圖為(wei) 3D打印機

    19歲的強強曾一度喪(sang) 失了生活的勇氣。他患了一種十分罕見的代謝類疾病“下頜溶骨症”，下頜骨逐漸被自體(ti) 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(jin) 百餘(yu) 例。患病的強強越來越自卑，不敢見人，甚至有了輕生的念頭。

    西安交大機械學院李滌塵教授課題組利用3D打印技術為(wei) 強強量身定製了新的下頜骨——用他的腓骨作為(wei) 下頜體(ti) 部材料，支架與(yu) 植骨相結合，順利恢複了強強的麵部外形，解決(jue) 了強強的煩惱，笑容和自信又重新回到這個(ge) 年輕小夥(huo) 的身上。

    像強強這樣的顱頜麵骨缺損患者在我國每年超過300多萬(wan) ，大多因創傷(shang) 、病變、車禍造成。他們(men) 麵部形態被改變，咀嚼、發聲困難，甚至視覺和腦部功能也受到影響。李滌塵教授課題組發明的“個(ge) 性化顱頜麵骨替代物設計製造技術”為(wei) 這些患者帶來了福音。這項成果的個(ge) 性化替代物產(chan) 品、製造設備、手術器具銷往上百家醫療機構和製造單位，臨(lin) 床案例超過1.1萬(wan) ，近三年累計銷售額達1.14億(yi) 元。1月9日，這項成果獲得了2014年度國家科學技術發明二等獎。

      骨替代物是骨缺損修複的關(guan) 鍵產(chan) 品。顱頜麵骨形狀複雜，缺損個(ge) 體(ti) 差異大，需要根據具體(ti) 缺損情況個(ge) 體(ti) 化製作。傳(chuan) 統的顱頜麵骨修複往往取決(jue) 於(yu) 臨(lin) 床醫生的經驗：手術切開組織後，臨(lin) 床醫生將通用鈦板或鈦網手工彎製成形，手術耗時長，手術效果難以達到最佳。

尋找3D打印與(yu) 顱頜麵外科的交叉點，西安交通大學李滌塵教授課題組麵臨(lin) 三大難題：一是外形難以與(yu) 原有骨結構一致，手工塑性不好會(hui) 使麵部變形，影響心理康複；二是力學功能難以控製，手工彎製強度過低材料易斷裂，剛度過高則造成應力屏蔽；三是替代物沒有骨再生功能。通過反複比對，課題組瞄準了從(cong) 傳(chuan) 統機械製造向生物與(yu) 仿生製造發展的前沿方向，以患者醫學影像數據為(wei) 基礎，通過3D打印，手術前即製作好滿足臨(lin) 床要求的個(ge) 性化骨替代物，保證骨修複的快速和準確。

      科研人員通過鏡像變換、布爾運算和相似性匹配為(wei) 患者量身設計個(ge) 性化替代物外形結構，並對替代物板孔分布進行快速個(ge) 體(ti) 定製設計和優(you) 化，使新骨處於(yu) 骨生長最佳應變區間內(nei) ，保證了外形與(yu) 原有骨結構的一致性。他們(men) 還發明了替代物的快速製造方法，以光固化快速精密鑄造為(wei) 主，結合快速原型模板複形和鈦合金激光直接成形，比手工彎製精度提高10 倍以上，力學性能和化學成分均滿足國家與(yu) 醫用行業(ye) 標準。基於(yu) 原創基礎理論的關(guan) 鍵技術研發，不僅(jin) 實現了形態的個(ge) 體(ti) 適配，還解決(jue) 了力學性能的個(ge) 性化適配，攻克了應力屏蔽導致的骨萎縮難題。

      如何實現骨再生？西安交大李滌塵教授課題組將個(ge) 性化鈦替代物設計成一條仿生通道，結構鏤空，內(nei) 部填充可降解生物陶瓷，並在陶瓷內(nei) 設置微觀通道結構。他們(men) 還發明了個(ge) 性化頜骨牽張器，根據患者數據構建空間牽引軌道，製作空間弧形導軌，使牽引成骨與(yu) 患者對側(ce) 下頜骨形態對稱，成為(wei) 患者自體(ti) 生長的活性“替代物”。新骨長自本身骨骼，體(ti) 內(nei) 最終不留異物，在國際上首次實現牽引軌跡與(yu) 患者骨骼形狀的個(ge) 性化適配，對於(yu) 發育中的青少年通過牽張修複缺損具有重要價(jia) 值。

      2001年，課題組聯合西安交大口腔醫院成功實施了世界首例3D打印個(ge) 性化下頜骨替代物臨(lin) 床應用，比國外整整早了10年；2006年，率先完成國際首例個(ge) 性上頜骨修複臨(lin) 床應用；2009年實施了全國首例全下頜骨溶解個(ge) 性化修複。李滌塵教授1998年首倡“生物製造”研究，目前課題組的研究範圍已囊括定製化人工假體(ti) 、骨/軟骨關(guan) 節、關(guan) 節韌帶組織製造，以及細胞打印、肝組織結構製造、個(ge) 體(ti) 化骨折外固定器及其臨(lin) 床應用等。

      以中國科學院熊有倫(lun) 院士為(wei) 組長的國家自然科學基金重點項目驗收組，對資助本項目的“人工骨活化機理及仿生設計製造技術基礎研究”驗收時評價(jia) 認為(wei) “該項目是製造學科與(yu) 生物醫學學科的深度交叉研究。該項目在這一領域做出了重要探索性貢獻，其研究成果體(ti) 現了我國在生物製造目前的學術水平和創新貢獻，推動了生物製造研究領域的發展”。邱蔚六院士在綜述論文“口腔頜麵修複重建外科近況”評價(jia) 稱，“這種技術完全符合‘個(ge) 體(ti) 化’醫療的現代理念，並促進了‘個(ge) 體(ti) 化’修複外科的發展。”

      四川大學華西口腔醫院在臨(lin) 床應用後認為(wei) ，此項成果具有精度高、組織相容度高、個(ge) 體(ti) 適配性強、修複效果好、簡化手術過程和穩定性高的優(you) 勢。中山大學附屬中山醫院在臨(lin) 床應用後表示，該產(chan) 品和技術在實用性、準確性、縮短手術時間、降低手術風險及減少手術醫生勞動強度等方麵有明顯優(you) 勢，具有較強的臨(lin) 床應用價(jia) 值。

      從(cong) 基礎理論研究到關(guan) 鍵技術發明，再到係列產(chan) 品開發並推廣應用，李滌塵教授課題組曆時十餘(yu) 年，有效實現了顱頜麵骨缺損個(ge) 性化修複的數字化、精確化和大規模臨(lin) 床應用，將塑形精度提高10倍以上，手術效率提高80%。此項目共獲授權發明專(zhuan) 利18項。