全球首例!“3D打印+仿生”技术为坏死股骨头换新“梁”

绿色新闻 | 2019-04-15 22:44:54
星辰在线 | 编辑:张云荻

(视频由星辰全媒体记者 胡伟男摄 黄超制)

在胡懿郃教授的指导下,谭先生收获了一根个性化定制的钽金属“房梁”。

钽金属的弹性模量更接近骨组织,更适合仿生人体的骨小梁结构,骨组织长入速度大大高于钛金属,可以促进骨细胞快速长到钽金属棒的孔隙中。图片均由中南大学湘雅医院提供)

  星辰在线4月15日讯(星辰全媒体记者 胡伟男)如果说股骨头是一座房子,那么其中的骨小梁就是支撑的房梁。当骨小梁因股骨头坏死而变得不再坚固,房子就会摇摇欲坠,房顶也就离塌陷不远了。近日,中南大学湘雅医院骨科专家为39岁的股骨头坏死患者谭先生精准植入了一根定制的钽金属“房梁”,支撑起坏死的股骨头,保住了患者的髋关节。此次由国内团队自主创新研发的3D打印个性化定制仿生骨小梁多孔钽金属支架植入手术,在世界范围内尚属首例,打破了国外的技术垄断。

  股骨头坏死导致“房梁”断裂

  2018年冬天,谭先生经常感觉腰背疼痛,只要多走几步,右髋关节和右腹股沟区域就酸痛得厉害。他本以为是普通的腰椎间盘突出,辗转好几家医院后,最终被确诊为II期股骨头坏死。当地医生建议他做关节置换手术。

  正值青壮年的谭先生希望能尽量保住自己的髋关节,2019年3月,他找到了湘雅医院骨科主任胡懿郃教授。而此时,他只要下地行走,就会出现右髋强烈的疼痛,已经无法工作,只能卧床在家,严重影响了他的生活。

  “谭先生股骨头里面的‘房梁’骨小梁结构发生了损伤,但‘房顶’还未发生塌陷,对于这种早期的、青壮年的患者来说,保髋治疗是首选,这就需要用新的‘房梁’来支撑,保持‘房顶’不掉下来。”胡懿郃介绍,青壮年时期是患者关节活动量最大的阶段,也是骨头和血管再生能力最强的阶段,保髋治疗成功率相对较高。否则,一旦坏死持续进展,导致股骨头塌陷变扁后,髋关节的关节面会被迅速破坏,患者将失去运动能力和劳动能力,最终只能接受人工全髋关节置换。

  医工合作个性化定制钽金属“房梁”

  谭先生股骨头的新“房梁”,是胡懿郃教授团队自主研发的3D打印仿生骨小梁多孔钽金属支架。相比于目前最常用的钛金属来说,钽金属生物相容性更佳,人体不易发生排异反应。更为重要的是,钽金属的弹性模量更接近骨组织,更适合仿生人体的骨小梁结构,骨组织长入速度大大高于钛金属,可以促进骨细胞快速长到钽金属棒的孔隙中。

  然而,目前全球少数几家制作此种材料的公司,制造的是“均码”的圆柱体钽金属棒,其规则的“蜂巢状”孔隙结构也并未十分切合人体骨小梁结构。在胡懿郃教授的指导下,湘雅医院骨科医师、生物医用材料博士后雷鹏飞组织医工交互团队通过精心设计和3D打印技术,为谭先生个性化定制了一根钽金属“房梁”。

  3D打印仿生骨小梁结构促进骨组织快速生长

  当自体骨组织长入钽金属棒后,“房梁”才会更加稳定。 “我们通过与算法工程师紧密合作,根据谭先生骨小梁不规则的结构来设计,比起进口的钽金属棒规则的‘蜂巢’型结构,弹性模量和表面摩擦系数与人体松质骨更为接近,可以更好地‘伪装’成骨小梁,诱导骨长入。”胡懿郃教授表示,钽金属支架的孔隙率要求非常严格,孔隙太大将不利于骨组织生长,而孔隙太小导致支架太重,与人体骨骼的差别又很大。

  此外,胡懿郃教授团队还在钽金属棒内部留了一定的通道空隙,可以填充患者自体的松质骨,利用钽金属“亲生物”的特性,在钽金属棒中播下“种子”。骨组织可以同时在内部和外部在假体表面生长,术后大概2个星期就可以长进去,最终实现多孔钽金属棒和人体的完全融合。

  精确“制导”:几分钟抵达病灶,半小时完成手术

  钽金属“房梁”做好后,如何通过手术精准植入也非常重要。胡懿郃介绍,传统的手术方式,即便是有经验的医生,也需要多次尝试打入导针,这样不仅会延长手术时间和增加术中X射线透视数量,也会增加患者软组织的创伤。而在手术导板的指引下,仅仅几分钟就达到了病灶,将股骨头内坏死的骨质从进针通道内取出,再植入钽金属棒,整个手术时间不到半个小时。术后第一天,谭先生就坐起来了,伤口区域没有疼痛;术后第二天就可以站起来了。

  胡懿郃表示:“股骨头坏死是进展性的,目前发病机制不明,也没有有效的根治方法。对于年轻的股骨头坏死早期患者,我们希望能通过新的材料和手术方法,尽量保住他们的髋关节,延缓股骨头坏死的速度,避免患者过早接受髋关节置换术。如果骨头生长情况好,患者甚至可以不用接受髋关节置换术。”

【来源:星辰在线】

标签:
    全部评论:0