--记2004年国家科学技术进步二等奖获奖项目：个性化假体CAD/CAM技术与计算机辅助临床工程系统

科技发展要以人为本，更多、更快地造福于人类。这是当今世界科研人员的共识，也是获得2004国家科学技术进步二等奖的个性化假体CAD/CAM技术与计算机辅助临床工程系统的写照。这项由我校机动学院生命质量与机械工程研究所王成焘教授、第二医科大学戴尅戎院士等联合完成、历时18年的科学研究成果，不但拥有自主知识产权、达到了世界先进水平、而价格却仅为进口产品的1/4~1/5，更重要的是，这项成果因为与普通百姓生活密切相关而引人关注，也因为现代先进制造技术、数字信息技术与现代医学的充分交融而备受瞩目。

我国是世界交通事故大国，每年因交通事故产生的伤残高达几十万例，再加上疾病等原因，每年约有9万关节患者需采用个性化人工关节进行治疗，在颅颌、口腔、整形、五官等医科粗略估计共需20万骨假体。这些患者按照传统的治疗方法虽然生命得以维持，但术后大多处于截肢、瘫痪或者面部严重扭曲、语言功能受限、正常生活无法维系的状态。

能不能按照患者的具体病情，"量体裁衣，度身定做"，像定做衣服一样，快速配制出与其自身完全匹配的人工骨或人工关节，使患者摆脱上述状态，提高生命质量呢？

答案是肯定的。由我校机动学院生命质量与机械工程研究所王成焘教授、第二医科大学戴尅戎院士等联合完成的个性化假体CAD/CAM技术与计算机辅助临床工程系统项目，就是这样一个为患者"量体裁衣"进行个性化假体设计、制造和置换的系统工程。从1988年立项，18年来，我校机动学院生命质量与机械工程研究所和上海第二医科大学经过研究合作，打破医学和工程学的界限，对关键技术进行了攻关并取得了突破性进展，研制成功了这个由16个软件和8台数控设备组成、直接面向临床的大型数字制造系统，实现了个性化假体的敏捷制造，实现了假体置换医学数字化和网络化。

如今，医生通过远程讨论系统与工程师讨论手术和假体方案，然后将CT数据传至工程方；经过一个专门开发的软件Medgraphicsl1~2分钟的处理，患者的三维图像显示在计算机屏幕上，以该图像为依据，在一个数据库的支持下，工程师进行假体的三维设计；如果病损部位很复杂，还可以直接制作出与病骨尺寸完全相同的精确模型，然后按照模型设计制作假体，在模型上模拟手术；一个三维几何测量系统可以对市场上提供的规格化人工关节产品进行反求，作出一部分规格化、另一部分个性化的组合设计；运用并行设计技术，主设计所得结果可以在几台并行的计算机上同时进行分析，然后由一台加工中心完成主要的机械加工过程。没有获得数字和机械技术支撑以前，只能根据患者的X光片进行设计，完成一例人工关节置换，要3、4个月时间，而利用这套远程系统，完成一个病例只需要3－4天。

从开发成功到现在，该项目已经为全国各地医院提供了600余例个性化人工骨和关节假体，为广大患者带来了福音。

有一位骨盆巨大肿瘤患者，需对患侧骨盆大面积切除，按照常规治疗方法，手术髋臼不复存在，患侧的正常下肢因为没有依托也要截除。患者为了保全生命，已经准备接受截肢手术了。抱着最后的希望来到市第九人民医院后，患者接受了骨盆假体置换术。根据医院提供的患者CT数据，个性化假体CAD/CAM技术与计算机辅助临床工程系统快速完成了患骨模型，并根据患者的具体情况进行了专门设计，通过计算机三维图像和骨模型进行了模拟手术，最后由戴尅戎院士主刀，进行了手术。术后半年，患者回医院复查，效果很好，可以脱离拐杖行走。

另一位侧髋关节先天性脱位的患者，自幼不良于行，50岁时在第二医科大学附属第九人民医院接受关节柄、髋臼个性化假体置换手术后，不但能正常行走，还参加旅游亲自登上了长城。

由于骨科领域的临床应用的成功，其它医学门类也纷纷应用这一工具开展各领域的个性化假体置换或基于CAD/CAM的整形手术，给口腔、颌面、颅外、耳鼻受损或畸形的患者带来了提高生命质量的机遇。

在获得国家科学进步二等奖之前，这项研究成果已经获得了上海市科技进步一等奖1次，中华医学奖二等奖1次，上海医学科技奖一等奖1次；项目累计发表论文70余篇，培养硕士生16人，博士与博士后24人；无论是科学水平，还是技术开发和在医学领域的推广，都作出了重要贡献。

获得国家科学技术进步奖并没有使王成焘他们止步。在生命质量与机械工程研究所的实验室里，有一个与医院完全同样配制的手术室，不同的只是，这个手术台上的"病人"是一个模型，关键部位都带有数字定位装置，手术刀也是一把特殊的数字定位手术刀，医生在给这个病人动手术的时候，眼睛不是紧盯着病体，而是只需要盯住电脑屏幕：计算机已经把每一刀需要下在哪里、刀口多长、多深，精确地计算出来了。在获得了国家的科技进步奖后，王成焘教授他们的下一步就是把这个实验室里的手术室推进医院里，让机械工程更大限度地与生命质量交融。

作为项目的第一责任人，王成焘教授预言：20世纪人类在机械工程领域卓越的技术成果揭开了人类文明史上光辉的一页；21世纪，机械工程领域的先进技术成果应回报人类，为提高人类生命质量作出贡献！"世界卫生组织把21世纪的第一个十年定为'骨与关节'的十年，21世纪的医学将是工程医学。"王成焘教授和他的团队满怀信心地这样展望。

转自：上海交通大学网站 （新闻中心 张文清） 2005年4月8日