长沙晚报掌上长沙4月15日讯(全媒体记者 彭放 通讯员 王洁)“术后第一天就能坐起来，第二天就能站起来，还保住了自己的髋关节!”自年初被确诊为股骨头坏死，险些失去髋关节，到今日终于重新下地迈出第一步，39岁的谭先生终于露出了笑脸。

　　如果把人体的股骨头比作房子，那么骨小梁就是起支撑作用的顶梁柱。股骨头坏死患者的骨小梁变得不再坚固，房子摇摇欲坠。

　　中南大学湘雅医院骨科专家为谭先生精准植入了一根量身定制的钽金属“顶梁柱”，伪装成骨小梁支撑起坏死的股骨头，诱导新生骨组织与其合二为一，成功保住了他的髋关节。

　　今日，湘雅医院对外宣布，由该院专家自主创新研发的3D打印个性化定制仿生骨小梁多孔钽金属支架植入手术，在全球范围内尚属首例，打破了国外的技术垄断。

　　前沿探访

　　39岁男子股骨头坏死，3D打印定制新的“顶梁柱”

　　从去年年底开始，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。他本以为是腰椎间盘突出，然而，辗转多家医院后最终被确诊为股骨头坏死。多家医院建议进行人工股骨头置换术。可是，人工关节只有20年左右的使用寿命，也就是说，谭先生一生可能要换两三次人工关节，每次手术费用数万元。

　　3月，谭先生希望尽量保住自己的髋关节，慕名找到中南大学湘雅医院骨科主任胡懿郃教授。当时，他的右脚一落地，髋关节就感到剧烈疼痛，几乎整日只能卧床。

　　医生仔细检查发现，谭先生股骨头里的骨小梁结构损伤，但“房顶”还未塌陷。“对于这种较早期的、青壮年患者来说，保髋治疗是首选，这就需要用新的‘顶梁柱’来起支撑作用，保持‘房顶’不塌。”胡懿郃介绍，青壮年时期骨头和血管再生能力强，保髋治疗成功率相对较高。否则，一旦病情持续进展，导致股股骨头塌陷，髋关节的关节面会被迅速破坏，患者将完全丧失运动和劳动能力，只能接受人工全髋关节置换。

　　胡懿郃教授团队决定，首次运用自主研发的“秘密武器”——3D打印仿生骨小梁多孔钽金属支架，为谭先生量身定制新的“顶梁柱”。这一产品由中南大学粉末冶金国家重点实验室和湘雅医院骨科共同研发，是国家重点研发计划“3D打印个性化植入器械临床应用研究与推广”的成果。

　　技术解码

　　医工合作为患者个性化定制钽金属“顶梁柱”

　　胡懿郃教授介绍，要为患者重建股骨头的“顶梁柱”，需植入一根金属支架，让新生的骨组织长到金属棒的孔隙中，让二者合二为一。相比目前骨科医学界最常用的钛金属，钽金属的生物相容性更好，植入人体后不易发生排异反应。更重要的是，钽金属的弹性模量更接近骨组织，用它仿生骨小梁结构植入人体后，能大大提高骨组织的长入速度。

　　然而，目前全球少数几家制作这类材料的公司，制造的都是均码的圆柱型钽金属棒，孔隙采用规则的蜂巢结构，不能很好地切合人体骨小梁结构。如何才能让钽金属“顶梁柱”更好地发挥支撑作用?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，根据谭先生的影像学数据，为他个性化定制了一根钽金属“顶梁柱”。

　　胡懿郃教授团队定制的钽金属支架实现了多个技术突破：进口钽金属棒产品顶端是圆柱体的平面，在与圆弧型的股骨头接触时，只有单个的接触点受力。胡懿郃教授团队根据3D模型，把顶端设计成弧形，与股骨头关节面的弧度更为匹配，通过面的接触来增加支撑效果，可以更好地预防塌陷。

　　只有自体骨组织长入钽金属棒后，“顶梁柱”才会更加稳定。如何加快骨组织的长入速度?胡懿郃教授团队创新采用了“仿生”方法，他们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，诱导骨组织长入。

　　胡懿郃教授表示，钽金属支架的孔隙率要求非常严格，孔隙太大不利于骨组织生长，孔隙太小又导致支架太重。这一设计通过传统的机械加工无法实现，只有3D打印才可以做到。钽金属作为难熔金属，在3D打印过程中，对粉体性能、激光熔化参数、设备稳定性、铺粉质量、打印精度等要求都非常高，团队试验了近1年才打印出满意的支架。

　　胡懿郃教授团队还在钽金属棒内部留了一定的通道空隙，让骨组织长入金属棒内部，最终实现多孔钽金属棒和人体的完美融合。

　　生命改变

　　创新定制手术导板，30分钟完成高难度手术

　　钽金属“顶梁柱”做好后，如何通过手术精准植入也非常重要。雷鹏飞运用3D打印技术创新定制了一个“双导向”手术导板，既能精准定位手术入口和路线，便于进行坏死区域的髓芯减压和坏死骨质的刮除，又能精准地将钽金属棒植入，大大减少了手术时间和对患者组织的损伤。

　　“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，不仅延长了手术时间，增加了术中X射线透视数量，还会增加患者软组织的创伤。”胡懿郃教授介绍，在手术导板的指引下，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取出，再植入钽金属棒，完成高难度手术全过程耗时不到30分钟。

　　谭先生的手术伤口采用美容缝合，无需拆线，还覆盖上胡懿郃教授团队创新运用的生物半透膜敷料，术后就可以马上洗澡，无需换药，还能有利于快速康复。

　　憧憬未来

　　股骨头坏死早期患者有望终身不换髋关节

　　股骨头坏死一直是困扰全球医学界的难题，目前发病机制不明，若治疗不及时，可导致残疾。该病目前没有有效的根治方法。早期诊断、精准治疗、康复配合是保髋治疗，减少致残的关键。

　　“对于年轻的股骨头坏死早期患者，我们希望通过新的材料和手术方法，尽量保住他们的髋关节，延缓坏死速度，避免患者过早接受髋关节置换术。如果骨头生长情况好，患者可以终身不用接受髋关节置换术。”胡懿郃表示，该团队将继续致力于研发3D打印个性化仿生多孔钽金属植入物修复骨缺损，为骨关节临床提供新思路、新方法和理论依据，并集成数字技术和现代人工智能，产学研自主创新研发，为我国骨科植入医疗技术贡献力量。