如果說(shuō)股骨頭是一座房子，那么其中的骨小梁就是支撐的房梁。當(dāng)骨小梁因股骨頭壞死而變得不再堅(jiān)固，那房子就會(huì)搖搖欲墜，房頂也就離塌陷不遠(yuǎn)了。

近日，中南大學(xué)湘雅醫(yī)院骨科專家為39歲的股骨頭壞死患者譚先生精準(zhǔn)植入了一根定制的鉭金屬“房梁”，支撐起壞死的股骨頭，保住了患者的髖關(guān)節(jié)。此次由國(guó)內(nèi)團(tuán)隊(duì)自主創(chuàng)新研發(fā)的3D打印個(gè)性化定制仿生骨小梁多孔鉭金屬支架植入手術(shù)，在世界范圍內(nèi)尚屬首例，打破了國(guó)外的技術(shù)壟斷。

股骨頭壞死導(dǎo)致“房梁”斷裂

去年冬天開(kāi)始，譚先生就經(jīng)常感覺(jué)腰背疼痛，只要多走幾步，右髖關(guān)節(jié)和右腹股溝區(qū)域就酸痛得厲害。他本以為是普通的腰椎間盤突出，然而輾轉(zhuǎn)好幾家醫(yī)院后卻最終被確診為II期股骨頭壞死。當(dāng)?shù)蒯t(yī)生建議他做關(guān)節(jié)置換手術(shù)。

正值青壯年的譚先生希望能盡量保住自己的髖關(guān)節(jié)，今年3月，他找到了湘雅醫(yī)院骨科主任胡懿郃教授。而此時(shí)，他只要下地行走，就會(huì)出現(xiàn)右髖強(qiáng)烈的疼痛，已經(jīng)無(wú)法工作，只能臥床在家，嚴(yán)重影響了他的生活。譚先生股骨頭里面的‘房梁’骨小梁結(jié)構(gòu)發(fā)生了損傷，但‘房頂’還未發(fā)生塌陷，對(duì)于這種早期的、青壯年的患者來(lái)說(shuō)，保髖治療是首選，這就需要用新的‘房梁’來(lái)支撐，保持‘房頂’不掉下來(lái)。

醫(yī)工合作個(gè)性化定制鉭金屬“房梁”

譚先生股骨頭的新“房梁”，是胡懿郃教授團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)的最新“秘密武器”——3D打印仿生骨小梁多孔鉭金屬支架。這一產(chǎn)品是國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“3D打印個(gè)性化植入器械臨床應(yīng)用研究與推廣”的成果，由中南大學(xué)粉末冶金國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和湘雅醫(yī)院骨科共同通過(guò)產(chǎn)學(xué)研醫(yī)平臺(tái)和醫(yī)工結(jié)合方式研發(fā)。

3D打印仿生骨小梁多孔鉭金屬支架

進(jìn)口的鉭金屬棒產(chǎn)品頂端是圓柱體的平面，在與圓弧型的股骨頭接觸時(shí)，只有單個(gè)的接觸點(diǎn)受力。而我們特地根據(jù)3D模型把頂端設(shè)計(jì)成弧形，這樣就與股骨頭關(guān)節(jié)面的弧度更為匹配，通過(guò)面的接觸來(lái)增加支撐效果，可以更好地預(yù)防塌陷。

3D打印仿生骨小梁結(jié)構(gòu)，促進(jìn)骨組織快速生長(zhǎng)

當(dāng)自體骨組織長(zhǎng)入鉭金屬棒后，“房梁”才會(huì)更加穩(wěn)定。那么，該如何加快骨組織的長(zhǎng)入速度呢？胡懿郃教授團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新采用了“仿生”的方法。

我們通過(guò)與算法工程師緊密合作，根據(jù)譚先生骨小梁不規(guī)則的結(jié)構(gòu)來(lái)設(shè)計(jì)，比起進(jìn)口的鉭金屬棒規(guī)則的‘蜂巢’型結(jié)構(gòu)，彈性模量和表面摩擦系數(shù)與人體松質(zhì)骨更為接近，可以更好地‘偽裝’成骨小梁，誘導(dǎo)骨長(zhǎng)入。胡懿郃教授表示，鉭金屬支架的孔隙率要求非常嚴(yán)格，孔隙太大將不利于骨組織生長(zhǎng)，而孔隙太小導(dǎo)致支架太重，與人體骨骼的差別又很大。

“我們?cè)阢g金屬棒的尾部設(shè)計(jì)了螺旋形自鎖定裝置，類似于‘膨脹螺絲’，患者術(shù)后活動(dòng)就不用擔(dān)心鉭金屬棒退出來(lái)；后期我們還將設(shè)計(jì)壓配打擊植入的鎖定機(jī)制。”雷鵬飛博士后說(shuō)。

幾分鐘抵達(dá)病灶，半小時(shí)完成手術(shù)

鉭金屬“房梁”做好后，如何通過(guò)手術(shù)精準(zhǔn)植入也非常重要。雷鵬飛博士后運(yùn)用3D打印技術(shù)制造了一個(gè)“雙導(dǎo)向”手術(shù)導(dǎo)板，既可以精準(zhǔn)定位手術(shù)入口和路線，便于進(jìn)行壞死區(qū)域的髓芯減壓和壞死骨質(zhì)的刮除，又可以直達(dá)病灶，精準(zhǔn)地將鉭金屬棒植入進(jìn)入，大大減少了手術(shù)時(shí)間和對(duì)患者組織的損傷。

醫(yī)生模擬手術(shù)前的導(dǎo)板

“股骨頭壞死是進(jìn)展性的，目前發(fā)病機(jī)制不明，也沒(méi)有有效的根治方法。對(duì)于年輕的股骨頭壞死早期患者，我們希望能通過(guò)新的材料和手術(shù)方法，盡量保住他們的髖關(guān)節(jié)，延緩股骨頭壞死的速度，避免患者過(guò)早接受髖關(guān)節(jié)置換術(shù)。如果骨頭生長(zhǎng)情況好，患者甚至可以不用接受髖關(guān)節(jié)置換術(shù)?！焙侧A教授表示。據(jù)悉，湘雅醫(yī)院骨科胡懿郃教授團(tuán)隊(duì)將繼續(xù)致力于研發(fā)3D打印個(gè)性化仿生多孔鉭金屬植入物修復(fù)骨缺損，為骨關(guān)節(jié)臨床提供新思路、新方法和理論依據(jù)，并集成數(shù)字技術(shù)和現(xiàn)代人工智能，產(chǎn)學(xué)研自主創(chuàng)新研發(fā)，為我國(guó)骨科植入醫(yī)療技術(shù)和人們醫(yī)療健康貢獻(xiàn)力量。