中南大學湘雅醫院鍾達副教授：3D列印導板實現100％的手術成功率

《3D列印世界》訊/3D列印模型、導板、植入物再到生物組織，關於3D列印應用於醫療上的諸多美好遐想早就被網上喋喋不休的文字修飾得越發高大而不可捉摸，如何讓這項技術落地，使患者真切地從中受益？中南大學湘雅醫院鍾達副教授專註於將3D列印應用於自身的專業領域——成人DDH（先天性髖關節發育不良）髖關節置換手術中。經過不斷地深入鑽研，在過去一年多時間裡，藉助湖南華曙高科技術有限責任公司（以下簡稱「華曙高科」）3D列印解決方案，將3D列印髖關節術前模型與3D列印髖關節截骨導板相結合，成功實施40多例此類手術，讓原本高度依賴醫生臨床經驗的髖關節置換術的手術成功率達到了100%，手術精確度更是大大提高，在業內獨樹一幟。

「3D列印在醫療上的應用是一片廣闊的藍海，裡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，鍾達也愈發深切地感受到3D列印的魅力所在。

打破老觀念 擁抱新技術

3D列印應工業之需而誕生，近幾年卻不意在醫療界變得炙手可熱，頗有點「他山之石可以攻玉」的意思。

作為在骨科圈內小有名氣的專家，2015年年中，鍾達副教授初次接觸到3D列印概念時並不看好這項技術，「戴尅戎院士每年年會都會講到3D列印，但都是用於高端複雜的手術，我當時覺得把它常規化應用還需要很久」，鍾達回憶道，而列印一個簡單的術前參考模型，對於基本功紮實的骨科醫生來說似乎更加顯得多餘。老一輩的專家對於技術有著自己的固執，他們積累了深厚的功底，通過X光片的明暗表現和CT掃描的斷層就能推斷出很多細節，甚至CT掃描合成的三維圖像他們也認為只是給患者家屬和不懂行的人看的，更遑論需要依賴3D列印出的模型來做手術了。

「後來我慢慢發現，不能說他們的觀念錯了，實際上不是這麼回事」，2015年底一個相對失敗的手術讓鍾達開始重新反思：首先，即使自己做了那麼多手術，臨床經驗足夠豐富，也無法避免失誤；其次，僅僅依靠老一輩的經驗方式來培養醫生，要達到他們的水平需要非常長的時間，如果有了這種三維數字影像的幫助，培訓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門檻降低，讓廣大的基層醫生也能開展高難度的手術，不需要把病人都集中到大醫院來，就可以更好地造福群眾。由此，鍾達對3D列印的看法有了改觀，並開始在骨科胡懿郃主任的支持下進行應用化研究。

而為何鍾情於3D列印導板，鍾達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列印植入物材料方面已經積累了豐富的經驗，現在要起步和他們競爭非常困難，而如果只是簡單地列印一個模型，即使模型做得再精美，在實際手術中也無法使自己更勝一籌。但導板卻是一個別人沒有深入研究的「空檔」，它對技術和材料的要求沒那麼高，而且又能依託湘雅醫院現有的合作夥伴——華曙高科與湖南華翔增量製造股份有限公司（以下簡稱「湖南華翔」）提供技術支持。「即便是戴院士做好了3D列印植入物，要將其安裝到準確的位置，也需要導板和導向的輔助，」鍾達表示。

在參考了國外的經驗後，鍾達帶領湘雅骨科團隊開發出了自己的系統，並於2016年3月完成第一例在3D列印導板輔助下的髖關節置換手術。如今，經過幾代的改進，成功的手術案例已達40多個。湘雅骨科團隊圍繞該技術申請了國家發明專利一項，獲得相關國家實用新型專利授權一項，憑藉對該技術高超的專業水準和經驗積累，鍾達副教授還榮獲2016「金手獎」骨科手術病例邀請賽全國總決賽第一名。

將3D列印導板用於髖關節置換手術並非鍾達首創，為何唯獨湘雅骨科團隊會在國內產生這麼大的影響？

鍾達表示，在安徽和新疆也有一些老師做髖關節導向器，但是後來都放棄了，究其原因，他分析：首先，髖關節的容錯度是比較高的，位置差一點點似乎並不是很要緊，他們認為3D列印的指向器的意義並不大；其次，是因為沒有找很一個很好的方法來指向，髖關節內的結構非常複雜，存在很多軟骨組織，這些軟骨組織在CT上無法顯影，因此如何儘可能避開這些組織獲取準確的數據，找到精準的定位和定向是比較困難的。

「我看他們的導板設計都是以髖臼窩為基礎來獲取數據，但髖臼窩中有很多軟骨，這樣會對數據的準確性產生影響，而我們則是以髖臼外上緣的骨質為基點，這些骨質非常乾淨清晰，可以作為很好的數據來源，從而實現精準的定位和定向，而為此增加的額外創傷並不大，臨床上完全可以接受。」鍾達解釋。

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據來源，鍾達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鍵原因。中國工程院戴尅戎院士也曾在媒體採訪時高度評價湖南3D列印醫療應用成果：「各個省都在做3D（列印），湖南做得比較優秀。」

另外，由於新技術能極大的縮短手術醫生的培養時間，成為年輕醫生的成長捷徑。因而開明的科室領導、前輩專家的支持至關重要。可以說「沒有骨科主任胡懿郃教授的支持和指導，就沒有新技術的成功！」鍾達副教授深情談到。

常規手術精確化，特殊手術常規化

「常規的手術用常規的器械就可以滿足，但3D列印最終要為特殊化的手術服務」。

發育性髖關節發育不良（DDH）從全國範圍來講每年的的病例大概有上萬個，在湘雅醫院這種國內頂級醫院每年的手術大概幾十例，這種數量並不是太多，而且用傳統方法也能滿足需求的手術病例是否真的需要用到3D列印？

對此，鍾達認為，「常規化手術和特殊化手術不是一成不變的，當你對手術精度要求很高的時候，常規手術也可以變成特殊手術，如果能用簡便的工具精確定位，特殊手術也可以常規化。」

在髖關節置換術中，3D列印導板可以幫助醫生在手術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，減少了手術損傷、縮短了手術時間、提高了複雜人工髖關節置換術的成功率。不僅如此，3D列印對醫生來說也是一個有益的工具，它避免了醫生長時間地暴露在X光放射源下，保護了醫生的身體健康。

隨著社會的不斷進步，患者對手術的要求將越來越高，越來越多所謂常規的手術會進入特殊範疇，因此3D列印技術的應用會越來越廣。

「以前我覺得做模型沒啥意思，導板也只是一個小縫隙，但隨著我的應用越來越多，發現3D列印其實是個藍海。像戴院士在這個領域耕耘了很多年，也還沒有窮盡其中的奧妙，它涉及到材料、導向、各種臨床應用等，可研發的內容太多了，」鍾達感嘆。

但目前醫療3D列印也存在著綜合性人才缺口問題，鍾達總結了目前醫療3D列印的四大關鍵人才：提供想法和靈感的臨床醫生；3D列印構圖設計師；力學方面的工程師；臨床方面的影像專業人才。3D列印作為一個綜合性的學科，最終的列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列印技術很高大上，就像他們有一把倚天劍屠龍刀，但這個劍要落到什麼地方，可能需要醫生的引導」。目前，湘雅骨科團隊和湖南華翔的工作模式是以醫生為核心，醫生提出想法，再由湖南華翔的工程師製圖，採用華曙高科3D列印解決方案將其製成，再回到臨床上通過醫生的檢驗，這樣經過反覆地製圖檢驗，最終達到和諧的地步。

「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，設計出來的東西經不經得起力學的考驗還是個很大的問題，」鍾達提到，「另外，來源於醫院的CT數據要怎樣更好地處理，有的CT值信號高，有的信號低，怎麼才能精確還原？目前這些都是由做3D列印的工程師進行初步處理，但其製作出來的結果滿意度往往不夠。」

鍾達又舉例道，如果有一天能把CT和核磁共振結合，同時顯示出骨組織和軟組織，就能更好地鑒別軟硬組織，使影像的準確性更高，但這需要一個專業的影像學專家來做，目前國內這些人才都很欠缺。

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與其他技術相結合，3D列印藍海更藍

目前對3D列印持有兩種極端的態度傾向，一種認為3D列印完全沒用，拒絕它，而另一種則認為只有3D列印技術好，其他技術都不行。而從鍾達身為一個醫生的立場來看，只要有用的技術都是好的，3D列印能很快速地製作出異形導板，這是其他技術無法比擬的優勢，但3D列印也絕不能取代以前的技術，「3D列印一定要和新、老技術結合才能發揮更大的效益」，而這也是湘雅大學骨科團隊在努力的方向。

即使3D列印導板可以讓醫生在髖關節置換術中如虎添翼，但鍾達也很清楚它還存在一些問題。比方說，這個導板做為一個工具，但手術中佔用了一定的空間，如今，經過幾代的設計改進，湘雅醫院骨科團隊已經想辦法將其小型化，安裝到手術中不太利用到的位置上，從而達到節省空間的目的。

沿著這樣的思路，鍾達又提出了新的想法，他希望將3D列印技術和激光制導相結合。「用激光來指向和定位，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（增強現實）技術的快速發展，鍾達認為3D列印+AR可以在醫生的臨床手術中發揮巨大的作用。

AR技術讓醫生通過一副眼鏡看到真實手術場景，同時又會在醫生的視網膜上投射出一個虛擬病灶部位，將骨組織裡面的神經和血管一清二楚地呈現在醫生眼前，以此溝通虛擬和現實達到幫助手術的目的。今年威海市中心醫院通過AR技術順利完成了一例骶骨尾部巨大梭形細胞瘤切除及椎體置換手術，將AR技術應用於骨科在全國來說尚屬首例。

然而，鍾達告訴我們這項技術還存在很多局限，其中數據匹配是一個難題。使用AR技術，醫生首先需要將患者病灶部位的外觀進行掃描獲取數據，在手術中，眼鏡中事先輸入的數據將自動和病灶部位相匹配，從而在醫生的眼前呈現出虛擬的場景。但實際上，病人的骨頭是沒有辦法剝個精光來供醫生進行掃描的，因此，3D列印就可以發揮其作用了。通過3D列印定準骨頭的幾個點，然後對3D列印的部件進行掃描就可以實現數據的精準匹配，「未來我們可能會考慮這方面的研究，」鍾達表示。

3D列印是一片很深很大的藍海，而要在這個藍海中找到自己的一片天地，並且能真正地施惠於民，鍾達給出的建議是，找到一個最具有特色且最具發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勝的東西來」。

迄今為止，華曙高科與湖南華翔已將3D列印拓展到全國20多家三甲醫院，實現了16個臨床科室業務覆蓋，積累了1500多例3D列印臨床應用案例，涉及到的學科有骨科、肝膽、泌尿、腫瘤、血外、神外、口腔、整形、康復等16個科室應用，其學科應用的廣度、深度及案例數居全國第一，且無一例病患糾紛,被專家稱為"看得見的精準治療"。

正是以此為前提，湘雅醫院骨科鍾達副教授的團隊從一個小小的3D列印髖關節導板出發，真正將3D列印從雲端拉到醫生手術台前，讓這項高大上的技術變得可親可愛，平易近人，體現出對民眾的人文關懷。

180頁3D列印行業應用白皮書（2017）

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