理實現扁鵲之術?它的存在對於醫療產業而言有著怎樣的意義?其發展目前又麵臨哪些問題?
在大型紀錄片《大國之材·3D打印》中，中國工程院院士、上海交大醫學院附屬第九人民醫院3D打印創新研究中心主任戴尅戎教授(以下簡稱“戴院士”)對上述問題作了較詳盡的解答。
用3D打印解決醫學界百年難題——“個性化”需求
“3D打印是一種手段，通過3D打印技術，可以創造出各式各樣獨具一格的產品，而促進醫學與3D打印緊密聯係在一起的根本原因，就是醫學上自古以來麵臨的極大需求——‘個性化’。”戴院士談及3D打印便打開了話匣子，他的後半生，與3D打印有著千絲萬縷的聯係。
據戴院士回憶，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，主治醫師團隊隻能給患者定製一個人工距骨。這也是戴院士第一次接觸到足部骨骼需要“個性化”定製的病例。
“距骨是位於腳踝十幾塊骨頭裏最重要的一塊，這個人工距骨還要附帶上麵、下麵和前麵的關節麵，同時還要有足夠的承載能力和穩定性，而距骨大小和形態是人人不同的。”通過多次數據計算、修改，團隊最終成功將定製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”定製病例給了戴院士極大的鼓舞。1982年以後，戴院士帶領團隊專門給一些患者陸續定做了膝關節、髖關節、肩關節，甚至還定做了半個骨盆。
時光推進到90年代，人工定製滿足患者的“個性化”需求逐漸成為常態，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髖關節先天性異常，兩側髖關節嚴重脫位導致雙側劇烈疼痛，嚴重影響工作生活，最終隻能依靠輪椅才能出行。據戴院士回憶，這位患者的髖部解剖結構和幾何形態與常人差異極大，並伴有嚴重的繼發性病變，各醫療器械公司均無法提供符合需求的關節假體，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。“王成燾教授第一次告訴我們，原來世界上有一種設備叫‘快速原型機’，可以輕而易舉地把病人的關節、骨腔的大小、位置和相關關係，用模型準確‘複製’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物!為了一探究竟，主治團隊將經由快速成型機定製的關節假體安裝在假肢模型上進行反複演練，確定無誤後才為患者安排手術。最終，患者在模型的幫助下獲得了真正量身定製的假體。
手術成功後，這位當年無法行走的患者不僅重新恢複了首席會計師的工作，還親自遊玩天安門廣場、攀登長城，如今已經成為周遊世界的旅遊愛好者。
經由此事後，3D打印個性化定製逐漸發展為戴尅戎團隊不可或缺的醫用技術。與此同時，經手數百個病例的戴院士深刻認識到：在醫療產業中，“個性化”需求是一個擁有巨大市場的發展方向。
用他的話來說：“固定骨折的接骨板和不同關節的人工假體每個部位隻有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於上百萬人的需求，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療質量的重要努力方向。”
回顧整個醫學發展之路，“個性化”需求一直是該行業存在的最大難題之一，3D打印技術的進步和推廣無異於為個性化醫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，因為很多醫生的夢想都能夠借以實現。凡是放進病人身上的東西，如果大多數都能定製，那是一個什麽場麵!”
3D打印的出現可以跟蒸汽機、互聯網相提並論
2003年，上海九院的合作公司獲批我國國內第一份、也是至今唯一一份定製式人工關節生產許可證。2013年，戴院士與上海交大的工科教授聯合組建了上海九院3D打印技術臨床轉化研發中心;2015年，建立了上海交通大學醫學院3D打印技術臨床轉化協同創新中心;並於2016年又升格為上海交通大學醫學3D打印技術創新研究中心，並獲得三項“十三五”國家重點研發項目支持。
“在整個發展過程中，九院的骨科、口腔科、眼科、整形科，耳鼻喉科乃至神經科，都與3D打印結下了不解之緣。3D打印是一項製造技術，但往深處去看，其醫學應用的核心保證，應該是‘醫工結合’或‘醫工產結合’。”將3D打印應用於醫學20餘載的戴院士說出了心裏話。
戴院士進一步解釋道，“醫工結合”是唯一能夠把3D打印在醫療行業推行得更深更好的路徑。如果醫生不懂3D打印技術，何來快速原型?又假如工程師掌握了3D打印技術，卻不知在醫療上能夠發揮什麽作用以及如何去發揮作用，何來“個性化”定製?
眾所周知，3D打印技術誕生之初主要被應用於製造業中的模具製造、工業設計等工序。當時，這一技術被視為“有可能是扭轉美國製造業持續走下坡路的衰敗之象的一個轉機”。美國前總統奧巴馬也曾在國情谘文中談到，“3D打印有可能使我們製造幾乎所有產品的方式革命化”。
對此，戴院士同樣深以為然，“從古到今，我們所做的製造加工都屬於‘減材製造’或‘等材製造’，一塊大木頭用斧頭砍、用刀子雕，最後製出一個我們需要的產品，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，這個碗可能隻占了整塊材料的20%左右，這造成大量的材料浪費，大量的多餘加工。”
而3D打印技術則相對更快速、簡化，也更加環保。3D打印隻需在一個一無所有的平台上鋪上第一層材料粉末，通過加溫或粘接劑固定後，再鋪第二層、第三層、第四層材料粉並逐層粘結。全部完成後，再把多餘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打印在醫療領域和製造業的創新應用，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的顛覆，是製造業前所未有的革命，它的出現可以跟蒸汽機、互聯網相提並論。”
3D打印發展之路亟待“開綠燈”
與3D打印技術發展得如火如荼相對應的，是國內所麵臨的3D打印設備和材料的大量進口、科技成果轉化率低的尷尬局麵。“不管這個技術是多麽的高端，它要真正成為大家心目當中優秀的科技成果的話，就必須實現落地。隻有實現了臨床轉化才能體現科學的偉大，將科學用於為廣大人民謀福利，才是我們最終的目的。”戴院士表示，臨床轉化始終是3D打印發展的核心主題，也是國家目前正在積極推動的方向。
讓戴院士既遺憾又著急的問題則是3D打印設備和材料進口比例偏高，雖然國內有不少國產3D打印機，但直接用於生產置入體內的醫療器械時，往往還是采用國外設備。值得欣喜的是，國產設備與材料的應用率正在不斷上升。
“如今國家高度重視3D打印的發展，在該行業傾注了大量的關注和財力，希望我國的3D打印行業能夠走在世界的最前列。應該要為新技術、新設備、新產品‘開綠燈’，但這個‘綠燈’必須開得有科學性、嚴肅性，因為產品的使用對象是病人。”戴院士表示，任何科學技術的改革創新都應一杆子走到底，‘開綠燈’鼓勵國內3D打印行業健康快速發展是必經之路。
據報道，在生物醫學領域，3D打印目前已發展至4D、5D打印。5D打印增加了時間和組織形成兩個變量，活性細胞經過打印後，逐步形成一塊皮膚、一段氣管或者一個髒器。戴院士認為，生物打印是再生醫學發展中解決組織、髒器來源最為可能的途徑，用於再生醫學的前景十分誘人。
戴尅戎院士早年間在研究製作形狀記憶醫療產品
人物介紹
戴尅戎，上海交通大學醫學院附屬第九人民醫院終身教授，中國工程院院士，法國國家醫學科學院外籍通信院士。目前擔任上海交通大學醫學3D打印創新研究中心主任、數字醫學臨床轉化教育部工程研究中心主任、上海交通大學轉化醫學研究院幹細胞與再生醫學轉化基地主任。
先後擔任華裔骨科學會會長、亞太人工關節學會會長、世界多學科生物材料學會副會長、世界內固定(AO)基金會理事等。先後當選美國骨科學會通訊會員，國際髖關節學會正式會員。戴尅戎院士通過醫學與工程學、生物學、材料學的交叉合作，研發新型骨科植入物和新技術，並積極推動3D打印的醫學應用、人工關節與骨再生等基礎研究與臨床技術。
轉載請注明出處。
相關文章
熱門資訊
精彩導讀
關注我們
