南方医科大学钟世镇院士、黄文华教授团队在临床应用解剖学、医学生物力学、数字医学和生物3D打印领域取得的进展，不仅成功服务于航天研究事业，而且极大地推动了假体植入和手术创新发展。


在钟世镇院士与黄文华教授（南方医科大学人体解剖学国家重点学科学术带头人、广东省医学生物力学重点实验室主任）带领下，南方医科大学集中整合各相关实验室及科研平台力量，全力推动医学生物力学、数字医学和3D打印技术的发展与应用，率先成为国内最前沿的多学科交叉融合研究中心之一。

航天飞行取得成功的关键在于保障航天员在极端条件下的健康，2003年中国实现了首次载人航天飞行，飞船发射及着落期间，航天员的身体经历了极限生理考验，包括重力的巨大压迫、器官的急剧振动与冲击。中国南方医科大学生物力学专家钟世镇院士、唐雷教授等受邀研究在飞行任务中为航天员提供更好地缓冲及身体支撑等生物力学关键性问题，针对航天发射及着陆过程中人体冲击伤的医学生物力学原理及防护举措，对航天器的座舱进行优化设计。

生物力学

钟世镇院士带领团队分析了不同高度、压力、速度和着陆环境条件对人体的影响，尤其是脊柱受力情况，提出了座舱优化设计方案，成功保障了航天员在飞船发射、飞行和着陆期间的安全性和舒适性。

基于医学生物力学重点实验室多年的相关研究成果，钟世镇院士在南方医科大学建立了广东省大型汽车碰撞实验与研究基地，专门探索驾驶舱的设计和面向驾驶员、乘客的防护设备。

除此之外，钟世镇院士对人体结构的数字化研究也极大推动了外科学乃至器械设计的发展。2001年，倡导“中国数字人”计划，该计划旨在针对国人解剖结构进行虚拟数字化；2003年，引领团队成功构建包含8000多个横切面的国内首例女性数字人影像数据集；随后，以更高的切削精度完成由9000多个横切面组成的男性数字人影像数据集。该成果为创建人体3D图谱以及形态学和生理学数据库提供了宝贵的数据支持和技术支撑。

借助数字医学技术，外科医生可以通过重建患者的精确解剖结构模拟手术过程，提高实操中的手术精度。除却外科疾病的诊疗，数字模型在药物研发方面也发挥着重要价值。

医学3D打印

结合数字人相关研究成果，黄文华教授成功地将数字医学与临床应用相结合，在医学3D打印领域进行了深入研究，并取得了系列创新成果。

黄文华教授表示：“我们已经看到了医学3D打印技术在医疗应用中正加速前进着”。

因骨盆骶骨骨折在临床中经常被漏诊，且往往会涉及神经损伤。为了能让患者更好地恢复为无痛、长期稳定的功能性关节，黄文华教授率团队将医学3D打印技术成功应用到了骶骨骨折修复的微创手术中。根据骨折骨盆的影像数据，创建出骶骨骨折的3D模型，通过术前模拟对钢板进行预先调整，以完美贴合患者自身的骨骼形态。术前模拟及内植物的预先塑形可显著提高微创手术中骨折复位的质量，并极大地减少对周围组织的损伤。


研究团队成功应用该技术完成了世界首例3D打印结合腹腔镜辅助下的髋臼骨折内固定术。既往髋臼骨折需要进行大切口手术，易导致大量失血，且康复周期较长。该技术基于患者的CT数据，打印出髋臼和骨折部位的3D模型进行术前手术模拟，通过腹部微创切口（而非髋部外部切口），植入尺寸和形状都更精确的个性化钢板，大大减少患者出血量、缩短康复周期。

生物“智”造

黄文华教授表示，生物3D打印技术为再生医学打开了组织器官损伤修复的一扇新的大门，未来或能成功打印出活性器官组织进行临床应用，可以不再需要靠器官捐赠来挽救生命。

团队的吴耀彬副教授近期采用水凝胶微球构建的“模块化”生物墨水，完成外周神经仿生支架的打印构建。软骨细胞（干细胞）注射是目前受损软骨修复治疗的有效手段，注射细胞滞留率和存活率偏低的问题限制了该疗法的应用。针对该问题，团队结合凝胶微球注射手段自组装成3D软骨样支架，显示出其在软骨组织工程方面的应用潜力。


腹部手术的患者术后易形成瘢痕组织也称粘连，可导致肠梗阻、不孕或慢性疼痛等并发症。为了防止术后粘连的发生，团队与南方医院普外科的李国新教授团队合作，开发了一种具有两面不对称型的可注射水凝胶。该水凝胶具有良好的组织粘附性，在紫外光照射下不到五秒即可固化，研究证实能有效防止腹部术后粘连的发生。黄文华教授正在与常州华联医疗器械集团股份有限公司沟通合作，联合推动该水凝胶材料的临床转化应用。

黄文华教授团队在生物3D打印技术结合微流控芯片研发三维仿生器官芯片方面开展了大量实验研究，基于生物3D打印器官芯片构建疾病模型探索疾病发生的作用机制，有效推动了具有三维仿生解剖结构的器官芯片在药物的毒理性评价、高通量筛选、个性化治疗等领域的联合应用。


蓬勃发展

黄文华教授的系列研究展示了3D打印技术在医疗领域的应用潜力。他说：“3D打印技术将极大改变医疗行业的未来”。2020年，全球3D打印产业规模达125亿美元，其中医疗行业占比13.9%，预计这一占比在未来几年将持续增长。团队目前正与多家医疗器械公司进行紧密合作，以此推动多项专利的有效转化，包括与珠海赛纳三维科技有限公司合作开发的耳部瘢痕矫形器等；与常州集硕医疗器械有限公司联合研发的个性化骨科3D金属假体等。


黄文华教授牵头制定了多项中国医疗器械行业团体标准，主编并出版了我国第一部医学3D打印专著《3D骨科学》，及一系列科普书籍等，让更多人了解3D打印在医疗领域的应用。


依托广东省医学生物力学重点实验室、人体解剖国家重点学科，中国南方医科大学积极促进科研人员在临床解剖学、医学生物力学、数字医学及3D打印的学科交叉协作，助力未来发展。在此基础上建立了广东省医学3D打印应用转化工程技术研究中心、广东省医学3D打印生物医学创新平台，通过平台辐射成立了多家技术协作单位，全方位推动生物医学领域的前沿研究和创新。

黄文华教授说：“我相信3D打印技术能改变世界，我将继续探索它在医学领域的无限可能。”

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