王成燾教授：將醫學3D打印成果從PPT轉化為GDP
王成燾教授簡介：
1940年出生于天津，1962年上海交通大學機車車輛工程系本科畢業，留校任教。1981-1983年聯邦德國Karlsruhe大學訪問學者，1990年受聘為正教授，1991年任博士生導師，首批國務院特殊津貼享受者。歷任數字醫學教育部工程研究中心臨床數字技術領域學術帶頭人、中國機械工程學會榮譽理事、生物制造分會副理事長兼學術委員會主任、摩擦學分會榮譽理事、上海生物醫學工程學會榮譽理事、上�？祻凸こ萄芯繒睍L等職。
近30年致力于工程學與醫學相結會的交叉學科研究，研究領域包括：1、人體骨肌生物力學與生物摩擦學；2、外科臨床數字技術；3、硬組織外科植入物；4、3D打印技術醫學應用等。
主持國家自然科學基金“中國力學虛擬人”重點項目、亞洲人工關節重大國際合作項目及面上項目15項，獲省部級科研成果14項，科研成果“個性化人工骨關節CAD/CAM技術與臨床工程系統”獲2004年國家科技進步獎二等獎。出版《人體生物摩擦學》、《人體骨肌系統生物力學》、《骨科植入物工程學》、等國家科學專著基金資助著作6部，其中，專著《人體生物摩擦學》獲2011年度中國機械工業科學技術獎二等獎。擁有授權國家發明專利30項，共培養博士研究生47名、碩士研究生48名、指導博士后10名。
剛過完春節，生物3D打印界便被一則重磅消息炸開了鍋——來自范德保大學醫療中心的腎病專家William H.Fissell IV副教授及其團隊使用3D打印技術開發出了一種可植入的人工腎臟。這里程碑式的研究成果在業界再次掀起討論生物3D打印的熱潮。本期我們《3D打印商情》便盛情邀請上海交通大學教授王成燾為大家講解3D打印技術在醫療臨床上的應用實踐。
王成燾教授介紹，上世紀80年代，3D打印技術一出現就受到了醫學界的重視，當時，他與另一位醫學3D打印名家、骨外科學和骨科生物力學專家、中國工程院院士戴尅戎合作開展個體化人工關節研究和臨床應用。當時，國內還沒有3D打印機，他們便模仿它的工作原理，按照CT片一層一層手工切割塑料板，層層疊加，做出三維模型，解決了個體化人工關節設計的需要，隨后在學校的211工程的支持下，購買了正規的3D打印設備，開展個體化人工關節的臨床應用，并于2004年獲得國家科技進步獎二等獎。在之后的10多年間，王成燾教授為醫學3D打印研究做出了大量不可磨滅的貢獻。
《3D打印商情》：請王教授先介紹一下3D打印技術之于臨床醫學具有什么樣的重要意義？
王成燾：我認為現階段3D打印技術對臨床醫學具有如下三個重要應用價值：
1、制作患者有關部位的3D打印模型，它是繼X光、CT/MRI 后醫學影像信息的第三個里程碑技術，當前兩者不能滿足醫生診斷和手術規劃需求時，在上述影像信息圖像處理基礎上進一步提供一個1:1的實體模型，對醫生是一個進一步的技術支撐。
今天的3D打印技術不僅提供骨骼的模型，而且可以提供彩色的、包含軟組織的組合式模型，對臨床醫學的支撐力度進一步增強；
2、3D打印手術導板。它是今天臨床手術精準化的重要技術支撐，已廣泛應用于口腔種植、脊柱椎弓根釘植入手術、人工膝關節置換以及整形外科等領域。從某種程度來說，它與術中導航，手術機器人相比，更容易在臨床中推廣應用；
3、金屬3D打印技術。它的出現不僅使個性化植入物的制造更為便捷，更重要的是它能實現多孔植入物的制作，將對骨科植入物的設計理念帶來很多重大的變化。
《3D打印商情》：目前可供臨床醫學使用的3D打印技術主要有哪些？
王成燾：目前可供臨床使用的3D打印技術主要是SLS、SLA和FDM，它們都可以用來實現手術模型和導板的制作，我們歷史上曾經用過LOM技術，但由于精度和模型的強度問題，目前已退出使用。金屬3D打印目前存在EBM和SLM兩大技術，各有優缺點，都有很好的醫學應用前景。
《3D打印商情》：醫療應用對3D打印設備、材料有哪些具體要求？
王成燾：3D打印設備和材料是一個整體技術，在選擇時應該考慮如下幾個方面：
1）、打印精度。相對來說，顱頜面和口腔科要求精度較高，骨科（如骨盆模型精度稍低）；
2）、表觀質量。一般來說SLA的打印件表觀質量最好；
3）、打印速度。同樣一個骨盆模型，用SLA打印約6小時，用FDM打印約40多小時；
4）、打印件強度。如眼科模型，由于眼窩底骨很薄，對模型的強度要求較高，是我們在這領域放棄LOM法的主要原因；
5）、后處理的難易程度。大多數3D打印技術對于復雜的模型都必須同時打印支撐，而去除支撐是模型后處理的重要一步。目前好的打印設備都用不同材料打印支撐，甚至在水中浸泡后支撐會自動融化，而有的打印機打出的模型支撐很難處理；
6）、經濟性。因為醫學3D打印直接面向患者，患者必須理解增加這一部分費用所帶來的價值，因此經濟性是3D打印技術在臨床推廣應用的重要因素。從這一點來說，FDM技術由于設備價格便宜，在經濟性方面有它的優越性。
《3D打印商情》：今年1月份，北美放射學會召開了一個會議，討論了3D打描、3D打印技術對放射科構成的挑戰。請問這兩者是什么關系？3D打印技術是要淘汰放射科還是可以跟放射科進行融合？
王成燾：如同我前面所說，3D打印技術是放射科功能的進一步延伸，當平面影像數據不能滿足醫生需求時，影像科可以進一步通過數據處理和建模技術，利用3D打印進一步提供醫生一個直觀的三維實體模型。它是影像科功能的進一步提升。我認為，今后的醫院影像科都應該具備提供三維實體模型的能力。我們現在幫助很多醫院建立3D打印能力，有的是單獨建立3D打印中心，有的就是建在影像科內。今后醫院的收費也可以分成兩種收費模式：單純CT以及含三維模型打印費用。
目前，為了更好的做好肝膽外科、腎外科的3D打印臨床應用，上海市第一人民醫院彭志海院長組織了醫院影像科和我們工程方的合作，探討如何利用現有影像科的設備與技術，將打印所需要的肝膽外科影像數據清晰地顯示，而我們工程方在研究如何提高軟組織建模的精度和速度，這也充分體現了在3D打印臨床的應用中影像科專家的重要性。
《3D打印商情》：在中國（東莞）國際合作周的3D打印技術創新論壇上，你曾提及國家很快會出臺一些相關的政策或者是標準，請問現在出臺了沒有？相關的標準或者法規對于3D打印醫用有何意義與作用？
王成燾：據我所知，國家食品藥品監督管理總局 （CFDA）很重視3D打印在臨床中的推廣應用，在2015年中相繼對北京、上海、西安等地進行了深入的調研。2015年12月15、16日，對初步形成的法規性文件邀請了醫院、企業、大專院校、科研單位的專家進行了深入的討論，應該說2016年這些討論的文件會公布施行。我個人認為3D打印技術用于臨床是一個醫工結合的、具有一定深度的專業化過程，就從我現在所支持的光韻達數字醫療科技有限公司的目前的狀況來說，技術人員已經面臨著從“全科醫生”向“專科醫生”轉化的需求，因為肝膽外科醫生的需求和整形外科醫生的需求、專業背景和術語都是完全不同的，工程人員只有能和這些專業醫生融合，聽得懂他們的需求，才能更好的提供3D打印服務。
《3D打印商情》：目前而言，3D打印在醫療上的應用還存在哪些瓶頸與障礙？可有解決方案？
王成燾：3D打印技術是一個嶄新的技術，它本身還處于不斷發展中。他在臨床中的應用也會不斷的深入和推廣。目前醫生方和工程方都有很大的積極性。但他屬于醫療器械領域，國內外都有嚴格的監管系統。如美國的FDA，中國的CFDA等，如何盡快的出臺相關的政策法規，使大家在發揮科學積極性的同時，又有法規可依是當前的瓶頸問題之一。
3D打印在臨床中的應用最終面向的是患者，患者使用這項技術也很自然的必需付費。而付費目前在我國是有一定的監管系統的，能否進入醫保要由衛計委決定，因此3D打印醫學臨床應用的推廣是一個系統工程，如何處理好是當前的又一瓶頸。湖南省以省發改委和衛計委的名義出臺了正式的試點性文件，我們也在努力推進上海學習湖南，進行試改。
《3D打印商情》：您是生物醫學工程學院數字醫學臨床轉化教育部工程研究中心的帶頭人，能否請您介紹一下，到目前為止，中心所取得的突破與進展？以及在技術成果推廣等方面所取得的進展？
王成燾：目前中心的戴尅戎院士和我本人都在努力推進3D打印技術臨床應用的工作。我本人則帶領我們機械工程學原有的數字醫學團隊在上海松江高科技產業園建立了一個3D打印醫學產業化基地，我的目標是把醫學3D打印的成果從PPT轉化為GDP，我叫做P2P工程。因為3D打印技術在臨床中的應用很多醫生推出了精彩的案例，在各種會議上用PPT的形式展現，令人鼓舞。但是，作為一個醫學3D打印產業，如何取得企業所必須的GDP效果，存在著大量的問題需要去探討和努力解決。目前作為我們產業化基地的上海光韻達數字醫療科技有限公司是完全按照醫療器械生產企業的體制要求設計和建設的，正在努力通過醫療器械產業ISO13485體系認證，潔凈車間正在經歷主管部門的檢測和考核，導板成品和手術規劃軟件在按照國家規定的二類醫療器械要求進行產品注冊申報。工程化的工作在努力的進行中。
《3D打印商情》：研究中心的名稱里有“教育部”的字樣，中心是否承擔著教育的職能？3D打印對于臨床醫學教學方面有什么啟示？
王成燾：“教育部”三個字主要是因為該中心是從教育部申請和獲得批準建立，所以全稱是上海交通大學數字醫學臨床轉化教育部工程研究中心。由戴尅戎院士和我為主在建設，雙方都有很大的研究生團隊，從博士后、博士生、碩士生三個層面培養學生。
《3D打印商情》：據我所知，國內醫學3D打印云平臺在2015年9月19日就開始上線運行了，請你介紹一下這個云平臺有什么功能作用？到目前為止推廣與應用情況如何？
王成燾：3D打印醫學應用最大的特點是個體化。他和系列化、標準化的醫療器械產品不同，它在醫院中的需求是隨機出現的，作為一個專業從事醫學3D打印企業，如何在第一時間捕捉到某地區某醫院出現3D打印需求、當醫院出現需求時如何獲知何處能提供這一服務，這一信息的溝通只有通過今天的互聯網技術實現。
3D打印技術在臨床中的應用不是靠一臺打印機就能夠完成的，必須靠一個工程系統，對投資的需求很大，完全靠醫院自己建立是不科學的，我們幫助醫院建立3D打印中心，是立足于幫助醫院建立基本的需求，更高層次的需求還是需要通過第三方服務的模式實現，做到資源共享。這一模式也只有通過互聯網技術實現。
正是在這樣一個市場和技術背景下，光韻達數字醫療建立了光韻達醫學3D打印云服務平臺。該服務平臺的技術宗旨是“您提要求，我來實現”。即醫生主要提出臨床需求，工程實現由云端的工程系統完成。為了讓醫生方便的提出要求，我們提供了一個功能豐富的客戶端，使醫生可以利用該客戶端傳遞醫學影像信息，利用客戶端軟件自己處理醫學影像和建模，利用客戶端提供的專業化手術規劃軟件進行手術規劃，并且和工程端實現面向設計的互動討論。實踐表明，今天的工作方向是把這一切盡快實現手機化。
《3D打印商情》：3D打印技術近兩年發展很快，誰也不知道未來它能干些什么，如果有新型材料面世，應用上可能還會進一步拓寬，所以希望您憑借自己對該技術在臨床醫學上的應用與發展的研究，展望一下3D打印未來在臨床醫學上可能出現的應用？
王成燾：我認為醫學3D打印技術眼下須要做得工作是：
1、軟組織的3D打印，核心技術是軟組織的醫學圖像處理和建模技術，多模圖像配準技術；
2、下一步的3D打印模型不僅提供“看”的功能，還應豐富“干”的功能，即可以在手術工具操作時，如同操作真實的人體組織一樣，核心技術是面向打印工藝的材料；
3、基于金屬3D打印技術的骨科植入創新設計，特別是使用多孔技術的植入物創新設計。
當然，用人體細胞進行器官打印是一個重要的前沿醫學3D打印技術，目前屬于前沿基礎醫學技術領域，非常重要，必須投入足夠的資金和人力開展這項工作，否則我們將在未來醫學中落后。但是它目前離開進入臨床還有相當的距離。目前傳說在3D打印血管方面取得了動物實驗的成功，并準備植入人體，我覺得是完全可能的，因為這是細胞3D打印技術最接近臨床應用的領域。至于打印肝臟、腎臟等等組織器官，目前打印的組織能夠成活已經是很了不起的成功，要做到實現這些臟器的功能，還需要科學家們不斷的努力。
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