打破国外垄断！坏死股骨头换新“梁”，保住了髋关节
湖南日报·新湖南客户端4月15日讯（通讯员王洁记者段涵敏）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”。记者今医院获悉，该院骨科专家为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。
据悉，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“房梁”断裂，医工结合研发“秘密武器”
去年冬天开始，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。医院后，谭先生被确诊为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，今年3月，医院骨科主任胡懿郃教授。
“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。”胡懿郃教授介绍。
医院骨科主任胡懿郃教授演示手术过程
谭先生股骨头的新“房梁”，是胡懿郃教授团队自主研发的最新“秘密武器”——3D打印仿生骨小梁多孔钽金属支架。这一产品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，由中南大学粉末冶金国家重点实验室和医院骨科共同通过产学研医平台和医工结合方式研发。
3D打印个性化定制仿生骨小梁多孔钽金属支架
目前最常用的是钛金属，为什么要用钽金属？专家介绍，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”孔隙结构并未十分切合人体骨小梁结构。
如何才能让钽金属“房梁”更好地发挥支撑作用呢？
在胡懿郃教授的指导下，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，决定为谭先生个性化定制一根钽金属“房梁”。
计算机3D模型（左），个性化定制手术导板（右）
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。该如何加快骨组织的长入速度呢？胡懿郃教授团队创新采用了“仿生”的方法。
“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，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。
这一设计的实现并不容易，通过传统的机械加工或者化学气相沉积无法实现，只有3D打印才可以做到。而钽金属作为难熔金属，在3D打印过程中，对粉体性能、铺粉质量、打印精度等要求都非常高，团队之前试验了近1年，才打印出满意的支架。
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。
“我们在钽金属棒的尾部设计了螺旋形自锁定装置，类似于‘膨胀螺丝’，患者术后活动就不用担心钽金属棒退出来。”雷鹏飞博士后说。
手术精准植入，患者术后第二天即可站立
钽金属“房梁”做好后，如何通过手术精准植入也非常重要。雷鹏飞博士后运用3D打印技术制造了一个“双导向”手术导板。
“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，我们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。”胡懿郃教授表示。
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。
术前（左），术后（右）
“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。”胡懿郃教授表示。
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