鑽石舞台

生物力學研究讓航天員得以享受更人性化的設計。來源：Dima Zel/Shutterstock

在鍾世鎮院士與黃文華教授（南方醫科大學人體解剖學國家重點學科學術帶頭人、廣東省醫學生物力學重點實驗室主任）帶領下，南方醫科大學集中整合各相關實驗室及科研平台力量，全力推動醫學生物力學、數字醫學和3D打印技術的發展與應用，率先成為國內最前沿的多學科交叉融合研究中心之一。

航天飛行取得成功的關鍵在於保障航天員在極端條件下的健康，2003年中國實現了首次載人航天飛行，飛船發射及着落期間，航天員的身體經歷了極限生理考驗，包括重力的巨大壓迫、器官的急劇振動與衝擊。中國南方醫科大學生物力學專家鍾世鎮院士、唐雷教授等受邀研究在飛行任務中為航天員提供更好地緩衝及身體支撐等生物力學關鍵性問題，針對航天發射及着陸過程中人體衝擊傷的醫學生物力學原理及防護舉措，對航天器的座艙進行優化設計。

鍾世鎮院士帶領團隊分析了不同高度、壓力、速度和着陸環境條件對人體的影響，尤其是脊柱受力情況，提出了座艙優化設計方案，成功保障了航天員在飛船發射、飛行和着陸期間的安全性和舒適性。

基於醫學生物力學重點實驗室多年的相關研究成果，鍾世鎮院士在南方醫科大學建立了廣東省大型汽車碰撞實驗與研究基地，專門探索駕駛艙的設計和面向駕駛員、乘客的防護設備。

除此之外，鍾世鎮院士對人體結構的數字化研究也極大推動了外科學乃至器械設計的發展。2001年，倡導「中國數字人」計劃，該計劃旨在針對國人解剖結構進行虛擬數字化；2003年，引領團隊成功構建包含8000多個橫切面的國內首例女性數字人影像數據集；隨後，以更高的切削精度完成由9000多個橫切面組成的男性數字人影像數據集。該成果為創建人體3D圖譜以及形態學和生理學數據庫提供了寶貴的數據支持和技術支撐。

藉助數字醫學技術，外科醫生可以通過重建患者的精確解剖結構模擬手術過程，提高實操中的手術精度。除卻外科疾病的診療，數字模型在藥物研發方面也發揮着重要價值 。

結合數字人相關研究成果，黃文華教授成功地將數字醫學與臨床應用相結合，在醫學3D打印領域進行了深入研究，並取得了系列創新成果。

黃文華教授表示：「我們已經看到了醫學3D打印技術在醫療應用中正加速前進着」。

因骨盆骶骨骨折在臨床中經常被漏診，且往往會涉及神經損傷。為了能讓患者更好地恢復為無痛、長期穩定的功能性關節，黃文華教授率團隊將醫學3D打印技術成功應用到了骶骨骨折修復的微創手術中。根據骨折骨盆的影像數據，創建出骶骨骨折的3D模型，通過術前模擬對鋼板進行預先調整，以完美貼合患者自身的骨骼形態。術前模擬及內植物的預先塑形可顯著提高微創手術中骨折復位的質量，並極大地減少對周圍組織的損傷。

通過 3D 打印創建的肺脈管系統模型。來源：珠海賽納數字醫療技術有限公司

研究團隊成功應用該技術完成了世界首例3D打印結合腹腔鏡輔助下的髖臼骨折內固定術。既往髖臼骨折需要進行大切口手術，易導致大量失血，且康復周期較長。該技術基於患者的CT數據，打印出髖臼和骨折部位的3D模型進行術前手術模擬，通過腹部微創切口（而非髖部外部切口），植入尺寸和形狀都更精確的個性化鋼板，大大減少患者出血量、縮短康復周期。

黃文華教授表示，生物3D打印技術為再生醫學打開了組織器官損傷修復的一扇新的大門，未來或能成功打印出活性器官組織進行臨床應用，可以不再需要靠器官捐贈來挽救生命。

團隊的吳耀彬副教授近期採用水凝膠微球構建的「模塊化」生物墨水，完成外周神經仿生支架的打印構建。軟骨細胞（幹細胞）注射是目前受損軟骨修復治療的有效手段，注射細胞滯留率和存活率偏低的問題限制了該療法的應用。針對該問題，團隊結合凝膠微球注射手段自組裝成3D軟骨樣支架，顯示出其在軟骨組織工程方面的應用潛力。

研究人員利用凝膠介質懸浮支撐打印工藝實現3D打印南方醫科大學（SMU）的英文縮寫。來源：南方醫科大學

腹部手術的患者術後易形成瘢痕組織也稱粘連，可導致腸梗阻、不孕或慢性疼痛等併發症。為了防止術後粘連的發生，團隊與南方醫院普外科的李國新教授團隊合作，開發了一種具有兩面不對稱型的可注射水凝膠。該水凝膠具有良好的組織粘附性，在紫外光照射下不到五秒即可固化，研究證實能有效防止腹部術後粘連的發生。黃文華教授正在與常州華聯醫療器械集團股份有限公司溝通合作，聯合推動該水凝膠材料的臨床轉化應用。

黃文華教授團隊在生物3D打印技術結合微流控芯片研發三維仿生器官芯片方面開展了大量實驗研究，基於生物3D打印器官芯片構建疾病模型探索疾病發生的作用機制，有效推動了具有三維仿生解剖結構的器官芯片在藥物的毒理性評價、高通量篩選、個性化治療等領域的聯合應用。

基於生物打印和微流控芯片技術實現心肌組織「器官芯片」的構建。來源：南方醫科大學

黃文華教授的系列研究展示了3D打印技術在醫療領域的應用潛力。他說：「3D打印技術將極大改變醫療行業的未來」。2020年，全球3D打印產業規模達125億美元，其中醫療行業占比13.9%，預計這一占比在未來幾年將持續增長。團隊目前正與多家醫療器械公司進行緊密合作，以此推動多項專利的有效轉化，包括與珠海賽納三維科技有限公司合作開發的耳部瘢痕矯形器等；與常州集碩醫療器械有限公司聯合研發的個性化骨科3D金屬假體等。

金屬3D打印假體樣品（南方醫科大學）。來源：南方醫科大學

黃文華教授牽頭制定了多項中國醫療器械行業團體標準，主編並出版了我國第一部醫學3D打印專著《3D骨科學》，及一系列科普書籍等，讓更多人了解3D打印在醫療領域的應用。

團隊研究人員開發骨骼肌「器官芯片」用於肌肉相關疾病的高通量藥物篩選。來源：南方醫科大學

依託廣東省醫學生物力學重點實驗室、人體解剖國家重點學科，中國南方醫科大學積極促進科研人員在臨床解剖學、醫學生物力學、數字醫學及3D打印的學科交叉協作，助力未來發展。在此基礎上建立了廣東省醫學3D打印應用轉化工程技術研究中心、廣東省醫學3D打印生物醫學創新平台，通過平台輻射成立了多家技術協作單位，全方位推動生物醫學領域的前沿研究和創新。

黃文華教授說：「我相信3D打印技術能改變世界，我將繼續探索它在醫學領域的無限可能。」