【专访】中南大学湘雅医院钟达副教授：3D打印导板实现100%的手术成功率

《3D打印世界》讯/3D打印模型、导板、植入物再到生物组织，关于3D打印应用于医疗上的诸多美好遐想早就被网上喋喋不休的文字修饰得越发高大而不可捉摸，如何让这项技术落地，使患者真切地从中受益？中南大学湘雅医院钟达副教授专注于将3D打印应用于自身的专业领域——成人DDH（先天性髋关节发育不良）髋关节置换手术中。经过不断地深入钻研，在过去一年多时间里，借助湖南华曙高科技术有限责任公司（以下简称“华曙高科”）3D打印解决方案，将3D打印髋关节术前模型与3D打印髋关节截骨导板相结合，成功实施40多例此类手术，让原本高度依赖医生临床经验的髋关节置换术的手术成功率达到了100%，手术精确度更是大大提高，在业内独树一帜。

“3D打印在医疗上的应用是一片广阔的蓝海，里面即使容纳十个院士级别的教授也难以穷尽其中的奥妙”，随着临床案例的增多，钟达也愈发深切地感受到3D打印的魅力所在。

打破老观念 拥抱新技术

3D打印应工业之需而诞生，近几年却不意在医疗界变得炙手可热，颇有点“他山之石可以攻玉”的意思。

作为在骨科圈内小有名气的专家，2015年年中，钟达副教授初次接触到3D打印概念时并不看好这项技术，“戴尅戎院士每年年会都会讲到3D打印，但都是用于高端复杂的手术，我当时觉得把它常规化应用还需要很久”，钟达回忆道，而打印一个简单的术前参考模型，对于基本功扎实的骨科医生来说似乎更加显得多余。老一辈的专家对于技术有着自己的固执，他们积累了深厚的功底，通过X光片的明暗表现和CT扫描的断层就能推断出很多细节，甚至CT扫描合成的三维图像他们也认为只是给患者家属和不懂行的人看的，更遑论需要依赖3D打印出的模型来做手术了。

“后来我慢慢发现，不能说他们的观念错了，实际上不是这么回事”，2015年底一个相对失败的手术让钟达开始重新反思：首先，即使自己做了那么多手术，临床经验足够丰富，也无法避免失误；其次，仅仅依靠老一辈的经验方式来培养医生，要达到他们的水平需要非常长的时间，如果有了这种三维数字影像的帮助，培训时间则可以大大缩短；更重要的是，如果有一个工具能将手术门槛降低，让广大的基层医生也能开展高难度的手术，不需要把病人都集中到大医院来，就可以更好地造福群众。由此，钟达对3D打印的看法有了改观，并开始在骨科胡懿郃主任的支持下进行应用化研究。

而为何钟情于3D打印导板，钟达开玩笑说自己是捡了“漏”。他分析道，以戴尅戎院士为代表的前辈们在3D打印植入物材料方面已经积累了丰富的经验，现在要起步和他们竞争非常困难，而如果只是简单地打印一个模型，即使模型做得再精美，在实际手术中也无法使自己更胜一筹。但导板却是一个别人没有深入研究的“空档”，它对技术和材料的要求没那么高，而且又能依托湘雅医院现有的合作伙伴——华曙高科与湖南华翔增量制造股份有限公司（以下简称“湖南华翔”）提供技术支持。“即便是戴院士做好了3D打印植入物，要将其安装到准确的位置，也需要导板和导向的辅助，”钟达表示。

在参考了国外的经验后，钟达带领湘雅骨科团队开发出了自己的系统，并于2016年3月完成第一例在3D打印导板辅助下的髋关节置换手术。如今，经过几代的改进，成功的手术案例已达40多个。湘雅骨科团队围绕该技术申请了国家发明专利一项，获得相关国家实用新型专利授权一项，凭借对该技术高超的专业水准和经验积累，钟达副教授还荣获2016“金手奖”骨科手术病例邀请赛全国总决赛第一名。

将3D打印导板用于髋关节置换手术并非钟达首创，为何唯独湘雅骨科团队会在国内产生这么大的影响？

钟达表示，在安徽和新疆也有一些老师做髋关节导向器，但是后来都放弃了，究其原因，他分析：首先，髋关节的容错度是比较高的，位置差一点点似乎并不是很要紧，他们认为3D打印的指向器的意义并不大；其次，是因为没有找很一个很好的方法来指向，髋关节内的结构非常复杂，存在很多软骨组织，这些软骨组织在CT上无法显影，因此如何尽可能避开这些组织获取准确的数据，找到精准的定位和定向是比较困难的。

“我看他们的导板设计都是以髋臼窝为基础来获取数据，但髋臼窝中有很多软骨，这样会对数据的准确性产生影响，而我们则是以髋臼外上缘的骨质为基点，这些骨质非常干净清晰，可以作为很好的数据来源，从而实现精准的定位和定向，而为此增加的额外创伤并不大，临床上完全可以接受。”钟达解释。

怎样寻找到髋臼上缘更好的角度，哪个点、哪个面更适合作为数据来源，钟达对此做了大量的研究工作，这就是该团队能取得如此成功的关键原因。中国工程院戴尅戎院士也曾在媒体采访时高度评价湖南3D打印医疗应用成果：“各个省都在做3D（打印），湖南做得比较优秀。”

另外，由于新技术能极大的缩短手术医生的培养时间，成为年轻医生的成长捷径。因而开明的科室领导、前辈专家的支持至关重要。可以说“没有骨科主任胡懿郃教授的支持和指导，就没有新技术的成功！”钟达副教授深情谈到。

常规手术精确化，特殊手术常规化

“常规的手术用常规的器械就可以满足，但3D打印最终要为特殊化的手术服务”。

发育性髋关节发育不良（DDH）从全国范围来讲每年的的病例大概有上万个，在湘雅医院这种国内顶级医院每年的手术大概几十例，这种数量并不是太多，而且用传统方法也能满足需求的手术病例是否真的需要用到3D打印？

对此，钟达认为，“常规化手术和特殊化手术不是一成不变的，当你对手术精度要求很高的时候，常规手术也可以变成特殊手术，如果能用简便的工具精确定位，特殊手术也可以常规化。”

在髋关节置换术中，3D打印导板可以帮助医生在手术中可以快速确定髋臼的定位、磨锉的大小、深度、角度以及髋臼螺钉入钉位置、角度、长度等，使得植入假体精确度仅相差一两毫米，减少了手术损伤、缩短了手术时间、提高了复杂人工髋关节置换术的成功率。不仅如此，3D打印对医生来说也是一个有益的工具，它避免了医生长时间地暴露在X光放射源下，保护了医生的身体健康。

随着社会的不断进步，患者对手术的要求将越来越高，越来越多所谓常规的手术会进入特殊范畴，因此3D打印技术的应用会越来越广。

“以前我觉得做模型没啥意思，导板也只是一个小缝隙，但随着我的应用越来越多，发现3D打印其实是个蓝海。像戴院士在这个领域耕耘了很多年，也还没有穷尽其中的奥妙，它涉及到材料、导向、各种临床应用等，可研发的内容太多了，”钟达感叹。

但目前医疗3D打印也存在着综合性人才缺口问题，钟达总结了目前医疗3D打印的四大关键人才：提供想法和灵感的临床医生；3D打印构图设计师；力学方面的工程师；临床方面的影像专业人才。3D打印作为一个综合性的学科，最终的打印出来东西是否能用，由很多方面的因素决定。

“华曙高科的3D打印技术很高大上，就像他们有一把倚天剑屠龙刀，但这个剑要落到什么地方，可能需要医生的引导”。目前，湘雅骨科团队和湖南华翔的工作模式是以医生为核心，医生提出想法，再由湖南华翔的工程师制图，采用华曙高科3D打印解决方案将其制成，再回到临床上通过医生的检验，这样经过反复地制图检验，最终达到和谐的地步。

“中间还有很多困难，这些工程师虽然图制很漂亮，但是他们不懂力学，设计出来的东西经不经得起力学的考验还是个很大的问题，”钟达提到，“另外，来源于医院的CT数据要怎样更好地处理，有的CT值信号高，有的信号低，怎么才能精确还原？目前这些都是由做3D打印的工程师进行初步处理，但其制作出来的结果满意度往往不够。”

钟达又举例道，如果有一天能把CT和核磁共振结合，同时显示出骨组织和软组织，就能更好地鉴别软硬组织，使影像的准确性更高，但这需要一个专业的影像学专家来做，目前国内这些人才都很欠缺。

与其他技术相结合，3D打印蓝海更蓝

目前对3D打印持有两种极端的态度倾向，一种认为3D打印完全没用，拒绝它，而另一种则认为只有3D打印技术好，其他技术都不行。而从钟达身为一个医生的立场来看，只要有用的技术都是好的，3D打印能很快速地制作出异形导板，这是其他技术无法比拟的优势，但3D打印也绝不能取代以前的技术，“3D打印一定要和新、老技术结合才能发挥更大的效益”，而这也是湘雅大学骨科团队在努力的方向。

即使3D打印导板可以让医生在髋关节置换术中如虎添翼，但钟达也很清楚它还存在一些问题。比方说，这个导板做为一个工具，但手术中占用了一定的空间，如今，经过几代的设计改进，湘雅医院骨科团队已经想办法将其小型化，安装到手术中不太利用到的位置上，从而达到节省空间的目的。

沿着这样的思路，钟达又提出了新的想法，他希望将3D打印技术和激光制导相结合。“用激光来指向和定位，这样就不再需要考虑工具大小的问题了。”

另外，随着近年来AR（增强现实）技术的快速发展，钟达认为3D打印+AR可以在医生的临床手术中发挥巨大的作用。

AR技术让医生通过一副眼镜看到真实手术场景，同时又会在医生的视网膜上投射出一个虚拟病灶部位，将骨组织里面的神经和血管一清二楚地呈现在医生眼前，以此沟通虚拟和现实达到帮助手术的目的。今年威海市中心医院通过AR技术顺利完成了一例骶骨尾部巨大梭形细胞瘤切除及椎体置换手术，将AR技术应用于骨科在全国来说尚属首例。

然而，钟达告诉我们这项技术还存在很多局限，其中数据匹配是一个难题。使用AR技术，医生首先需要将患者病灶部位的外观进行扫描获取数据，在手术中，眼镜中事先输入的数据将自动和病灶部位相匹配，从而在医生的眼前呈现出虚拟的场景。但实际上，病人的骨头是没有办法剥个精光来供医生进行扫描的，因此，3D打印就可以发挥其作用了。通过3D打印定准骨头的几个点，然后对3D打印的部件进行扫描就可以实现数据的精准匹配，“未来我们可能会考虑这方面的研究，”钟达表示。

3D打印是一片很深很大的蓝海，而要在这个蓝海中找到自己的一片天地，并且能真正地施惠于民，钟达给出的建议是，找到一个最具有特色且最具发展方向的一个点深入研究，“我们不是要比做出了多少东西，而是要做出比别人更优胜的东西来”。

迄今为止，华曙高科与湖南华翔已将3D打印拓展到全国20多家三甲医院，实现了16个临床科室业务覆盖，积累了1500多例3D打印临床应用案例，涉及到的学科有骨科、肝胆、泌尿、肿瘤、血外、神外、口腔、整形、康复等16个科室应用，其学科应用的广度、深度及案例数居全国第一，且无一例病患纠纷,被专家称为"看得见的精准治疗"。

正是以此为前提，湘雅医院骨科钟达副教授的团队从一个小小的3D打印髋关节导板出发，真正将3D打印从云端拉到医生手术台前，让这项高大上的技术变得可亲可爱，平易近人，体现出对民众的人文关怀。

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