【编者按】上海交通大学与上海第二医科大学强强合并20年来，学校专门设立“医工交叉”研究基金，通过持续搭建平台、探索机制，实现了医学与理工科的深度交叉，培育出多项国家级科研成果，为学校整体实力和学科建设水平实现跨越式提升提供了有力支撑。为反映全校在医工交叉领域的探索经验和取得的不凡成就，新闻网将陆续刊发其中的优秀案例，以期梳理发展历程、总结实践真知，进一步激励广大教职医务工作者深耕交叉融合领域，为推动科技创新、医学发展，早日实现健康中国战略作出新的更大贡献。

王金武，上海交通大学医学院附属第九人民医院骨科主任医师，医学博士，博士生导师。长期从事骨科临床工作，第五届“国之名医·卓越建树”人民名医，国家重点研发计划首席科学家。现任国家转化医学科学中心(上海)创新医疗器械注册研究与临床转化服务中心主任、数字医疗与生物3D打印实验室主任、数字医学临床转化教育部工程研究中心副主任、民政部智能控制与康复技术重点实验室副主任、中医智能康复教育部工程研究中心副主任、上海市东方英才计划领军人才、上海市优秀技术带头人、上海市卫生健康委员会“骨与关节康复医学科”重点学科带头人、上海市临床康复领军人才、中华医学会上海市医学会数字医学专科分会委员会主任委员、中华医学会数字骨科创伤与关节委员会副主任委员、上海国际科技合作特派员、上海市康复医学工程研究会理事长、上海康复辅具与老年福祉产业技术创新战略联盟副理事长兼秘书长、中华医学会医学工程学分会数字骨科学组副主任委员、中国研究型医院学会运动医学专业委员会副主任委员、中国生物材料学会生物材料先进制造分会副主任委员、中国医药生物技术协会3D打印技术分会副主任委员等职务。

在医工交叉科研方面，王金武是开拓者；在产业推动方面，他积极参与编制3D打印康复辅具标准，打通了成果转化的关键环节，有力促进了医工交叉产业的规范化与规模化发展，为医疗设备国产化进程提速；在人才培养方面，他培养了众多复合型人才，成为医工交叉领域的新生力量，为行业长远发展奠定人才基础，持续提升我国在该领域的国际竞争力，引领行业不断前行。

锚定骨关节炎“筛—治—康”难题持续攻关

俗话说“人老腿先老”，骨关节炎是中老年人骨关节疼痛、行走障碍的主要病因。全球骨关节炎患者超3亿人，中国超1.5亿，有70%以上的中老年人患有骨关节炎，每年的费用超万亿，然而目前骨关节炎的诊断、治疗及康复仍面临严峻挑战。如何实现骨关节炎的早期筛查、个性化精准治疗及远程康复？上海交通大学医学院附属第九人民医院戴尅戎院士、王金武教授团队为此展开了持久的探索。

团队立足医工交叉，面向骨关节炎早中期患者率先发明了关节运动分析系统，进行高速精准在体动态筛查与诊断，创新研发了3D打印个性化关节矫形器，通过力学矫治延缓骨关节炎进展；自主开发了数字化远程云康复系统，率先建立国内个性化、智能化云康复平台。2023年5月，长期致力于该病诊治研究的王金武以第一完成人身份荣获2022年度上海市科学技术奖技术发明奖一等奖，获奖项目为“四肢骨关节炎的数字化诊疗关键技术与装备开发”。该项目充分体现了医工交叉特点，发明了阶梯化全流程骨关节数字化诊疗关键技术与装备体系，发展了四肢骨关节炎的“筛-治-康”新理论与新应用，使得骨关节炎的筛查诊断更精准，个性化治疗更有效，远程康复更便捷，为骨关节炎诊治提供了新的方向。

王金武介绍道：“骨关节炎的早期筛查、早期干预十分关键。目前临床上主要是基于X 线、CT和核磁共振的静态诊断，对于早期骨关节炎，仅凭医生经验，易造成漏诊或过度治疗。骨关节是一个运动器官，传统影像学检查缺乏动态筛查手段，无法实现早发现、早诊断，给治疗带来巨大挑战。”因此在筛查方面，针对关节炎早期筛查难、诊断难的问题，团队发明了双平面荧光透视运动分析和红外数字导航关节运动分析双系统，不仅通过三维配准使检测时间由大型步态实验室的数百分钟缩短到数十分钟，节约了大量人力和时间成本，而且将采样频率提升了近3倍，可实时动态检测关节运动，实现动态无创检测与高速同步分析，最终利用高精便携式系统，使动态监测不受皮肤、软组织误差影响，实现骨关节炎早期筛查。首次高速、精准获得在体关节的运动学分析数据，高精准超早期筛查骨关节炎，并为冬奥会运动员实现关节动态无创检测。

在治疗方面，不同的骨关节炎患者处于不同的阶段，传统的早期骨关节炎治疗多采用药物治疗减轻疼痛，缺乏生物力学治疗；中期多通过关节镜手术清理，但无关节软骨再生；晚期多通过关节置换重建功能，但无适配亚洲人关节的假体，容易导致人工关节过早松动、失效。因此，急需针对不同阶段骨关节炎患者进行个性化精准治疗。

“在完成骨关节炎早期筛查的基础上，针对不同阶段骨关节炎患者缺乏个性化治疗的挑战，团队率先提出骨关节炎个性化阶梯精准新疗法。”王金武说。首先，针对早中期骨关节炎患者缺乏生物力学矫治的难题，团队提出关节减荷矫形理论，开发了3D打印个性化膝关节矫形器，牵头编写了国内首个3D打印矫形器通用技术标准，获国内首张3D打印医疗器械注册证和首张注册人制度下由高校、医院所属科研型企业获得的医疗器械注册证，解决了早期骨关节炎力学治疗的难题，减少了软骨损伤，避免了关节置换。同时，该产品率先在国内40余家医院推广应用，超90%的患者下肢力线改善，西安大略和麦克马斯特大学骨关节炎指数评分接近正常，患者的生活质量显著提高。其次，针对中晚期骨关节炎患者骨-软骨大尺寸缺损难题，团队发明了干细胞筛选富集系统，实现了高效高质量骨-软骨结构重建，富集时间较前减少，同时干细胞附着量较前提升，并且愈合率、不良事件发生率均得到改善。最后，针对晚期骨关节炎患者进口关节假体价格昂贵、尺寸不匹配的难题，基于国人解剖数据研发适配亚洲人关节假体，以高度契合、重建运动力学的优势，实现高屈曲度、高稳定性、高耐磨性，解决了解剖匹配难题，将关节置换的失败率降低到1%。

“三分治疗，七分康复。”骨关节炎术后缺乏康复常导致心脑肺血管异常，引起死亡，目前骨关节炎康复的临床挑战在于个性化远程康复治疗资源匮乏，尤其在老少边地区，康复设备缺乏、医务人员专业技术水平低，约70%的骨关节炎患者术后无法进行康复治疗，导致治疗失败。在实现早期筛查、个性化精准治疗的基础上，针对骨关节炎康复技术、人员、设备匮乏的现状，团队发明了骨关节炎远程精准康复新装备，首创骨关节炎个性化云康复新模式。

第一，针对患者社区和居家缺乏康复训练的难题，团队首创骨关节炎个性化云康复新装备，医生可以通过蓝牙、WiFi、5G信号远程指导患者居家进行个性化的精准康复，使患者获得良好的骨关节功能。第二，针对我国偏远地区和老少边穷地区，团队开创了三级甲等医院对二级医院、社区医院的远程康复指导新模式，受益患者达30000人，解决了边远地区康复资源紧缺的难题。

戴尅戎、王金武团队完成的“四肢骨关节炎的数字化诊疗关键技术与装备开发”项目荣获2022年度上海市科学技术奖技术发明奖一等奖

数字医疗与3D打印的前沿探索

为给患者提供更精准、更具个性化的治疗，前文所述的膝关节矫形器采用了增材制造(3D打印)技术，这是王金武擅长的领域。自上海启动医药器械注册人制度试点以来，2019年初戴尅戎和王金武的数字医学团队研发的“定制式增材制造膝关节矫形器”拿到了首个由科研型企业申请到的医工结合类3D打印医疗器械注册证。

该器械属于临床主导、医工互动、通过定制式增材制造工艺生产的无源 非植入性患者匹配医疗器械，由胫骨托、股骨托、连接器和绑带组成。其中，胫骨托和股骨托是根据专业医师提供的患者数据个性化设计生产的，供医疗机构用于指定患者矫正轻中度膝关节畸形。

上海市药监局认证审评中心自2017年10月27日起，派专员(审评员、检查员各1名)进入由上海交通大学、上海交通大学医学院附属第九人民医院、上海昕健医疗技术有限公司等组成的“定制式增材制造膝关节矫形器”成果转化团队，指导开展注册申请及生产质量管理体系建设工作。通过对产品标准、注册申报材料、质量管理体系反复研究与探讨，该成果转化团队最终决定由上海交大知识产权管理有限公司作为该产品的注册申请人，上海昕健医疗技术有限公司作为委托生产方，于2018年7月30日正式提交医疗器械注册申请，2019年1月7日通过技术审评，前后不到半年就获得了产品注册证。

针对当前骨关节领域朝着微创化、个性化、精准化的发展趋势，王金武团队还致力于3D打印医疗器械的标准编制、注册与监管，使其达到审批水平，满足临床需求。目前已经完成编制的金属3D打印标准、生物3D打印标准和康复辅具3D打印标准，都已经作为团体标准发布。

在这些工作的基础上，王金武介绍说：“在学校的支持下，我们建立了医疗器械试制基地，成立了上海交通大学医疗器械注册创新服务中心，主要承担医疗器械的检测、注册服务、监管科学研究等方面的工作。”

与批量生产的人工关节以及传统医疗器械相比，3D打印医疗器械在生产个性化骨关节产品时，临床应用的成本相对较高，企业盈利空间不大。为此，上海交通大学建立了医疗器械智能制造云平台。王金武通过一个简单的例子向我们说明了建立平台的意义：企业打印一颗1万元的牙齿可能未必盈利，但是如果通过3D打印一次打印200颗个性化的牙齿，情况就不一样了。在医疗器械云平台设立之初，建立个性化患者的疾病库与医工交叉的医疗器械模板库，当医工交叉的模板库足够大以后，3D打印医疗器械就能从原来的“3D打印+互联网+物联网”模式升级为“3D打印+互联网+物联网+人工智能”的模式。在人工智能的基础上可以既快又准地筛选出与患者个性化需求接近的医疗器械模板，此后只需进行一些简单的规划和设计。这样的智能制造云平台可以大大节省时间，降低企业成本，也方便将来个性化医疗器械的注册认证与临床应用转化。

王金武(左一)在进博会上介绍团队研发的3D定制式膝关节矫形器

“生物3D打印在创造具有生理结构功能并能自我修复的组织器官方面，已经成为一个极富临床转化前景的技术。”王金武说道，“得益于生物3D打印，目前我们可以通过3D打印的类器官进行高通量的药物筛选。如将肿瘤患者的肿瘤细胞打印成多个同样的肿瘤小单元，从而筛选出治疗该肿瘤患者最有效的个性化药物。”王金武团队还利用生物3D打印与机器人的技术结合研发了生物3D打印机器人，为将来生物3D打印进入临床骨关节软骨修复微创治疗领域做好了试验研究的准备。

王金武介绍说，生物3D打印是3D打印领域皇冠上的明珠，它所使用的3D打印材料称为生物墨水。生物墨水包含了细胞因子，以及一些生物活性材料构成的基质。在细胞药物治疗骨关节炎领域，目前我们国家还没有细胞药物获得审批，即使是干细胞，也大多处于临床试验阶段。因此，只有首先获批细胞药物，生物3D打印才有可能在注册证方面实现零的突破。同时，生物墨水的保存、质控、防止污染、监管等都面临着安全性、有效性的瓶颈，这些都是目前在临床转化方面需解决的难题。

王金武补充说：“四川大学的张兴栋院士提出了以具有一定结构的生物活性材料为主要成分，不外加生长因子和药物，诱导干细胞成软骨细胞系分化，最终实现关节软骨的再生，适用于治疗因创伤、退变导致的局灶性关节软骨缺损的再生修复。如果我们通过生物3D打印的方式，将其用作生物材料来打印，未来就可以将其作为生物3D打印的产品进行临床转化。关于这一研究方向，我们团队也正在协助有关科技部项目的参与单位来共同推进临床转化工作，目前已经完成了相关的动物试验，也正在第九人民医院进行医疗器械临床试验之前的相关准备工作，预计很快就可以进入临床试验阶段。”

王金武(左)和戴尅戎

持续推动康复领域未来发展

王金武深知人才是医工交叉持续发展的关键，为此精心设计了数字医疗与3D打印前沿医工交叉转化研究生课程。课程内容紧密围绕医工交叉核心技术与应用，涵盖数字医疗、3D打印、人工智能等前沿领域，全面呈现从基础理论到临床应用的全产业链知识体系。在教学中，他注重理论与实践结合，引导学生参与实际科研项目，如3D打印医疗器械研发、智慧康复系统设计等，让学生在实践中掌握医工交叉的核心技能，培养解决实际问题的能力。此课程培养了一批既精通医学又擅长工程技术的复合型人才，他们在医工交叉领域的科研、临床应用及产业发展中发挥重要作用，成为推动行业发展的新生力量，为医工交叉领域的长远发展奠定坚实的人才基础。

在团队建设方面，他以自身经历诠释医工结合的真谛——甘当配角，优先考虑团队利益。在科研项目中，鼓励团队成员积极协作，打破学科壁垒，形成高效创新团队。例如，在重大项目攻关时，医学专业人员提供临床需求与病例数据，工程技术人员运用专业技能设计解决方案，双方紧密配合、优势互补。通过定期学术交流、项目研讨等活动，促进成员间知识共享与技术交流，提升团队整体创新能力。这种合作文化吸引了众多优秀人才加入，团队不断发展壮大，在医工交叉领域持续产出高质量科研成果，提升了团队在国内外的影响力，推动我国医工交叉研究向更高水平迈进。

王金武团队的工作在医工交叉领域产生了广泛而深刻的影响。在技术创新层面，其研发的数字医疗与3D打印技术、智慧康复设备等成果已广泛应用于临床实践，成为行业技术升级的重要推动力量。例如，3D打印个性化医疗器械改变了传统医疗器械的生产与应用模式，提高了医疗的精准性与个性化程度；智慧康复技术为康复医疗带来新方法与理念，提升康复效果与效率。在产业发展方面，王金武团队推动的医疗器械注册标准编制与产学研合作模式，促进了医工交叉产业的规范化与规模化发展，吸引了更多资本与企业进入该领域，加速了医疗科技成果的产业化进程，带动上下游产业协同发展，推动了我国医疗产业结构优化升级，提升了我国在全球医疗科技领域的竞争力。

展望未来，王金武对医工交叉领域充满信心与期待。随着科技的持续进步，如人工智能、大数据、生物技术等前沿技术不断发展，医工交叉将迎来更多创新机遇。他将继续聚焦数字医疗、3D打印与智慧康复等核心领域，深化技术研发与应用。在数字医疗领域，进一步提升人工智能辅助诊断的准确性与效率，拓展其应用范围；在3D打印领域，探索更多生物材料与打印工艺创新，实现更复杂的人体组织与器官的在体生物3D打印；在智慧康复领域，借助物联网与大数据技术，实现康复过程的精准监测与个性化干预。同时，王金武也期待持续加强人才培养与团队建设，扩大国际合作与交流，推动我国医工交叉领域在全球的创新发展，为人类医疗健康事业做出更大贡献，引领医工交叉领域迈向新的发展高度，创造更多医疗科技奇迹，造福全球患者。

王金武(左一)向同学们介绍3D定制式膝关节矫形器的应用场景

(摘编自《交叉融合 医工同行 上海交通大学医工交叉二十年》 上海交通大学出版社 2025年11月第一版 主编 曾小勤 郑俊克 李冬凉）