上海交通大学医学3D打印创新研究中心戴尅戎：个性化理念与3D打印

中国工程院院士、上海交通大学医学3D打印创新研究中心主任戴尅戎：《个性化理念与3D打印》主题演讲。

戴尅戎：我的题目是个性化理念与3D打印，这里面有两个关健词，一个是个性化，一个是增材制造。

   
先谈一下背景。第一个背景，为什么我要强调个性化医疗？这跟3D打印有什么关系？
   
大家都知道，我们的关节有病以后现在有一个很好的办法，就是做人工关节，把关节换掉，用一个金属的把原来的骨头换掉。这个是整个医学发展，特别是骨科发展当中二十世纪进步的一个很大的一个标志，很多关节疾病都是这样治疗的。但实际上还有很多关节的疾病是得不到这样的治疗的，比如有很严重的畸形，往往有的时候我们的治疗就很困难了。有的是一个巨大的肿瘤，肿瘤切除以后它有一个巨大的缺损，还有严重的不溶解，这些方面往往治疗就产生了困难。所以有人就说，这张图片天上和地上都是叶子，但是全世界找不到两个叶子是完全相同的，树叶如此，人如何？也是一样，全世界人跟人完全一样的即使是双生的也不是。
   
所以在这种情况下，我们每年要做200多万例的人工关节手术，每一个公司能给我们的只是四到五种类型，它要覆盖200万个病人，怎么覆盖？所以在这方面就产生了很大的问题，所以要做到个性化就需要测量，要量的非常准确，要进行设计，要进行计算机化，要省时间还要便宜，这是一个个性化的基本要求。
   
第二个背景，我们现在为什么行了呢？我们现在为什么能够大谈个性化了呢？这是很多工程学的进步，这个工程学进步首先是计算机技术的进步，比如CAD、CAM，这就是的，柔性制造技术也是的。3D打印以前叫做快速原型技术，它是打3D打印模型，我们可以根据病人的模型为每一个病人造一个人工关节。现在到了这个世纪以后我们又可以直接制造出来，我们设计了以后用不着再用减材制造技术去做，直接可以用增材制造技术去进行。因此我们有了一串一串从设计到加工，一直到使用的全过程链条，就这么形成了，所以我们也就逐步从去材制造环境慢慢进入到增材制造的环境。南极熊3D打印网编辑发布。
   
下面以关节为例，给大家举一些例子。我们现在不需要模具了，可以在比较复杂的条件下完成很多东西，因此有人认为增材制造是在蒸汽机、电脑、互联网以后又一项非常伟大的发明，对我们的工作、生活都会有巨大的影响。
   
（PPT图示）下面谈一些在医疗上的具体应用。这是目前九院的3D打印中心，在前面那一大段发展过程当中，我们发现首先是发现了3D打印这么一个技术，然后不断的创造各式各样3D打印的机器。所以也就是说，在前面这一段发展中，在上一个世纪后半段的时候是一个3D打印的方法和设备以及材料的进步。从我们院涉及到的情况来看，我们大概在98年的时候就已经开始用3D打印的快速原型技术进行假体的设计，做到个性化。到了13年的时候，我们开始拿到了国家食品药品监督管理局的批准，批准进行个性化定制的假体的生产。本来在03年以后从一张证变成三张证，从三张证变成六张证，个性化假体就得到了允许。再然后建立了3D打印的中心，这些中心直接到了医院，3D打印机也开始进入了医院。再往后金属打印机出来了，以前用打印机打模型，然后用简材制造的机器做实物。现在像这样的肿瘤病人，我们可以把他的图象搞出来以后，前面是金属打印机，前面是金属打印的假体，后面是塑料打印出来的模型，根据这个模型来设计。所以现在打印到什么程度呢？内心是实心的，而外表面是多孔的，为什么要多孔？轻了，重量轻了，另外骨头能长进去，肌肉能长进去，血管能长进去，这样有利于它跟周围组织的整合。
   
（PPT图示）白白的这个东西是一个导板，我们在手术前在模型上模型虚拟的一套手术技术，到了手术当中能不能按照术前的方法去进行肿瘤的切除？因为如果切的跟术前设计不一样，假体装进去肯定是歪掉的，甚至不能安装的，所以这又是用3D打印打印出来的导板，根据这个导板把肿瘤切下来，然后把假体装上去，装上去以后就达到了替代原来骨头的目的。像这个病人是骨盆的并且，10个月之后他就能开车了，这个病人可以100%下蹲，两边是对称的，分不清哪边开过刀。
   
（PPT图示）这个女孩子从小跳了18年，坚决不用拐杖，现在她要上大学了，到处找医生。所以这个孩子来了以后，我很爽快，我说你不要再跑下去了，截肢。因为这个腿畸形很厉害，截肢之后我保证你两年以后上大学，可以两条腿走路。最后我们给她做了3D打印。她的畸形到处都有，而且膝盖扭转了60度，要转过来需要把所有韧带都切段，这样关节就都坏掉了。所以最后签了两张知情同意书，第一张她愿意做这个手术，但是预知这个手术失败。第二张同意书，如果在手术当中失败了她同意截肢。当然很幸运，她最后做了手术矫正，当然骨骼上面还有弯曲，不能再做了，因为太多补丁，定制的。所以这个孩子到了18岁以后，有生以来第一次在拐杖帮助下两条腿下地走路，因此第二年她就考上了大学，因为她能上楼下楼，她就考上了大学。大学毕业以后她开始做一些教学的工作，然后到了泰国工作，那边有很多孔子学院，她的英文很好。九年以后她结婚了，我们后面又给她做了一个手术，我们用的是记忆合金髋管器，把骨头全部矫正了，所以九年以后她结婚了。我从来不参加人家的婚礼，也不参加葬礼，这个婚礼我去了。这就提出一个问题，如果九年以前这个孩子和她的妈妈同意我的意见截肢截掉，她有没有今天这么愉快？所以科学的进步对每个人、对每个家庭都会有很多影响。我们可以用3D打印做各种体外的东西，这些体外的东西以前大家带上假板都不愿意出去，很难看，现在这种假体可以出去，它可以根据自己的设计变成世界上独一无二的拐杖。这是病人为自己制造的假肢，他说这是世界上最漂亮的假肢、最轻的假肢、最便宜的假肢。
   
（PPT图示）这个病人整个骨盆烂了一个大洞，也就是说哪怕定做的关节摆进去，它掉到洞里面去了。所以这种情况下用3D打印了一个骨盆的模型，跟病人实际模型一样留一个大洞，就在这个模型上做设计，设计假体。这是在手术当中清理出大量的黏性肉芽组织，最后做完手术，功能又重新得到了恢复。
   
（PPT图示）这是更严重的肿瘤病人，肿瘤从骨盆蔓延到大腿上端，这是已经比较后期的病人了。我们老规矩，用3D打印做了模型，然后做各种手术和假体的设计，在3D打印白颜色的导板下面把手术切除，然后用3D打印的假体装在骨盆这一侧，然后再接上骨骨侧的假体，把这两边连起来。这是手术后一年半的情况，他也跟那个女孩子一样，他现在有了自己的家庭，他已经手术后将近四年，他说我现在什么都不想，就想有一个小孩子。所以我们用3D打印模型进行虚拟手术设计，然后用3D打印打印导板确定范围，然后再用3D打印技术确定手术的组织，这些过程中任何细节都离不开3D打印。
   
（PPT图示）这是颈椎高度肿瘤，这个肿瘤在病人入院以后哪怕晃一晃，或者在厕所里解大便的时候就可能发生错位，一旦错位就可能引起猝死，几分钟内病人就可能死亡，所以这个病人面临非常大的生命危险。他找到我们，怎么办？首先这个手术难度太大，因为手术一碰就可能死在手术台上。所以我们用3D打印假体确定这个刀怎么开，最后确定这个刀要分两次开，第一次开后面，第一次开前面。开了刀如果很幸运把肿瘤拿掉而病人没有死亡我们怎么补上去？让上颈椎怎么样重新得到重建？所以又给他设计了一个非常怪的，当中是红心的假体。结果我们确实做了手术，先做后面，再做前面。红箭头的地方骨头都真到假体里面去了，也就是说，这个时候他就稳定了，猝死的可能性就不存在了。三个月的时候他已经能够非常好的走路，能够自然的下蹲，所以这个时候我们把手术以后的保护性的石膏给他解除了。我们一直跟他保持联系，两年以后突然联系不上了，电话也打不通了，最后问了他家庭才知道他现在在船上，他不是去旅游，是在做船工，在船上做劳动，所以他到了亚洲、澳洲，其中左上角是美洲，是美国的海岸，所以他完完全全换了一个人。当然我们对他的工作还是提出异议的，好象太重了一些。
   
（PPT图示）这是一个肩部肿瘤，我们用3D打印技术打印出来，发现肿瘤交织在一起，因此这个手术非常困难。我们一个多学科团队给他做手术，利用3D打印切除肿瘤，装上假体。也就是说，在很多特殊病人当中，我们进行诊断和开始治疗设计就已经依靠上了3D打印，最后依靠3D装上假体。这个技术不仅仅限于骨骼，比如这是一个面部肿瘤，一个很大的肿瘤，我们进行设计，手术以后不仅把肿瘤切除，而且确保了两个眼睛是基本对称，这个病人还能够走到社会上去。
   
（PPT图示）这可能是我们所安放的肿瘤中最小的一个，手里面有8个骨头，最当中的是月骨，这个骨头跟周围的骨头一起动这个手就可以动。他的月骨断了，而且死掉了，死掉的骨头怎么办？我们用3D打印打一个，怎么设计的呢？把另外对称的月骨做一个静相，反过来就是这边的，做好以后它比一个铜板还小，给病人安上去了。一个半月以后，它可以跟好手一样旋转，都能够恢复了。
   
（PPT图示）现在有人说4D、5D，5D是什么？我打了细胞，打了生长因子，这个细胞长成肌腱来了，我们能不能用3D打印打一个关节出来呢？我们做了一些尝试，大家可以看到右下角软骨的图象，上面是软骨，下面是软骨下骨，这两者之间界限画不出一条线来，它是渐变的，这就是关节的表面。这两种组织结构、细胞类型、发育生物学、生物力学都不一样，在3D打印的时候就打出一种是专门生产软骨的两种材料，打出一个支架来，然后专门生长骨头的又有两种材料，一共四种材料共同构成了关节。上面一排种软骨，中间是种骨头的，底下的是套在一起的，我们把它养在老鼠身上八个多礼拜，养老鼠的意思是什么？将来我们可以养在人身上，养好了以后放在他自己身上去，这是一个活性的生物反应器，这个生物反应器可以帮我们养出一个关节，当然也可以给我们养出一个肾脏或者是养出一个肝脏。
   
（PPT图示）这是软骨部分，非常逼真，都是健康的软骨。这是骨头部分，白颜色是3D打印出来的支架，现在开始第四个D在变了，红颜色的东西是新长出来的骨头，慢慢白颜色被吸收，红颜色全部被取代，这就是第四个D。
   
（PPT图示）这个上面是软骨，下面是硬的骨头，我们叫软骨下骨，这之间界限也分不清楚，互相交织，非常逼真，这只羊走的非常好。下面是两个研究生，一个是材料研究生，一个是医学研究生，是他们两个的合作。
   
现在由于疾病导致有很多患者是等肝脏的、肾脏的、角膜的，只有1—4/100人能够得到满足。所以这是一个很大的挑战，我们人的寿命越来越长，健康状况越来越好，但是有些人在等，所以这是一个死结，是解不开的。但是现在我们已经开始有人做出耳朵来了，这个在九院做的最早，单单九院至少有10个以上耳朵全没有的重新做出来了。有人做了虚拟的肾脏，还有人作出了心脏，还有做出了支气管，支气管在美国已经有将近10个病例直接用在小孩身上了，国内也有将近10个病例在不同的医院用在小孩身上，都是先天性支气管的异常。
   
所以不能不说这是一个伟大的事情，是一个非常伟大的事情。也就是说，再生医学里面所面临的我刚才讲到的，缺乏脏器和组织的死结有可能因为3D打印和工程组织的结合而得到彻底的解决，这是我们的未来。
   
最后讲一下我们的未来，现在开始越来越多领域引发研究、设计、生产，是流通的革命性变化。还有很多偏远地区，我们有很多分院、分中心或者联盟，我们也一样建立了很多，这是一个非常好的互相帮忙的方式，在新疆有一个病人，可以通过远程会诊，我们给他设计好，给他做一个东西出来拿飞机运过去。有人说这太费事情，这边传过去，那边用一个3D打印机在新疆打出来。这个无所谓，因为跑一趟也不要紧。但如果在飞船上面有一个螺丝钉断了，是不是要派一个人送一个螺丝钉到飞船上去？应该在飞船上有一个3D打印机，它可以打印出很多东西来。我们的技术展望，通过不断的普及可以使得少数人掌握变成多数人掌握，甚至于变成每个人掌握。刚刚有电脑的时候，谁有那么多钱来买电脑？现在在城市里几乎家家有电脑，甚至一家有三四个电脑，打印机会不会这样？所以我们这些设备本来局限在工厂生产单位的，将来能不能进学校，能不能进医院，能不能进家庭？所以3D打印我个人觉得确实它的发展是无限的，它的应用能力正在不断的扩大，它在制造业以及其他的行业也在不断的提高，它的研发和市场链条越来越形成，所以出现了良好的竞争力，当然它也不断产生各种各样的问题。所以在打印设备、技术成熟度以及怎么样做到国产化，使得国产的设备和材料能够占有一定的市场。我们的教育培训系统怎么样把它完善化，现在我们派了几个专人来组织创客中心，使得把它的技术推广出去。当然我们要做很多的监测，要定规范，定生产的要求，这还有很多事情要做。
   
简单做一个预测，3D打印本来是做模型的，然后直接制造了假体，制造了产品。我们本来只是把本来的一些制造技术加以补充，加以提高，现在替代，将来有很多增材制造可以替代简材制造。我们的产量从小批量个性化，逐渐变成大批量个性化。所以现在我们提个性化那是个别人的事，但是我们做人工关节一年200多万例，怎么个性化？所以怎么样批量化的生产？所以将来在医学上面3的P都要沾光，个体化、精准化、皮肌化都要沾光，还要省时间、省钱。
   
第二是大规模制造，将来假眼睛，现在好的老师八周做一只，我们能不能3D打印？3D打印不需要8周，打印机很大，我们没有必要一次打一个假眼睛，一次打一排10个行不行？如果行两排就是20个，或者一次打60个假眼睛，这不就行了嘛。英国一个公司计算出来，平均一个钟头做150个假眼睛，而且效果可以跟最有经验的老师相媲美。
   
所以个性化定制将成为一个非常热门的词汇，现在已经不是为个别人服务了，它的定制范围是包罗万象的，以不可思议的速度进入我们的生活，在各个方面，包括做眼睛等等。所以有各种各样的APP横空出世，我们就可以直接用它来打印东西，它会进入到每家每户，而且价格在降低。所以我们可以通过打印得到一个高品质的东西，而它的价格是平民的价格。
   
美国乔治华盛顿大学GV预测，改变未来的十大技术，就是大规模的定制。这个大规模定制是两个技术捆在一起的，没有3D就没有Mass Customn，所以把这两个技术捆在一起了，认为是影响未来十大技术之二。
   
刚才讲到4D、5D，刚才第一个女孩子就用了形状记忆合金的产品，所以这当中还有很多其他的D。
   
我们的辅助设备在提高，我们做很多手术的时候都需要用激光进行扫描，现在有一些扫描仪，扫全身只需要4秒钟，全身扫出来给你数据10美元。这就可以完全普及了。
   
另外是很多的标准，现在我们总认为是可以静下心来写标准的时候了，但是很多人认为早就应该写标准了，不是现在写标准的问题，比如日本，到现在没有作出很多个性化的东西，但是它写了很多标准出来了，个性化的髋、个性化的踝等等都写出来了。现在我们国家是遍地的产品，但是标准没有出来。
   
所以我个人感觉到，一旦用了3D金属打印技术以后，看到了它的方便、简洁、紧缺之后，就再也不愿意回到原来旧的服务方式中去了。
   
非常感谢大家。