先靠数学模型算准骨头的受力和生长规律，再用钛合金粉末通过3D打印技术量身定做，这样的人工椎体你见过吗？近日，武汉迈瑞科技有限公司一款3D打印人工椎体成功获得三类医疗器械注册证，意味着可以正式上市。它能根据人的身体受力特点定制，让植入的“人工骨头”更贴合身体需求，给脊柱疾病患者带来了新希望。

颈椎人工椎体。

数学模型算出骨生长与受力的“精准关系”

这款3D打印人工椎体和普通人工椎体有什么不一样？迈瑞工程师徐剑晴介绍，它就像为患者脊柱“专属打造”的“替身骨”——用钛合金粉末做原料，通过3D打印技术精准复刻患者的椎体结构。

迈瑞这款产品的核心优势，源于背后一套独特的数学模型。徐剑晴介绍，骨骼始终处于新陈代谢状态：成骨细胞负责生成新骨，破骨细胞负责“清除”旧骨，二者动态平衡是骨骼健康的关键。而力学刺激能促进成骨细胞活性、抑制破骨细胞功能——受力频繁的区域，成骨细胞更活跃，骨密度和骨强度更高；受力不足的区域则骨骼更疏松脆弱。例如，经常运动者骨骼更结实，长期卧床者易出现骨质疏松。

要让人工椎体与患者原生骨骼高度适配，需先精准测算患者骨骼强度：人工椎体强度过低易断裂，过高则难以与原生骨骼相容，可能因受力不均引发塌陷。同时，人体骨骼不同部位受力差异显著，导致各段骨骼强度不同，如何实现精准匹配？

基于这一特点，迈瑞团队构建了一套量化数学模型，相当于为力学刺激与骨生长绘制了关系图谱。通过模型模拟人体弯腰、转身等动作的受力场景，测算出骨骼受力点与骨生长的关联规律，进而在人工椎体设计中，通过调控表面微孔的孔径大小实现骨强度的精准适配。如此一来，人工椎体可更好地与原生骨骼相融，助力自身骨骼逐步“长入”并形成牢固结合。

多孔设计让人工椎体“长”进骨骼

人工椎体上的小孔是如何实现骨强度的调节的？“这款3D人工椎体的结构，藏着促进骨头生长的秘密。”迈瑞工程师吴言博士介绍，产品采用3D打印技术做出了“骨小梁结构”，模样和人体真实骨骼里的小孔结构几乎一致。别小看这些小孔，它们就像“脚手架”，能让患者自身的骨头慢慢长进去，让人工椎体和原有骨骼牢牢“长”在一起，稳定性大幅提升。

胸腰椎人工椎体。

市面上现有的3D打印人工椎体上的小孔大多是均匀孔径，没法根据不同部位的受力需求调整。而迈瑞这款创新产品的精细化设计，让小孔的大小、疏密都能“按需调整”。研发团队通过算法控制，在椎体受力大的部位把孔做得密一些、梁做得粗一些，增强承重力；在受力小的部位就把孔做大一点，既减轻重量，又方便营养物质流通，助力骨头生长。

定制化方案让治疗更精准

吴言介绍，拿下三类医疗器械注册证，意味着这款产品已经通过了严格的安全性和有效性验证，能正式进入医院服务患者。目前相关配套工具仍在完善，预计明年上半年正式投入临床。

对于普通患者，有标准化的预生产产品，不用长时间等待；对于运动健将、骨质疏松老人等特殊人群，能提供个性化定制服务——先采集患者的骨骼数据和受力特点，通过数学模型优化设计，再3D打印成型，虽然需要等待两到三周，但能实现更精准的匹配。

更值得期待的是，作为国产化自主创新产品，它的价格远低于进口产品，预计仅为进口产品的三分之一左右。未来，这款集数学模型智慧与3D打印技术于一体的“定制骨头”，将让更多脊柱疾病患者以更低成本获得更精准的治疗。

【来源：长江日报-长江网】

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