本篇報道圍繞2018年上海市科技進步獎一等獎項目《骨盆腫瘤精準切除與個性化功能重建的關鍵技術創新與推廣應用》展開，該獎項由上海交通大學醫學院附屬第九人民醫院郝永強教授領銜的團隊獲得。

3D打印技術是國際前沿技術之一，從非金屬到金屬材料，從航空航天、國防軍事到高端制造的金屬部件，都可以看到3D打印的身影。與此同時，3D打印技術已經進軍到醫療領域。

如果腫瘤不幸長在了骨盆上，該如何治療呢？在幾十年前，這屬于醫學絕症，僅有兩條路供選擇：第一是不進行手術，走向死亡；第二是選擇手術，隻能冒險進行四分之一半骨盆截肢，身體下半部的一半肢體被完全移除，術後能夠幸存下來的患者的生活苦不堪言，既無法好好坐着，也無法好好站立。當下，即便在發達國家，這種疾病的保肢治療也屬于高風險、高難度、高并發症的手術，且治療費用高昂。

在中國上海，醫學科學家巧妙利用3D打印技術攻克了骨盆腫瘤切除與保肢重建這一高難度的醫學難題，他們通過3D打印技術快速打印出與骨盆腫瘤切除後缺損匹配的個性化重建假體，在手術切除腫瘤後精準安裝，實現了骨科手術從傳統的“削足适履”到個性化的“量體裁衣”治療模式的重大突破，而假體費用相差無幾。

術後，病人可以回歸正常生活，生活質量也無太大變化。研發的相關技術也已經被推廣應用到絕大多數的骨科疾病的治療中，上海交通大學醫學3D打印創新研究中心（依托上海交通大學醫學院附屬第九人民醫院3D打印中心）已在全國絕大多數省、直轄市、自治區成立了分中心，為全國各地患者帶去了福音。

關于如何利用3D打印技術攻克骨盆腫瘤切除問題，和小科一起來看看上海交通大學醫學院附屬第九人民醫院骨科專家、國家重點研發計劃首席科學家郝永強教授的詳細介紹吧~

郝永強（左）、戴尅戎（中）、姜聞博（右）

骨盆腫瘤的治療

曾是一個世界性難題

骨盆腫瘤手術曾被譽為骨科最高難度的手術，早期很多病人沒能幸運地走下手術台。

這是因為骨盆緊鄰内含大小腸、膀胱及輸尿管、子宮及卵巢輸卵管（女性）的腹腔與盆腔，還有坐骨及股神經與腹主動靜脈及髂總、髂外、髂内動靜脈等神經血管。哪個器官都不允許損傷，否則就會危及生命。比如倘若腸子破了就會引起腹腔感染，有生命危險；如果腹主動脈破裂，在5～10分鐘内，患者的血液就會流盡。

手術步驟也異常複雜，在不損傷腹腔消化、泌尿、生殖等器官與坐骨神經、股神經及大血管等的前提下，找到并準确分離出骨盆腫瘤的外科邊界并完整切除，再把準備好的個性化定制重建假體精準放置并準确安裝。

重建假體是第二大難關，因骨盆腫瘤切除後缺損形态各一、沒有現成的假體可以提供，隻能醫工合作定制。過去這樣的技術僅在少數發達國家能夠實現，定制假體費用一般要在10萬美元以上，定制周期一般需3個月左右。國内的骨腫瘤病人無法承受高昂的定制假體費用，時間上也等不起。

骨盆腫瘤也是一個誤診率很高的疾病，病人大多有被誤診、漏診的經曆。

郝永強介紹說，一位病人痔瘡看了很久都沒有好轉，結果是骨盆腫瘤壓迫了腸子，導緻了痔瘡的發生；有病人因為骨盆腫瘤擠壓了腸道，引起了腸疝氣，差點開錯了刀；也有病人因為腫瘤壓迫血管，導緻腿部長期水腫，醫生卻始終無法找到發病原因；還有一些病人因為腫瘤壓迫神經，導緻下肢劇烈疼痛、麻木，卻被誤診為腰椎間盤突出症，甚至去做了腰部手術。

所以，一經确診病人處于腫瘤中晚期的比例較高。此外，除原發性骨盆腫瘤外，大部分都是其他器官腫瘤轉移到骨盆上的，比如70%左右的乳腺癌和前列腺癌患者都有可能發生骨骼轉移。

整體水平提升

骨骼疾病治療躍上新台階

20世紀70年代後期，戴尅戎院士就開始了骨關節個性化人工假體的設計、應用與轉化研究。

在一次國内人工關節學術會議上，戴尅戎與上海交通大學機械工程系的王成焘教授相識，從此開始了兩人長達30多年的緊密合作，将計算機輔助設計引入個體化假體制造領域，初步建成了直接面向臨床的個體化植入假體數字制造體系。

20世紀80年代，他們就設計出包括人工半骨盆、踝關節、肩關節、髋及膝關節等第一代個性化假體，并逐步建立起個性化人工假體設計及制備的技術體系。2003年獲得了國内首張定制型人工假體的生産注冊許可證，為衆多的複雜疑難病例重建肢體功能提供了擁有自主知識産權的定制型人工假體。

如今，通過上海九院創建的3D打印模型、3D打印手術輔助導闆、3D打印定制金屬假體“三位一體”的治療模式的應用與推廣，骨盆腫瘤的切除與保肢重建難題終于完成了“破冰”。

腫瘤有多大？長在什麼位置？與周圍重要髒器、血管神經等之間是什麼關系等？有了3D打印模型，醫生與工程師可以一目了然地知曉，讨論并确定手術方案，設計3D打印個性化手術輔助導闆及重建假體。

在手術中，醫生應用3D打印手術輔助導闆精準切除腫瘤後，就可以植入為患者“量身定做”的個性化金屬重建假體。

郝永強展示骨盆3D打印器件

郝永強介紹，上海交通大學附屬第九人民醫院進行的骨盆腫瘤切除個性化假體保肢重建手術無一失敗，手術時間從過去的十多個小時，下降到3～5個小時，5年存活率超過了50%。定制假體費用也僅僅幾萬元左右，與國外動驟幾十萬相比大大減輕了病人的經濟負擔。2014年完成的第一例3D打印個性化骨盆重建假體治療的骨盆腫瘤患者恢複非常理想，術後不久就可以自如地開車去全國各地旅遊。

中國的3D打印技術應用不僅完全涵蓋了骨科臨床領域，還應用到了口腔颌面外科、整形外科等學科領域；不僅解剖形态個性化，力學性能也實現了個性化。

人體共有206塊骨骼，每個骨骼都有被癌細胞侵擾的風險，但是借助3D打印技術，今天所有骨骼腫瘤都不再是談之色變的絕症，而是可以完整切除重建，甚至可以治愈的疾病。

近年來，在3D打印骨骼重建技術上，上海交通大學醫學院附屬第九人民醫院又取得新一輪的重大突破，3D打印最常用的金屬材料钛合金是惰性金屬，與骨骼之間無法整合，永遠存在金屬假體-骨骼界面，進入人體長時間使用後，金屬假體-骨骼界面會出現松動、斷裂、脫落等導緻假體失效，科研團隊通過反複研究，在與骨接觸的假體表面打印了能夠讓骨細胞長入的金屬骨小梁，钛合金就能與骨骼長在一起，3D打印的個性化關節假體真正成為患者身體的一部分，可以長時間使用，規避再次或多次手術。

令人振奮的是上海交通大學醫學院附屬第九人民醫院3D打印中心研發打印的具有生物活性的股骨頭和半月闆在動物實驗中已經獲得了成功，中心還在不久前拿到了國内首張個性化骨盆重建假體的備案許可證。

除了連根拔起

還能繼續進行抗癌治療

1995年，郝永強考入上海交通大學醫學院攻讀骨科學博士學位，正式拜在戴尅戎院士門下。在此之前，他曾在上海中醫藥大學師從全國著名中醫骨傷大家施杞教授攻讀中醫骨傷科學碩士學位。

在骨腫瘤的診治過程中，同時有着中醫、西醫學習經曆的郝永強對于醫學的認知有了更深的感受。他說：

之所以會出現大量誤診、漏診耽誤病情的案例，是因為西方醫學與技術結合越來越緊密，分科也越來越細化，培養的醫生往往缺乏對疾病整體觀的認識，“隻看人生的病，而忽視了生病的人”，美國有些醫院的手外科醫生甚至荒謬到隻看某個手指的疾病。

而事實上，人體是一個整體，我們需要用系統醫學的思維來判斷病情，而中醫整體觀的思維自始至終貫穿疾病診療的全過程。

戴先生那一代的骨科醫生過去是沒有細分科的，從頭到腳的疾病他們都要診治，積累了大量臨床經驗後再去攻克某一學科的疑難疾病。

所以真正科學的醫療教育不能過早進行分科教育，學生先要對器官、系統整體醫學有了深入的認識，然後再去尋找自己感興趣的疾病進行深耕。

惡性骨腫瘤是全身性疾病，就診時往往已有現代影像學檢查無法發現的微轉移，由此，絕不能僅僅聚焦骨骼，手術治療前後還要進行藥物化療、放療、免疫治療在内的綜合治療。在後續治療的研究中，秉承戴院士衣缽的郝永強帶領團隊延續系統醫學的思維，他們把目光聚焦到了骨骼腫瘤切除後的治療中。

挖掉被腫瘤細胞侵襲、破壞的骨骼僅是第一步，重建骨關節的假體，不僅僅是承擔起骨骼原有的支撐及運動功能，還成為預防腫瘤的“陣前士兵”，擔負起預防及殺滅腫瘤的角色。

郝永強說，腫瘤細胞在42度左右就會快速死亡，今天我們将自主研發的納米光熱材料塗在假體表面（功能性假體），将抗癌“戰場”“搬”到疑似微轉移部位的附近，醫生可以在人體外對功能性假體進行操控，進行局部光熱治療，殺滅假體附近可能殘存的腫瘤細胞的同時，人體健康細胞又不會受到傷害，熱量可以通過血液循環帶出“戰場”。

器官也可打印

未來或可延長人類壽命

雖然中國大部分的醫療技術仍然處于跟跑階段，但令人自豪的是，中國在骨骼打印領域的技術及應用已經處于世界領先水平，美國著名梅奧醫療中心的骨科團隊在參觀完上海交通大學醫學院附屬第九人民醫院3D打印中心後，也是連連贊歎，自愧不如。

上海九院浦東科教園區3D打印中心“醫院開放日”

郝永強介紹說，3D打印骨骼看似簡單，但涉及大量交叉學科，需要材料、軟件設計、機械制造、打印裝備、臨床醫學等領域專家同心協力創新才能完成一個個個性化的定制骨骼假體，有着醫工合作傳統及先天優勢的上海交通大學醫學院附屬第九人民醫院骨科無疑在醫學3D打印研發與應用、推廣領域走在了世界的前列。

打印骨骼并不是3D打印研究的終點。今天，上海交通大學醫學院附屬第九人民醫院3D打印中心的研究人員還在進行打印器官的實踐。這是一個充滿夢幻色彩的實踐，大多數人走向死亡都是因為器官的衰竭，如果用人體自己的細胞打印出健康的目标器官，置換掉已經衰老的器官，就能大大延長人類的壽命。全球的科學家都在為此努力，以色列科學家已經在實驗室打印出能夠跳動的心肌單元，美國科學家也打印出了人體腎髒原型。

郝永強介紹說，生物打印機與目前的3D打印機原理不同，目前最先進的生物打印機有7個打印頭，可以同時打印7種細胞或生物材料，這些細胞包括各種器官細胞如骨細胞、血管細胞、神經細胞等。生物打印機的生物墨水就是細胞和細胞因子，打印機的“紙”就是各種生物材料。

在打印過程中，一般是打印一層生物紙，再加一層細胞和（或）細胞因子，然後把打印好的組織或器官放到培養液裡，培養存活後，就可以放到動物體内研究，未來技術成熟後就可以放入人體用于治療。

郝永強說：“我們不僅可以打印骨骼金屬重建假體，在未來，還可以用生物材料和自體細胞打印出具有活性的人體骨頭等器官，将會造福更多病人，這将是颠覆當今醫學的重大突破！”

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