提到華西醫(yī)院，你會(huì)想到什么？是新冠疫情中的重癥天團(tuán)，還是醫(yī)、教、研能力三頭并重的強(qiáng)勁實(shí)力。

雖然大多數(shù)人都知道華西醫(yī)院是國(guó)內(nèi)最頂尖的醫(yī)院之一，但或許很少人會(huì)知道華西醫(yī)院骨科其實(shí)還是世界領(lǐng)先的3D打印骨科應(yīng)用高地，華西醫(yī)院骨科3D打印植入無(wú)論是在手術(shù)布局、材料選擇，還是結(jié)構(gòu)、界面精準(zhǔn)設(shè)計(jì)和承重等關(guān)鍵技術(shù)方面，都處于國(guó)際領(lǐng)先水平。

而這些成績(jī)都離不開華西醫(yī)院骨科-骨與軟組織腫瘤中心學(xué)術(shù)帶頭人-屠重棋教授。從1986年山東醫(yī)科大學(xué)畢業(yè)以來(lái)，在華西醫(yī)院工作的34年里，屠教授創(chuàng)造了多個(gè)世界第一。

2015年屠教授團(tuán)隊(duì)完成世界首例“3D打印保留膝關(guān)節(jié)脛骨干金屬骨小梁假體重建術(shù)”。

2019年，屠重棋團(tuán)隊(duì)和張興棟院士團(tuán)隊(duì)強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合在Science Advances發(fā)表論文，率先發(fā)現(xiàn)一種不但能夠抑制腫瘤細(xì)胞增殖，而且可以促進(jìn)成骨細(xì)胞生長(zhǎng)的新材料，具備作為骨腫瘤切除后大段骨缺損修復(fù)的潛能替代材料。

2020年，屠重棋團(tuán)隊(duì)所在四川省醫(yī)學(xué)3D打印創(chuàng)新工作室在國(guó)際頂級(jí)骨科期刊CORR首次發(fā)表關(guān)于“3D打印一體化半骨盆設(shè)計(jì)、制造、應(yīng)用、療效和評(píng)估”的學(xué)術(shù)論文。

……

在長(zhǎng)期的臨床工作中，屠重棋教授把“手術(shù)”作為“藝術(shù)品”的工匠精神貫徹始終，這種精神足以丈量3D打印這項(xiàng)技術(shù)在國(guó)內(nèi)骨科應(yīng)用的歷史。

作為這項(xiàng)技術(shù)在國(guó)內(nèi)骨科應(yīng)用的重要探索者和發(fā)展見證者，屠教授最不希望看到這項(xiàng)對(duì)患者極有價(jià)值的新技術(shù)淪為概念炒作，更不希望手術(shù)者不親自參與“假體設(shè)計(jì)、制造、驗(yàn)收、手術(shù)、隨訪評(píng)估”等流程而就將3D產(chǎn)品用于臨床。

在全球3D打印高地，屠重棋教授如何看待3D打印在骨科應(yīng)用的前景與瓶頸？動(dòng)脈網(wǎng)專訪了四川大學(xué)華西醫(yī)院骨與軟組織腫瘤中心主任，四川省醫(yī)學(xué)3D打印創(chuàng)新工作室主任，四川省衛(wèi)生廳學(xué)術(shù)技術(shù)帶頭人屠重棋教授。

屠重棋教授

5年完成超過200臺(tái)3D打印植入手術(shù)，骨科為什么繞不開3D打印 ？

專業(yè)領(lǐng)域成就的名譽(yù)并沒有給屠教授帶來(lái)距離感，在34年的醫(yī)療工作生涯中，屠教授因?yàn)槠揭捉撕徒拥貧猓凰屯馓?hào)“屠婆婆”。倘若你和屠教授有過交談，你會(huì)發(fā)現(xiàn)他身上有著山東人特有的隨和、堅(jiān)毅、正義和擔(dān)當(dāng)。

在屠教授看來(lái)，3D打印并不是什么橫空出世的黑科技，在國(guó)外已有30多年的研發(fā)、應(yīng)用歷史了。19年前他首次接觸3D打印概念的時(shí)候，這個(gè)名詞尚未在國(guó)內(nèi)誕生，還被稱為快速成型技術(shù)。

早在2001年，屠重棋教授就和清華大學(xué)進(jìn)行快速成型課題研究，當(dāng)時(shí)骨科應(yīng)用主要在模具、教學(xué)模型等體外應(yīng)用方面。2013年以來(lái)經(jīng)過前期大量的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，直到2015年屠教授才嘗試開展3D打印金屬植入物植入人體研究。在當(dāng)時(shí)，無(wú)論是這項(xiàng)決定還是手術(shù)本身，都極具有挑戰(zhàn)性。

屠教授還記得2015年第一位植入3D打印鈦金屬假體的患者，那是一位年僅15歲的骨肉瘤病人，切除腫瘤后采用同種異體骨移植重建脛骨骨缺損，并保留住了膝關(guān)節(jié)。然而，他腿中移植的異體骨發(fā)生了慢性排斥反應(yīng)，雖然經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的3年8次手術(shù)保住了肢體，但患者由于小腿骨大段的骨缺損而無(wú)法行走。

屠教授考慮到，如果繼續(xù)采用傳統(tǒng)的治療方法：人工腫瘤膝關(guān)節(jié)置換術(shù)，患者就要犧牲自身膝關(guān)節(jié)，10年假體失敗率約20-40%，遠(yuǎn)期效果差。為此團(tuán)隊(duì)為這名患者量身設(shè)計(jì)制定了“3D打印保留膝關(guān)節(jié)脛骨干骨小梁金屬假體置換”的治療方案。

患者的父母恰好是高級(jí)工程師，對(duì)于這種前沿性解決方案極為認(rèn)可。屠教授也對(duì)這位患者進(jìn)行持續(xù)隨訪，5年過去了，他已經(jīng)大學(xué)畢業(yè)服務(wù)社會(huì)，功能與正常人沒有區(qū)別。

“當(dāng)年的少年已經(jīng)長(zhǎng)大成人，而他體內(nèi)的3D打印植入物也生長(zhǎng)良好?！?/p>

迄今為止，華西醫(yī)院骨腫瘤中心已經(jīng)完成超過200多例3D打印骨科植入物手術(shù)。屠教授認(rèn)為醫(yī)生完成植入手術(shù)只是醫(yī)療工作的開始，要保證植入物在患者體內(nèi)長(zhǎng)期生存使用才是手術(shù)的終極目的。長(zhǎng)期以來(lái)的工匠精神，屠教授團(tuán)隊(duì)對(duì)3D打印植入患者進(jìn)行全程隨訪，目前手術(shù)患者均獲得滿意療效。

華西醫(yī)院骨科每年要完成的骨科手術(shù)量約14000例，3D打印手術(shù)并不是其中開展類型最多的手術(shù)，且開展難度較大，但屠教授依然堅(jiān)持深耕、攻破這項(xiàng)新技術(shù)。

在20年前選擇骨科亞專業(yè)時(shí)，屠重棋教授就選擇了涉及領(lǐng)域多、難度大的骨腫瘤專業(yè)。以骨肉瘤為代表的惡性骨腫瘤橫跨了罕見病和惡性腫瘤的兩個(gè)高難度領(lǐng)域，涉及的相關(guān)專業(yè)有腫瘤學(xué)、骨科學(xué)、病理學(xué)、放射學(xué)等八個(gè)專業(yè)。雖然難，但骨腫瘤患者青少年居多，疾病負(fù)擔(dān)嚴(yán)重，屠教授認(rèn)為醫(yī)者應(yīng)有為患者擔(dān)當(dāng)?shù)臎Q心和責(zé)任心。

屠教授選擇研究3D打印技術(shù)同樣是因?yàn)榭吹搅怂诠强茟?yīng)用的價(jià)值，對(duì)某些疑難病例來(lái)說，它能夠到達(dá)現(xiàn)有技術(shù)無(wú)法達(dá)到的禁區(qū)。

在外形上，3D打印能夠制造出傳統(tǒng)方式制造不出的骨關(guān)節(jié)的仿生形態(tài)；在結(jié)構(gòu)上，3D打印界面具有仿生骨小梁網(wǎng)孔結(jié)構(gòu)，孔徑/孔隙率通過特定設(shè)計(jì)可以誘導(dǎo)促進(jìn)骨生長(zhǎng)，讓自體骨與植入物快速整合。在強(qiáng)度和穩(wěn)定性上，3D打印植入物具有良好的初始穩(wěn)定性和生物力學(xué)性能，更符合臨床相關(guān)要求。

屠教授直言，現(xiàn)在大家對(duì)創(chuàng)新的理解有偏差。簡(jiǎn)單的來(lái)說，創(chuàng)新主要包括兩個(gè)方面，即人無(wú)我有，人有我精。首先，創(chuàng)新技術(shù)要解決常規(guī)技術(shù)解決不了的關(guān)鍵問題；其次，它要比常規(guī)技術(shù)更精、更快、更好。而不是與常規(guī)技術(shù)不同、不做印證就被認(rèn)為是創(chuàng)新了。

在以往，惡性骨腫瘤患者大多需要進(jìn)行高位截肢，而隨著“新輔助化療+手術(shù)+術(shù)后化療”模式的發(fā)展完善，目前這類患者有機(jī)會(huì)得以保留肢體及功能。而3D打印生物型金屬假體重建是保肢、保關(guān)節(jié)的一種重要手段。在植入生物型假體個(gè)體化3D設(shè)計(jì)、打印、植入、隨訪和評(píng)估一體化流程中，屠教授團(tuán)隊(duì)是目前全世界實(shí)施最多類型的單體3D打印團(tuán)隊(duì)。

骨科3D打印植入手術(shù)是全球醫(yī)學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用最早、研究最成熟的領(lǐng)域，而骨腫瘤切除的骨頭常常是不規(guī)則的，所以3D打印金屬假體植入手術(shù)最先應(yīng)用在骨腫瘤專業(yè)，可以提供優(yōu)良的個(gè)體化仿生植入物，實(shí)屬外科精準(zhǔn)治療。其次是人工關(guān)節(jié)置換術(shù)失效后翻修術(shù)，因?yàn)楣侨睋p巨大，需要3D打印精準(zhǔn)匹配重建，亦屬外科精準(zhǔn)治療。再次是脊柱退變需錐體間融合的患者，可以采用3D打印椎間融合器，以增加脊柱融合率，這類產(chǎn)品可以批量生產(chǎn)，目前國(guó)內(nèi)外已經(jīng)上市。

“3D打印的特點(diǎn)在于，它不僅能夠自定義外形，也可以自定義結(jié)構(gòu)。在臨床應(yīng)用中，我們通過精密的CT和MRI數(shù)據(jù)找到患者自身骨頭的多模態(tài)形態(tài)、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，哪些是實(shí)的？哪些是中空的？計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)、模擬，計(jì)算出假體與骨的適配性和力學(xué)性能，最后利用3D打印生產(chǎn)出類似的形態(tài)結(jié)構(gòu)。在強(qiáng)度上，也可以根據(jù)病人的體重、活動(dòng)量進(jìn)行定制?！?/p>

自2013年起，屠教授團(tuán)隊(duì)與張興棟院士團(tuán)隊(duì)強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合，深入研究3D打印骨科硬組織修復(fù)材料并取得可喜成績(jī)。2015年以來(lái)先后又與北京春立正達(dá)有限公司和北京中諾恒康生物科技有限公司合作，獲得唯一一個(gè)“四川省醫(yī)學(xué)3D打印創(chuàng)新工作室”，為200多例骨腫瘤患者實(shí)施3D打印金屬植入手術(shù)，手術(shù)量和臨床效果在全世界都處于領(lǐng)先水平。

社會(huì)環(huán)境浮躁，不應(yīng)該淪為概念炒作

“3D打印在臨床應(yīng)用中，需要精雕細(xì)琢的工匠精神才能成為鉆石，應(yīng)謝絕只是把這項(xiàng)技術(shù)作為光彩照人一塊墊腳石。我國(guó)在3D打印機(jī)和打印材料研發(fā)、產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造及臨床應(yīng)用等方面還任重而道遠(yuǎn)”。

首先是打印機(jī)器和打印材料的問題?！鞍l(fā)達(dá)國(guó)家從1890s就開始研究這項(xiàng)技術(shù)，近35年發(fā)展迅速，所以它們沉淀了幾十年的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。目前我國(guó)使用的醫(yī)學(xué)金屬3D打印機(jī)、生物3D打印機(jī)及其打印材料幾乎都是來(lái)自歐美發(fā)達(dá)國(guó)家，在此方面我們幾乎沒有原研產(chǎn)品，只在尼龍或樹脂等打印機(jī)和材料方面可自給自足。在技術(shù)上的落后和短板限制了我國(guó)3D打印臨床應(yīng)用的發(fā)展?！?/p>

其次是優(yōu)秀的3D打印數(shù)字工程師缺少?！半m然我國(guó)在近5-10年間也培養(yǎng)了大批的數(shù)字影像工程師，但目前僅能滿足臨床的基本需求，主要原因是缺乏臨床醫(yī)療的相關(guān)知識(shí)?！?/p>

第三個(gè)是醫(yī)工結(jié)合的難點(diǎn)問題?！?D打印在骨科臨床應(yīng)用所需要的是骨科高級(jí)別醫(yī)生，不僅要熟練掌握臨床專業(yè)知識(shí)和技能，同時(shí)還能夠熟悉數(shù)字化影像學(xué)、材料學(xué)、工程學(xué)和生物力學(xué)等相關(guān)知識(shí)，目前此類醫(yī)生太少。”

“比如當(dāng)骨頭缺損時(shí)，醫(yī)生按照原有的骨頭樣式補(bǔ)上去是不行的。因?yàn)楣穷^的強(qiáng)度不同，它對(duì)于植入物的強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)要求也不同。如何設(shè)計(jì)最佳的植入物，就需要臨床專家與材料專家和生物力學(xué)專家等多行業(yè)多專業(yè)討論，其中涉及到材料屬性和表征、生物力學(xué)、界面力學(xué)等廣泛的知識(shí)面。所以，醫(yī)工結(jié)合看似簡(jiǎn)單，但真正實(shí)現(xiàn)比較困難。醫(yī)工結(jié)合的優(yōu)秀人才是非常短缺，需要將物理學(xué)、生物力學(xué)、材料學(xué)、制造學(xué)和臨床醫(yī)學(xué)等方面有機(jī)的結(jié)合起來(lái)，才能保證最后制造出的骨科植入物符合國(guó)人的要求，這實(shí)際上是很難的。近年來(lái)，我們也一直朝著這個(gè)方面努力著，這個(gè)過程是非常艱辛的?！?/p>

第四個(gè)難點(diǎn)是生產(chǎn)工藝的精準(zhǔn)、穩(wěn)定和行業(yè)評(píng)價(jià)體系的建立。首先是需要供應(yīng)商保證產(chǎn)品的精準(zhǔn)性，3D打印金屬植入物對(duì)于材料和制造工藝要求很高，需要很高的精準(zhǔn)度。屠教授認(rèn)為植入物的精準(zhǔn)度需要第三方嚴(yán)格評(píng)估，量化評(píng)估3D打印骨小梁的形態(tài)、孔隙率、孔徑、強(qiáng)度等指標(biāo)；其次是對(duì)成品的后處理進(jìn)行考量評(píng)估；目前國(guó)家有關(guān)部門極為重視并陸續(xù)分批公布相關(guān)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

在屠教授看來(lái)，3D打印應(yīng)用于骨科并非是什么黑科技，任何新奇的光環(huán)無(wú)法避免最后它需要植入體內(nèi)的本質(zhì)，3D打印也只是醫(yī)生治療病人的工具，而不是支配醫(yī)生的工具，醫(yī)生對(duì)待3D打印植入物應(yīng)該慎之又慎。目前國(guó)內(nèi)開展3D打印金屬植入物的醫(yī)院并不少，但是開展的3D打印手術(shù)水平參差不齊?！跋Ｍ麌?guó)產(chǎn)醫(yī)學(xué)金屬或生物3D打印機(jī)早日取代國(guó)外產(chǎn)品；希望3D打印植入物的各相關(guān)團(tuán)隊(duì)認(rèn)真解決設(shè)計(jì)、打印和手術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)，使這項(xiàng)技術(shù)真正成為臨床醫(yī)師斬除病魔的上帝之劍。