3D打印个性化金属假体
来自天山脚下的新疆哈萨克族大姐伊娜（化名），因右侧半骨盆肿瘤已经接受了多次手术。近期，她在上海交通大学医学院附属第九人民医院（简称“上海九院”）骨科接受了骶髂关节、耻骨联合离断完全切除肿瘤和3D打印个性化骨盆假体保肢重建。前几天回到医院复诊，伊娜最满意的是身体的功能恢复。截至目前，上海九院骨科郝永强团队已经为200多名患者实施了3D打印个性化金属假体功能重建，实现了骨科手术从“削足适履”到“量体裁衣”治疗模式的转变。
创新的原动力
为骨肿瘤患者保肢
早在20世纪70年代后期，中国工程院院士戴尅戎就开始了个性化骨关节假体的设计、应用与转化研究。20世纪80年代始，他带领的团队设计出包括人工半骨盆、人工踝关节、肩关节等骨关节的第一代个性化假体，基本上构建了个性化假体的基础技术体系，发展出更先进的第二代假体。但是，假体较高的设计难度和较长的制造时间，严重限制了它的临床应用。
“骨肿瘤的保肢治疗中，肿瘤切除后骨关节缺损形态各异，传统的标准化假体无法重建或效果不佳，因此，我们必须想办法解决这个医学难题！”郝永强教授介绍，个性化重建假体，是骨肿瘤保肢治疗的刚需。但在3D打印出现之前，个性化重建假体仅在少数发达国家能够实现。定制费用一般在数万美元，定制周期至少需要3个月。这对于国内的骨肿瘤患者来说，一是经费上承担不起，二是时间上等不起。
郝永强师从戴尅戎院士后，专注于骨肿瘤等骨科复杂疾病的个性化治疗研究。2010年前后随着金属3D打印机面世，他带领团队开始了第三代个性化假体的探索。3D打印又称增材制造技术，是制造技术的一次革命性突破。 
创新工作之一是设计及应用软件的研发。“如今，我们可以应用自己研发的CT/MRI数字融合计算机软件，来重建肿瘤真实边界，并通过3D打印把病变模型打印出来，在模型上讨论手术规划。如何把肿瘤精准切除？如何设计手术辅助导板？如何安装个性化重建假体？复杂的手术操作，被一个一个仔细讨论后，变得相对简单了。”郝永强说。
团队另一个重要创新，是根据患者疾病的特殊性，赋予假体个性化的特殊功能。
即便是3D打印最常用的金属材料钛合金，也是惰性金属，与骨骼之间无法整合，永远存在金属假体-骨骼的界面。这个难点，也是第一代、第二代个性化假体安装后失效的主要原因。郝永强带领团队做了大量研究，经过不断筛选，通过在与骨接触的假体表面打印出骨能够长入的金属骨小梁，实现了钛合金跟骨骼的融合。借助这一技术，3D打印个性化骨关节假体真正成了患者身体的一部分。
“三位一体”
让骨盆手术不再是禁区
3D打印中心为伊娜在短期内设计、制备了3D打印个性化骨盆肿瘤模型、3D打印个性化手术辅助导板、3D打印个性化骨盆重建金属假体。制作时，操作者导入设计好的数字文件，给3D打印机铺上一层细若微尘的钛粉，按下“开始”按钮，电子束在照射区形成的1100摄氏度高温，让金属微粒自然熔解……只用一天时间，1∶1比例的3D打印产品就准备好了。
手术中，郝永强团队采取了3D打印“三位一体”的创新治疗模式，完整切除了带有肿瘤的半骨盆，同时安装上3D打印假体。伊娜不仅免去了截肢之苦，更保住了生命。
骨盆的解剖位置特殊，骨盆肿瘤患者面临肿瘤切除安全边界难以确定，重要脏器、血管神经易发生损伤等诸多问题。长期以来，骨盆区域曾被视为手术的禁区，骨盆肿瘤切除与保肢重建是公认的世界性难题。
郝永强说：“20世纪80年代以前，如果患者确诊为骨盆恶性肿瘤，便面临着生死抉择。半骨盆截肢是病人存活下来的唯一治疗选择，但即便侥幸活下来，生活质量也极差。”现在，新的治疗模式让重度骨盆疾病患者有了更好的治疗效果和生活质量，实现了真正意义上的“个性化”与“精准化”治疗。对医生来说，也实现了复杂手术简单化、危险手术安全化。
一体化重建
造福骨盆复杂缺损患者
人工全髋关节置换术（THA）能明显改善患者生活质量，但假体植入后松动、感染、假体周围骨溶解及骨折、假体脱位等会导致置换关节失败，让患者面临二次或多次假体翻修手术。绝大多数髋关节翻修患者均伴有髋臼周围大小不一、形态复杂的骨盆复杂缺损，尤其是相当一部分存在缺损范围巨大、缺损结构复杂甚至伴有骨盆环中断、分离、丧失力学传导及支撑，运用标准的髋臼杯、加强环、填充块及骨水泥等传统翻修手段无法完成或勉强翻修，导致患者髋关节功能明显受限、生活质量显著下降，甚至最终卧床、丧失生活自理能力。
针对骨盆复杂缺损功能重建这一难题，郝永强团队提出个性化、一体化翻修的创新理念。通过多年临床应用、疗效评估及随访，所有患者髋关节功能Harris评分显著提高，术后假体位置三维立体评价证实安装准确。髋关节周围骨盆复杂缺损分型的确定及3D打印个性化、一体化翻修综合诊疗体系的构建，为髋关节复杂翻修患者带来了福音。
放眼未来，郝永强认为3D打印会越来越多地应用在医学各个领域，同时以打印活性组织细胞、器官为代表的生物打印，有望在不久的将来应用于人体。科技改变未来，医学3D打印可以帮助人类“脱胎换骨”，梦想成真。
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