圖為3D打印機(jī)

    19歲的強(qiáng)強(qiáng)曾一度喪失了生活的勇氣。他患了一種十分罕見的代謝類疾病“下頜溶骨癥”，下頜骨逐漸被自體溶解吸收，下巴越來越小，臉部漸漸變形，吃飯、說話都成了問題。這種病全世界僅百余例?；疾〉膹?qiáng)強(qiáng)越來越自卑，不敢見人，甚至有了輕生的念頭。

    西安交大機(jī)械學(xué)院李滌塵教授課題組利用3D打印技術(shù)為強(qiáng)強(qiáng)量身定制了新的下頜骨——用他的腓骨作為下頜體部材料，支架與植骨相結(jié)合，順利恢復(fù)了強(qiáng)強(qiáng)的面部外形，解決了強(qiáng)強(qiáng)的煩惱，笑容和自信又重新回到這個年輕小伙的身上。

    像強(qiáng)強(qiáng)這樣的顱頜面骨缺損患者在我國每年超過300多萬，大多因創(chuàng)傷、病變、車禍造成。他們面部形態(tài)被改變，咀嚼、發(fā)聲困難，甚至視覺和腦部功能也受到影響。李滌塵教授課題組發(fā)明的“個性化顱頜面骨替代物設(shè)計制造技術(shù)”為這些患者帶來了福音。這項成果的個性化替代物產(chǎn)品、制造設(shè)備、手術(shù)器具銷往上百家醫(yī)療機(jī)構(gòu)和制造單位，臨床案例超過1.1萬，近三年累計銷售額達(dá)1.14億元。1月9日，這項成果獲得了2014年度國家科學(xué)技術(shù)發(fā)明二等獎。

      骨替代物是骨缺損修復(fù)的關(guān)鍵產(chǎn)品。顱頜面骨形狀復(fù)雜，缺損個體差異大，需要根據(jù)具體缺損情況個體化制作。傳統(tǒng)的顱頜面骨修復(fù)往往取決于臨床醫(yī)生的經(jīng)驗：手術(shù)切開組織后，臨床醫(yī)生將通用鈦板或鈦網(wǎng)手工彎制成形，手術(shù)耗時長，手術(shù)效果難以達(dá)到最佳。

尋找3D打印與顱頜面外科的交叉點，西安交通大學(xué)李滌塵教授課題組面臨三大難題：一是外形難以與原有骨結(jié)構(gòu)一致，手工塑性不好會使面部變形，影響心理康復(fù)；二是力學(xué)功能難以控制，手工彎制強(qiáng)度過低材料易斷裂，剛度過高則造成應(yīng)力屏蔽；三是替代物沒有骨再生功能。通過反復(fù)比對，課題組瞄準(zhǔn)了從傳統(tǒng)機(jī)械制造向生物與仿生制造發(fā)展的前沿方向，以患者醫(yī)學(xué)影像數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，通過3D打印，手術(shù)前即制作好滿足臨床要求的個性化骨替代物，保證骨修復(fù)的快速和準(zhǔn)確。

      科研人員通過鏡像變換、布爾運算和相似性匹配為患者量身設(shè)計個性化替代物外形結(jié)構(gòu)，并對替代物板孔分布進(jìn)行快速個體定制設(shè)計和優(yōu)化，使新骨處于骨生長最佳應(yīng)變區(qū)間內(nèi)，保證了外形與原有骨結(jié)構(gòu)的一致性。他們還發(fā)明了替代物的快速制造方法，以光固化快速精密鑄造為主，結(jié)合快速原型模板復(fù)形和鈦合金激光直接成形，比手工彎制精度提高10 倍以上，力學(xué)性能和化學(xué)成分均滿足國家與醫(yī)用行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)?；谠瓌?chuàng)基礎(chǔ)理論的關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)，不僅實現(xiàn)了形態(tài)的個體適配，還解決了力學(xué)性能的個性化適配，攻克了應(yīng)力屏蔽導(dǎo)致的骨萎縮難題。

      如何實現(xiàn)骨再生？西安交大李滌塵教授課題組將個性化鈦替代物設(shè)計成一條仿生通道，結(jié)構(gòu)鏤空，內(nèi)部填充可降解生物陶瓷，并在陶瓷內(nèi)設(shè)置微觀通道結(jié)構(gòu)。他們還發(fā)明了個性化頜骨牽張器，根據(jù)患者數(shù)據(jù)構(gòu)建空間牽引軌道，制作空間弧形導(dǎo)軌，使?fàn)恳晒桥c患者對側(cè)下頜骨形態(tài)對稱，成為患者自體生長的活性“替代物”。新骨長自本身骨骼，體內(nèi)最終不留異物，在國際上首次實現(xiàn)牽引軌跡與患者骨骼形狀的個性化適配，對于發(fā)育中的青少年通過牽張修復(fù)缺損具有重要價值。

      2001年，課題組聯(lián)合西安交大口腔醫(yī)院成功實施了世界首例3D打印個性化下頜骨替代物臨床應(yīng)用，比國外整整早了10年；2006年，率先完成國際首例個性上頜骨修復(fù)臨床應(yīng)用；2009年實施了全國首例全下頜骨溶解個性化修復(fù)。李滌塵教授1998年首倡“生物制造”研究，目前課題組的研究范圍已囊括定制化人工假體、骨/軟骨關(guān)節(jié)、關(guān)節(jié)韌帶組織制造，以及細(xì)胞打印、肝組織結(jié)構(gòu)制造、個體化骨折外固定器及其臨床應(yīng)用等。

      以中國科學(xué)院熊有倫院士為組長的國家自然科學(xué)基金重點項目驗收組，對資助本項目的“人工骨活化機(jī)理及仿生設(shè)計制造技術(shù)基礎(chǔ)研究”驗收時評價認(rèn)為“該項目是制造學(xué)科與生物醫(yī)學(xué)學(xué)科的深度交叉研究。該項目在這一領(lǐng)域做出了重要探索性貢獻(xiàn)，其研究成果體現(xiàn)了我國在生物制造目前的學(xué)術(shù)水平和創(chuàng)新貢獻(xiàn)，推動了生物制造研究領(lǐng)域的發(fā)展”。邱蔚六院士在綜述論文“口腔頜面修復(fù)重建外科近況”評價稱，“這種技術(shù)完全符合‘個體化’醫(yī)療的現(xiàn)代理念，并促進(jìn)了‘個體化’修復(fù)外科的發(fā)展。”

      四川大學(xué)華西口腔醫(yī)院在臨床應(yīng)用后認(rèn)為，此項成果具有精度高、組織相容度高、個體適配性強(qiáng)、修復(fù)效果好、簡化手術(shù)過程和穩(wěn)定性高的優(yōu)勢。中山大學(xué)附屬中山醫(yī)院在臨床應(yīng)用后表示，該產(chǎn)品和技術(shù)在實用性、準(zhǔn)確性、縮短手術(shù)時間、降低手術(shù)風(fēng)險及減少手術(shù)醫(yī)生勞動強(qiáng)度等方面有明顯優(yōu)勢，具有較強(qiáng)的臨床應(yīng)用價值。

      從基礎(chǔ)理論研究到關(guān)鍵技術(shù)發(fā)明，再到系列產(chǎn)品開發(fā)并推廣應(yīng)用，李滌塵教授課題組歷時十余年，有效實現(xiàn)了顱頜面骨缺損個性化修復(fù)的數(shù)字化、精確化和大規(guī)模臨床應(yīng)用，將塑形精度提高10倍以上，手術(shù)效率提高80%。此項目共獲授權(quán)發(fā)明專利18項。