3D打印模型、導(dǎo)板、植入物再到生物組織，關(guān)于3D打印應(yīng)用于醫(yī)療上的諸多美好遐想早就被網(wǎng)上喋喋不休的文字修飾得越發(fā)高大而不可捉摸，如何讓這項技術(shù)落地，使患者真切地從中受益？中南大學(xué)湘雅醫(yī)院鐘達(dá)副教授專注于將3D打印應(yīng)用于自身的專業(yè)領(lǐng)域——成人DDH（先天性髖關(guān)節(jié)發(fā)育不良）髖關(guān)節(jié)置換手術(shù)中。經(jīng)過不斷地深入鉆研，在過去一年多時間里，借助湖南華曙高科技術(shù)有限責(zé)任公司（以下簡稱“華曙高科”）3D打印解決方案，將3D打印髖關(guān)節(jié)術(shù)前模型與3D打印髖關(guān)節(jié)截骨導(dǎo)板相結(jié)合，成功實施40多例此類手術(shù)，讓原本高度依賴醫(yī)生臨床經(jīng)驗的髖關(guān)節(jié)置換術(shù)的手術(shù)成功率達(dá)到了100%，手術(shù)精確度更是大大提高，在業(yè)內(nèi)獨樹一幟。

“3D打印在醫(yī)療上的應(yīng)用是一片廣闊的藍(lán)海，里面即使容納十個院士級別的教授也難以窮盡其中的奧妙”，隨著臨床案例的增多，鐘達(dá)也愈發(fā)深切地感受到3D打印的魅力所在。

打破老觀念 擁抱新技術(shù)

3D打印應(yīng)工業(yè)之需而誕生，近幾年卻不意在醫(yī)療界變得炙手可熱，頗有點“他山之石可以攻玉”的意思。

作為在骨科圈內(nèi)小有名氣的專家，2015年年中，鐘達(dá)副教授初次接觸到3D打印概念時并不看好這項技術(shù)，“戴尅戎院士每年年會都會講到3D打印，但都是用于高端復(fù)雜的手術(shù)，我當(dāng)時覺得把它常規(guī)化應(yīng)用還需要很久”，鐘達(dá)回憶道，而打印一個簡單的術(shù)前參考模型，對于基本功扎實的骨科醫(yī)生來說似乎更加顯得多余。老一輩的專家對于技術(shù)有著自己的固執(zhí)，他們積累了深厚的功底，通過X光片的明暗表現(xiàn)和CT掃描的斷層就能推斷出很多細(xì)節(jié)，甚至CT掃描合成的三維圖像他們也認(rèn)為只是給患者家屬和不懂行的人看的，更遑論需要依賴3D打印出的模型來做手術(shù)了。

“后來我慢慢發(fā)現(xiàn)，不能說他們的觀念錯了，實際上不是這么回事”，2015年底一個相對失敗的手術(shù)讓鐘達(dá)開始重新反思：首先，即使自己做了那么多手術(shù)，臨床經(jīng)驗足夠豐富，也無法避免失誤；其次，僅僅依靠老一輩的經(jīng)驗方式來培養(yǎng)醫(yī)生，要達(dá)到他們的水平需要非常長的時間，如果有了這種三維數(shù)字影像的幫助，培訓(xùn)時間則可以大大縮短；更重要的是，如果有一個工具能將手術(shù)門檻降低，讓廣大的基層醫(yī)生也能開展高難度的手術(shù)，不需要把病人都集中到大醫(yī)院來，就可以更好地造福群眾。由此，鐘達(dá)對3D打印的看法有了改觀，并開始在骨科胡懿郃主任的支持下進(jìn)行應(yīng)用化研究。

而為何鐘情于3D打印導(dǎo)板，鐘達(dá)開玩笑說自己是撿了“漏”。他分析道，以戴尅戎院士為代表的前輩們在3D打印植入物材料方面已經(jīng)積累了豐富的經(jīng)驗，現(xiàn)在要起步和他們競爭非常困難，而如果只是簡單地打印一個模型，即使模型做得再精美，在實際手術(shù)中也無法使自己更勝一籌。但導(dǎo)板卻是一個別人沒有深入研究的“空檔”，它對技術(shù)和材料的要求沒那么高，而且又能依托湘雅醫(yī)院現(xiàn)有的合作伙伴——華曙高科與湖南華翔增量制造股份有限公司（以下簡稱“湖南華翔”）提供技術(shù)支持。“即便是戴院士做好了3D打印植入物，要將其安裝到準(zhǔn)確的位置，也需要導(dǎo)板和導(dǎo)向的輔助，”鐘達(dá)表示。

在參考了國外的經(jīng)驗后，鐘達(dá)帶領(lǐng)湘雅骨科團隊開發(fā)出了自己的系統(tǒng)，并于2016年3月完成第一例在3D打印導(dǎo)板輔助下的髖關(guān)節(jié)置換手術(shù)。如今，經(jīng)過幾代的改進(jìn)，成功的手術(shù)案例已達(dá)40多個。湘雅骨科團隊圍繞該技術(shù)申請了國家發(fā)明專利一項，獲得相關(guān)國家實用新型專利授權(quán)一項，憑借對該技術(shù)高超的專業(yè)水準(zhǔn)和經(jīng)驗積累，鐘達(dá)副教授還榮獲2016“金手獎”骨科手術(shù)病例邀請賽全國總決賽第一名。

將3D打印導(dǎo)板用于髖關(guān)節(jié)置換手術(shù)并非鐘達(dá)首創(chuàng)，為何唯獨湘雅骨科團隊會在國內(nèi)產(chǎn)生這么大的影響？

鐘達(dá)表示，在安徽和新疆也有一些老師做髖關(guān)節(jié)導(dǎo)向器，但是后來都放棄了，究其原因，他分析：首先，髖關(guān)節(jié)的容錯度是比較高的，位置差一點點似乎并不是很要緊，他們認(rèn)為3D打印的指向器的意義并不大；其次，是因為沒有找很一個很好的方法來指向，髖關(guān)節(jié)內(nèi)的結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，存在很多軟骨組織，這些軟骨組織在CT上無法顯影，因此如何盡可能避開這些組織獲取準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，找到精準(zhǔn)的定位和定向是比較困難的。

“我看他們的導(dǎo)板設(shè)計都是以髖臼窩為基礎(chǔ)來獲取數(shù)據(jù)，但髖臼窩中有很多軟骨，這樣會對數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性產(chǎn)生影響，而我們則是以髖臼外上緣的骨質(zhì)為基點，這些骨質(zhì)非常干凈清晰，可以作為很好的數(shù)據(jù)來源，從而實現(xiàn)精準(zhǔn)的定位和定向，而為此增加的額外創(chuàng)傷并不大，臨床上完全可以接受?！辩娺_(dá)解釋。

怎樣尋找到髖臼上緣更好的角度，哪個點、哪個面更適合作為數(shù)據(jù)來源，鐘達(dá)對此做了大量的研究工作，這就是該團隊能取得如此成功的關(guān)鍵原因。中國工程院戴尅戎院士也曾在媒體采訪時高度評價湖南3D打印醫(yī)療應(yīng)用成果：“各個省都在做3D（打?。?，湖南做得比較優(yōu)秀?！?/span>

另外，由于新技術(shù)能極大的縮短手術(shù)醫(yī)生的培養(yǎng)時間，成為年輕醫(yī)生的成長捷徑。因而開明的科室領(lǐng)導(dǎo)、前輩專家的支持至關(guān)重要?？梢哉f“沒有骨科主任胡懿郃教授的支持和指導(dǎo)，就沒有新技術(shù)的成功！”鐘達(dá)副教授深情談到。

常規(guī)手術(shù)精確化，特殊手術(shù)常規(guī)化

“常規(guī)的手術(shù)用常規(guī)的器械就可以滿足，但3D打印最終要為特殊化的手術(shù)服務(wù)”。

發(fā)育性髖關(guān)節(jié)發(fā)育不良（DDH）從全國范圍來講每年的的病例大概有上萬個，在湘雅醫(yī)院這種國內(nèi)頂級醫(yī)院每年的手術(shù)大概幾十例，這種數(shù)量并不是太多，而且用傳統(tǒng)方法也能滿足需求的手術(shù)病例是否真的需要用到3D打??？

對此，鐘達(dá)認(rèn)為，“常規(guī)化手術(shù)和特殊化手術(shù)不是一成不變的，當(dāng)你對手術(shù)精度要求很高的時候，常規(guī)手術(shù)也可以變成特殊手術(shù)，如果能用簡便的工具精確定位，特殊手術(shù)也可以常規(guī)化。”

在髖關(guān)節(jié)置換術(shù)中，3D打印導(dǎo)板可以幫助醫(yī)生在手術(shù)中可以快速確定髖臼的定位、磨銼的大小、深度、角度以及髖臼螺釘入釘位置、角度、長度等，使得植入假體精確度僅相差一兩毫米，減少了手術(shù)損傷、縮短了手術(shù)時間、提高了復(fù)雜人工髖關(guān)節(jié)置換術(shù)的成功率。不僅如此，3D打印對醫(yī)生來說也是一個有益的工具，它避免了醫(yī)生長時間地暴露在X光放射源下，保護了醫(yī)生的身體健康。

隨著社會的不斷進(jìn)步，患者對手術(shù)的要求將越來越高，越來越多所謂常規(guī)的手術(shù)會進(jìn)入特殊范疇，因此3D打印技術(shù)的應(yīng)用會越來越廣。

“以前我覺得做模型沒啥意思，導(dǎo)板也只是一個小縫隙，但隨著我的應(yīng)用越來越多，發(fā)現(xiàn)3D打印其實是個藍(lán)海。像戴院士在這個領(lǐng)域耕耘了很多年，也還沒有窮盡其中的奧妙，它涉及到材料、導(dǎo)向、各種臨床應(yīng)用等，可研發(fā)的內(nèi)容太多了，”鐘達(dá)感嘆。

但目前醫(yī)療3D打印也存在著綜合性人才缺口問題，鐘達(dá)總結(jié)了目前醫(yī)療3D打印的四大關(guān)鍵人才：提供想法和靈感的臨床醫(yī)生；3D打印構(gòu)圖設(shè)計師；力學(xué)方面的工程師；臨床方面的影像專業(yè)人才。3D打印作為一個綜合性的學(xué)科，最終的打印出來東西是否能用，由很多方面的因素決定。

“華曙高科的3D打印技術(shù)很高大上，就像他們有一把倚天劍屠龍刀，但這個劍要落到什么地方，可能需要醫(yī)生的引導(dǎo)”。目前，湘雅骨科團隊和湖南華翔的工作模式是以醫(yī)生為核心，醫(yī)生提出想法，再由湖南華翔的工程師制圖，采用華曙高科3D打印解決方案將其制成，再回到臨床上通過醫(yī)生的檢驗，這樣經(jīng)過反復(fù)地制圖檢驗，最終達(dá)到和諧的地步。

“中間還有很多困難，這些工程師雖然圖制很漂亮，但是他們不懂力學(xué)，設(shè)計出來的東西經(jīng)不經(jīng)得起力學(xué)的考驗還是個很大的問題，”鐘達(dá)提到，“另外，來源于醫(yī)院的CT數(shù)據(jù)要怎樣更好地處理，有的CT值信號高，有的信號低，怎么才能精確還原？目前這些都是由做3D打印的工程師進(jìn)行初步處理，但其制作出來的結(jié)果滿意度往往不夠。”

鐘達(dá)又舉例道，如果有一天能把CT和核磁共振結(jié)合，同時顯示出骨組織和軟組織，就能更好地鑒別軟硬組織，使影像的準(zhǔn)確性更高，但這需要一個專業(yè)的影像學(xué)專家來做，目前國內(nèi)這些人才都很欠缺。

與其他技術(shù)相結(jié)合，3D打印藍(lán)海更藍(lán)

目前對3D打印持有兩種極端的態(tài)度傾向，一種認(rèn)為3D打印完全沒用，拒絕它，而另一種則認(rèn)為只有3D打印技術(shù)好，其他技術(shù)都不行。而從鐘達(dá)身為一個醫(yī)生的立場來看，只要有用的技術(shù)都是好的，3D打印能很快速地制作出異形導(dǎo)板，這是其他技術(shù)無法比擬的優(yōu)勢，但3D打印也絕不能取代以前的技術(shù)，“3D打印一定要和新、老技術(shù)結(jié)合才能發(fā)揮更大的效益”，而這也是湘雅大學(xué)骨科團隊在努力的方向。

即使3D打印導(dǎo)板可以讓醫(yī)生在髖關(guān)節(jié)置換術(shù)中如虎添翼，但鐘達(dá)也很清楚它還存在一些問題。比方說，這個導(dǎo)板做為一個工具，但手術(shù)中占用了一定的空間，如今，經(jīng)過幾代的設(shè)計改進(jìn)，湘雅醫(yī)院骨科團隊已經(jīng)想辦法將其小型化，安裝到手術(shù)中不太利用到的位置上，從而達(dá)到節(jié)省空間的目的。

沿著這樣的思路，鐘達(dá)又提出了新的想法，他希望將3D打印技術(shù)和激光制導(dǎo)相結(jié)合?！坝眉す鈦碇赶蚝投ㄎ?，這樣就不再需要考慮工具大小的問題了。”

另外，隨著近年來AR（增強現(xiàn)實）技術(shù)的快速發(fā)展，鐘達(dá)認(rèn)為3D打印+AR可以在醫(yī)生的臨床手術(shù)中發(fā)揮巨大的作用。

AR技術(shù)讓醫(yī)生通過一副眼鏡看到真實手術(shù)場景，同時又會在醫(yī)生的視網(wǎng)膜上投射出一個虛擬病灶部位，將骨組織里面的神經(jīng)和血管一清二楚地呈現(xiàn)在醫(yī)生眼前，以此溝通虛擬和現(xiàn)實達(dá)到幫助手術(shù)的目的。今年威海市中心醫(yī)院通過AR技術(shù)順利完成了一例骶骨尾部巨大梭形細(xì)胞瘤切除及椎體置換手術(shù)，將AR技術(shù)應(yīng)用于骨科在全國來說尚屬首例。

然而，鐘達(dá)告訴我們這項技術(shù)還存在很多局限，其中數(shù)據(jù)匹配是一個難題。使用AR技術(shù)，醫(yī)生首先需要將患者病灶部位的外觀進(jìn)行掃描獲取數(shù)據(jù)，在手術(shù)中，眼鏡中事先輸入的數(shù)據(jù)將自動和病灶部位相匹配，從而在醫(yī)生的眼前呈現(xiàn)出虛擬的場景。但實際上，病人的骨頭是沒有辦法剝個精光來供醫(yī)生進(jìn)行掃描的，因此，3D打印就可以發(fā)揮其作用了。通過3D打印定準(zhǔn)骨頭的幾個點，然后對3D打印的部件進(jìn)行掃描就可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)匹配，“未來我們可能會考慮這方面的研究，”鐘達(dá)表示。

3D打印是一片很深很大的藍(lán)海，而要在這個藍(lán)海中找到自己的一片天地，并且能真正地施惠于民，鐘達(dá)給出的建議是，找到一個最具有特色且最具發(fā)展方向的一個點深入研究，“我們不是要比做出了多少東西，而是要做出比別人更優(yōu)勝的東西來”。

迄今為止，華曙高科與湖南華翔已將3D打印拓展到全國20多家三甲醫(yī)院，實現(xiàn)了16個臨床科室業(yè)務(wù)覆蓋，積累了1500多例3D打印臨床應(yīng)用案例，涉及到的學(xué)科有骨科、肝膽、泌尿、腫瘤、血外、神外、口腔、整形、康復(fù)等16個科室應(yīng)用，其學(xué)科應(yīng)用的廣度、深度及案例數(shù)居全國第一，且無一例病患糾紛,被專家稱為"看得見的精準(zhǔn)治療"。

正是以此為前提，湘雅醫(yī)院骨科鐘達(dá)副教授的團隊從一個小小的3D打印髖關(guān)節(jié)導(dǎo)板出發(fā)，真正將3D打印從云端拉到醫(yī)生手術(shù)臺前，讓這項高大上的技術(shù)變得可親可愛，平易近人，體現(xiàn)出對民眾的人文關(guān)懷。

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