郭正教授：3Dプリントで「鉄の骨」を造る

出典: フィジシャンニュース

彼は身長が約1.9メートルあり、誠実な人です。

彼は3Dプリントを完璧にマスターしており、2009年に中国で初めて、3Dプリントしたチタン合金の人工関節を使って骨欠損を再建するというアイデアを提案しました。彼はすぐにそれを実践し、分野間のコミュニケーション不足や人工関節の製作期間の長さなどの問題を克服するために多分野にわたるチームを結成しました。

10年以上の努力の末、ついに夢が現実になりました。 2014年、空軍医科大学唐渡病院整形外科部長の郭正氏はチームを率いて、3Dプリントによるパーソナライズされた肩甲骨と鎖骨のチタン合金製人工関節の世界初の臨床応用と、アジア初の骨盤チタン合金製人工関節の臨床応用を完了した。

2021年、郭正氏はチームを率いて再び新たな「初」を達成し、「7分節の胸部および腰椎の腫瘍の一括切除と、3Dプリントによる個人に合わせた超長人工椎体再建」を完了し、3Dプリント技術をより複雑な人骨欠損修復の分野に拡大しました。

彼の子供の頃の夢は、陸軍学校に通い、軍服を着て軍医になることだった。「常に子供のような心を持ち、孤独に気をつけ、花が咲くのを待ちなさい。」これは郭正が自分自身に送るメッセージであり、30年以上にわたる科学研究と臨床研究における彼の揺るぎない信念でもあります。

機能と外観の二重治癒

腫瘍の重量は6.8キログラムで、胸骨と複数の肋骨が広範囲に侵されていました。命を救うこと、機能を維持すること、そして外見を維持することは、まだ40歳の李さん（仮名）にとって難しい選択問題となっている。最後の一筋の希望を頼りに、老麗さんは治療を求めて山東省から西安まで何千マイルも旅した。

「とても難しいですが、最善を尽くします」。この約束は老李に深い印象を残しました。手術は14時間続き、整形外科、胸部外科、火傷・形成外科など複数の分野が協力しました。最終的にこの約束は果たされ、老李は一択問題を多択問題に変え、命を救う、機能を維持する、外見を維持するという3つの要件を同時に達成することができました。

李さんの腫瘍は非常に大きく、胸骨と複数の肋骨に及んでいるだけでなく、鎖骨、腋窩動脈、腕神経叢にも密接に関係しています。どうすれば完全に除去できるのでしょうか?切除後の再建方法は？患者が肩甲骨の外観と機能を回復できるようにするにはどうすればよいでしょうか?外科チームはこれらの課題に直面しました。多分野にわたる議論を経て、チームはまず胸壁の腫瘍を検査して完全に除去し、次に3DプリントされたPEEK胸肋複合人工器官を使用して胸郭を再建し、最後に健康な側の広背筋遊離皮弁を採取して傷を覆うことを決定しました。

「多分野にわたる共同手術により、腫瘍は完全に除去され、患者の命が救われました。3Dプリントは、李さんの外見と機能の回復に欠かせない役割を果たしました。」郭正氏は、この一見不可能と思われる期待を実現し、外見と機能の二重治療を実現したのは、この2つの有機的な組み合わせであると考えています。

「10年以上前、李さんのような患者にとって、命を救うことはおそらく問題ではなかったが、機能と外見を回復することはおそらく夢物語だっただろう」と郭正氏は述べた。以前は、切除の範囲は人工関節や人工器官の大きさと形状に基づいてのみ決定できたという。腫瘍が大きく、放射線治療や化学療法が効かない李さんのような患者の場合、適切な人工関節がなければ切除後の外観や機能を回復することはできない。

「当時、病院は3Dプリント設備を導入しており、この最先端の設備を命を救う武器に変え、この目に見える実体のあるデジタル技術を臨床に応用し、より多くの骨腫瘍患者の命を救うだけでなく、機能と形態を維持できるようにしたいと考えていました。」当時、医療分野での3Dプリントの応用は始まったばかりでした。郭正はゼロから始め、文献を調べ、デジタル科学研究チームを結成し、関連する専門家を招いて講演を行いました。彼はチームを率いて、最も単純なモデルの印刷から始め、探索の過程で試し、試行錯誤の過程で実践しました。最終的に、患者の患部とその周囲の神経や血管を印刷して、臨床現場で使用できる物理的で比例した現実の解剖モデルを形成することができました。

郭正氏は、骨腫瘍再建の分野で3Dプリント技術が広く応用されれば、医師は患者の治療ニーズに合わせて「カスタマイズ」した治療を行えるようになると指摘した。腫瘍切除のさまざまな形態、場所、複雑さに応じて、3Dプリント技術は硬組織再建や骨関節再建の際に骨の形状構造と機能要件を正確に復元することができる。これは骨腫瘍再建にとって質的な飛躍である。

医師の「第三の目」となる
「ここで医師に診てもらうのは、他の場所で医師に診てもらうよりも理解しやすい」郭正の診察室には、骨腫瘍を患う60代の患者が座っている。郭正は3Dプリントした模型を手に持ち、患者とその家族に手術計画と潜在的なリスクを根気強く説明している。

郭正氏は記者団に対し、これまではコンピューターで2次元画像しか見られなかったと語った。3次元画像に再構成されても、見ることはできても触ることはできず、医師の判断に大きな影響を与えた。 3D プリントモデルは、病変の実際の範囲に基づいて 1:1 のソリッドモデルにプリントできるほか、血管、神経器官、腫瘍の位置などの隣接構造もプリントできます。医師は3Dプリントモデルを使用して患者とコミュニケーションをとり、手術の過程を患者に明確に説明できるため、患者とその家族は病気をよりよく理解し、病気の治療過程をより明確に理解できるようになります。臨床教育において、学生は腫瘍や病変の位置や損傷をより直感的に感じることができます。

臨床現場では、3Dプリントは医師の「第三の目」となる可能性がある。「3Dプリントは、医師が手術中に病変の大きさ、範囲、境界を明確に判断するのに役立ち、医師はより正確に病変を除去し、手術による損傷を減らすことができます。」郭正氏は、3Dプリント技術の臨床応用は、デジタル設計の概念を整形外科の診断と治療にもたらし、診断と治療の概念に革新をもたらしていると述べた。

モデルを使えば腫瘍の位置がわかり、切除範囲を正確に設計できますが、手術中にはどのように実施すればよいのでしょうか?実際の臨床状況に対応して、郭正教授は新しいアイデアを思いつきました。郭正教授はデジタル設計の経験を組み合わせて、手術中に正確な手術をガイドするために 3D プリントされた手術ガイドを使い始めました。「ガイドプレート」は外科手術の設計に基づいたリバースエンジニアリング製品であり、2つの部分に分かれており、1つは「プレート」、もう1つは「ガイド」です。「プレート」は骨の目印がはっきりした骨に接触しており、動くことはできません。このとき、「ガイド」は医師が電動ドリルや振動のこぎりなどの手術器具を使用して精密な手術を行うようにガイドすることができます。

継承と革新への挑戦 唐渡病院整形外科の発展の歴史を振り返ると、継続的な継承と献身的な革新が永遠のキーワードです。唐渡病院の整形外科チームは、継承しながら革新し、実践しながら革新し、常に困難を克服し、研究成果の臨床応用への転換を推進しています。

同病院は1990年に世界初のマイクロ波高周波アブレーション四肢温存技術と骨盤悪性腫瘍に対するマイクロ波アブレーション技術を開発。2013年には国内初となる関節鏡下前十字靭帯再建術と単顆型股関節置換術を実施した。2018年には世界初の改良膜誘導技術を用いて、史上最長の上腕骨大腿骨欠損修復術を完成した。2021年、郭正氏が率いる科学研究チームが骨欠損修復・治療システムと重要技術で国家科学技術進歩賞一等賞を受賞したことで、同病院整形外科部門は再び朗報を報告した。

現在、バトンは郭正に渡され、同病院の整形外科部門は「3Dプリント、骨腫瘍切除、低侵襲脊椎関節、顕微手術修復再建（3D3M）」という技術的特徴と「個別化、インテリジェント、低侵襲」という技術ブランドを形成し、軍事的特徴を備えた国内一流の専門センターになったと語った。 3Dプリント技術やコンピューターナビゲーション支援手術技術に代表されるデジタル整形外科技術は国内トップレベルに達しており、臨床現場に応用され、患者に高品質でより安全な医療サービスを提供しています。

整形外科研究所は、専門分野の発展をより良く支援するために、専門技能訓練センター、軍事訓練傷害予防および治療センター、大型動物実験センター、腫瘍切除センターを含む 7 つのセンターを設立しました。郭正氏は「これらのセンターの設立と発展は、整形外科の建設にとって非常に良いサポートとなり、この分野のプラットフォームの急速な発展をさらに促進するだろう」と述べた。

郭正氏は、整形外科は医学分野における重要な専門分野であり、医学の発展は整形外科の進歩を促進し、整形外科の発展は常に科学技術の発展と歩調を合わせていると指摘した。デジタル化、インテリジェント化、低侵襲化、パーソナライズ化といった技術的手段の継続的な進歩により、整形外科の分野は飛躍的に前進するでしょう。唐渡病院整形外科は時代の変化に対応し、3Dプリント技術に重点を置き、デジタル技術を活用して整形外科疾患の正確な治療を支援していきます。将来、この分野は常に最先端の革新的技術に焦点を当て、患者の痛みを和らげ、人々の健康に貢献していきます。

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