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3D打印,为什么成了骨科“香饽饽”

时间:2021-11-25 08:23 来源:健康中国 作者:admin 阅读:
极光尔沃

       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。为助力卫生健康行业高质量发展,“医视野”栏目将聚焦医学各领域的先进理念和优秀实践,打造高端医者智库,撷取创新亮点,凝练发展思路,提升治理能力。

(责任编辑:admin)

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