上海交通大学教授王成焘《对医学3D打印的进一步思考》

2018年10月26日，由上海市人民政府指导、上海市经济和信息化委员会支持、上海市增材制造协会主办的第三届SAMA国际论坛暨2018世界3D打印年会在上海盛大开幕。吸引了来自中国、美国、英国、法国、德国、荷兰、比利时、新西兰、加拿大、日本、韩国、瑞典、埃及、土耳其、乌克兰、瑞士、以色列等来自全球30余国近100位全球顶级专家以及近1000名参会代表出席。10月27日，同期举办了3D打印医疗应用论坛，来自国内外医疗领域相关专家做了精彩分享。
上海交通大学教授王成焘做了《对医学3D打印的进一步思考》的分享。

数字骨科学主要是4个支撑学科，8个组成部分。4个支撑就是：数字影像计算机图学、数字制造技术、数字信息技术、人体生物力学。8个组成部分：顶层是医学影像处理与建模，正因为今天有了这个就得以在手术规划阶段实现了数字化，包括把3D打印和模型用来进行规划，这种规划的结果，常常是需要做个性化植入物。今天3D打印可以很方便的量体裁衣一个个体化植入物，而且金属打印还可以直接生成这个植入物，这种精准的植入物在临床显然靠医生的手工是不适应了，因此手术中导航跟机器人捕捉应运而生。

手术导板也成为精准手术的重要技术手段，这些技术最后在手术室实现，因此今天数字化手术室也成为了一个我们数字医学的重要组成部分。当手术完了以后进入康复，过去我们实现了数字分析进行康复，今天3D打印的支具也成为一个康复的重要组成部分，所以这8个内容顶层是依靠医学图象处理，3D打印在每个部分都得到应用，因此3D进入医学界以后收到了大家非常热烈的欢迎。

第一个我认为3D打印和模型导板很快会成为常态技术，就是医生用它的时候觉得很自然很常规，3D打印的模型逐渐被科学认识了。今天3D打印其实是我们X光发明以后，CT/MRI发明以后医学信息来源的重要的里程技术，当X光不够用的，叫病人拍CT，当CT不够用的时候，今天3D打印提供了更多一个层次的解决方案。

像3D打印模型帮我们做术前的预制也是非常重要的应用，中华医学会数字医学分会发布了3D打印模型专家共识，列了9个适应症，让应用更加规范化。这个打印的内容在肝胆外科、泌尿科都得到了广泛的应用。

大家自己在科室建了很强的3D打印的能力，这就叫常态化，但是我常态为什么没有在全国形成燎原之势，主要是被法规卡住，我们在仁济医院帮助建立了3D打印中心，做了一个试点，100例不收费，8月1号到9月10号做了44例，说明这个需求是客观存在的，现在被收费的问题卡住。12个部委发文，表示2020年解决收费标准和进医保的问题，因此我认为很快就会常态化应用。

到那个时候使用的模式我的观点是双轨制，大的医院应该购置基本的设计基本的软件，有基本解决问题的能力，但是也要依托社会和第三方，因为需要更多的设备更多的软件跟人力资源，这个是医院不可能，也不容易具备的。我们现在这被多设备医院购买是没有必要的，这么多软件医院也没有必要购置，尤其是有一些打印需要资质的，要工程学的行为，需要建立产业实现，12个部委里面谈到3D打印要跟互联网技术结合，要应用整个社会资源，我们跟医院合作就发现医院不缺钱，也不缺钱买软件，最缺的就是工程技术人员，他们是医院不可能有很多编制进工程，另外要高端的技术人才，高端的技术人才在不会看病的医院里很难有发展前途，因此第三方产业的支持是必然的。

第二个思考，3D打印植入物到了一个迎接创新的春天，金属3D打印为我们个体化植入开辟了一个新的天地，如果我们在2004年拿国家科技进步奖的时候，个性化植入物的手段主要靠加工中心，今天3D打印使得我们的技术提高了一个明显的层次。

另外3D打印最重要的是打机械制造过去不能实现的多孔的材料，多孔可以让我们用很轻的结构满足解剖，可以调节植入物刚度，避免了应力遮挡，我们可以多控调节变刚度，最重要的多孔有可能实现植入物的生命化。因此它在标准植入物和个体植入物两方面都会带来很大的发展前途。
一个发展是工程领域的，过去要靠多孔烧结钛球钛粉，这是我分析的案例一个，断了发现强度很够，但是为什么断，是因为烧结表面的时候，烧坏了。这个问题今天用3D打印可以解决，这是工程层面的一个解决。

第二个3D打印将会催生出一批标准化多孔植入物。今天可以按照多孔的方式设计各种各样的新的植入物，像是北大跟爱康谊城的合作。国外也开发出很多热门的产品，有一些对我们是很有启发的。金属3D打印会有力推进个人化植入物的发展，国家12部委的文里面也要推动这些东西。

    它的公布最大的是把我们的过去思路理顺了，过去认为个性化很难突然出现一个病例，突然的设计，怎么控制风险，其实理顺以后发现我们大批东西都可以纳入到患者匹配型个体化植入物，使得我们标准设计不再把市寸设在一连串的节点上了，根据患者的需求做一系列的微调。

这是典型的个体化植入物，实际上全部都是跟正规的一样有强度计算，有很多的临床分析，只不过关键尺寸需要按照患者匹配，之后就可以列入到标准植入物但是患者匹配型，像接骨板今后也可以纳入到患者匹配型，特别是颅骨修复体，这种也会纳入到患者匹配型。

我们的目标不仅如此，我们目标希望能跟肌腱长和能承受足够的力，这条路还很长。医生的创造力转移到跟工程界合作创新各种各样的植入物。

必须进一步加强金属3D打印植入物的研究，我们做了大量的实验发现静强度是够的，延伸力也是够的，但是疲劳强度不够。通过热等静压可以做到，但是不是个体可以做，导致了我们个体差异化的发展。我们在今天实体材料还是尽量做承载力比较少承载力高的减少使用。

首先是多孔类型的选择，有这么多类型我们目标是降低刚度，降低盈利追当，同时孔隙要有利于组织的长如，通过多孔孔隙度结构变化可以调节刚度对我们很有利。天津检测中心也把孔隙率和孔径作为重要的指标，我们做了大量的实验看怎么测量，但是测量以后发现同样一个设计同样一个工艺，在孔隙率方面差异变化还是很离散的，因此一个好的工艺把它稳定住保定住是一个重要的内容，加上两种不同的打印方式，同样设计孔隙率也是不一样的，也需要合理的控制，这就需要测量法规控制，今天怎么测量，连孔径的定义都没有，孔径是一个直径，但是大量的是有孔无径，这种情况下怎么检测，这个标准没有，我们认为这是当强急需细化的法规中加以解决。

大家都担心植入物的疲劳性能怎么样，我们做了大量的实验发现还是孔隙率大杆粗的好，我们金殿为产业界进行设计，先用支撑把强度问题搞定再用多孔填充。我们跟KKS合作，打印以后剩下的粉尘怎么解决，那些粉末如果没有出来到人体不是我们想像的颗粒很大细胞不会吞噬，不会产生反应，不是的，他们研究生做了多遍实验，证明虽然比磨损的颗粒造成的生产学反应要低，但是反应的程度近一半左右不可忽视，因此粉末结构要容易清洗，另外怎么做法规检测也必须要制定。

骨小梁，现在炒的很热，说表面结构是骨小梁结构，我对此是有疑义的。这是我们算出来的骨小梁走向分布，跟实际的是完全一样，证明沃尔夫的定律是完全有用的。就产生一个问题，你做的骨小梁是哪一个部分的骨小梁，全身骨小梁长的都是不一样。我认为实际上还是孔径和孔隙率是关键，骨小梁的结构我认为有一点商业炒作。

我们现在最好的是表面多孔，我们在打印技术当中有一叫嫁接可以在原有的基础上上面打一个复杂的结构，今天我们已变成常规为工业服务。能够用到植入物当中，这是我们嫁接打印的镜像，我们做了实验，嫁接的部分强度甚至高于母体，这个对于我们研究和应用对植入物的发展有重要的工艺学参考意义。

来源：SAMA国际论坛