19歲的強強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“下頜溶骨症”，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、説話都成了問題。這種病全世界僅百餘例。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列印技術為強強量身定制了新的下頜骨——用他的腓骨作為下頜體部材料，支架與植骨相結合，順利恢復了強強的面部外形，解決了強強的煩惱，笑容和自信又重新回到這個年輕小夥的身上。

　　像強強這樣的顱頜面骨缺損患者在我國每年超過300多萬，大多因創傷、病變、車禍造成。他們面部形態被改變，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“個性化顱頜面骨替代物設計製造技術”為這些患者帶來了福音。這項成果的個性化替代物産品、製造設備、手術器具銷往上百家醫療機構和製造單位，臨床案例超過1.1萬，近三年累計銷售額達1.14億元。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復的關鍵産品。顱頜面骨形狀複雜，缺損個體差異大，需要根據具體缺損情況個體化製作。傳統的顱頜面骨修復往往取決於臨床醫生的經驗：手術切開組織後，臨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列印與顱頜面外科的交叉點，西安交通大學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構一致，手工塑性不好會使面部變形，影響心理康復；二是力學功能難以控制，手工彎制強度過低材料易斷裂，剛度過高則造成應力遮罩；三是替代物沒有骨再生功能。通過反覆比對，課題組瞄準了從傳統機械製造向生物與倣生製造發展的前沿方向，以患者醫學影像數據為基礎，通過3D列印，手術前即製作好滿足臨床要求的個性化骨替代物，保證骨修復的快速和準確。

　　科研人員通過鏡像變換、布爾運算和相似性匹配為患者量身設計個性化替代物外形結構，並對替代物板孔分佈進行快速個體定制設計和優化，使新骨處於骨生長最佳應變區間內，保證了外形與原有骨結構的一致性。他們還發明瞭替代物的快速製造方法，以光固化快速精密鑄造為主，結合快速原型模板復形和鈦合金鐳射直接成形，比手工彎制精度提高10 倍以上，力學性能和化學成分均滿足國家與醫用行業標準。基於原創基礎理論的關鍵技術研發，不僅實現了形態的個體適配，還解決了力學性能的個性化適配，攻克了應力遮罩導致的骨萎縮難題。

　　如何實現骨再生？西安交大李滌塵教授課題組將個性化鈦替代物設計成一條倣生通道，結構鏤空，內部填充可降解生物陶瓷，並在陶瓷內設置微觀通道結構。他們還發明瞭個性化頜骨牽張器，根據患者數據構建空間牽引軌道，製作空間弧形導軌，使牽引成骨與患者對側下頜骨形態對稱，成為患者自體生長的活性“替代物”。新骨長自本身骨骼，體內最終不留異物，在國際上首次實現牽引軌跡與患者骨骼形狀的個性化適配，對於發育中的青少年通過牽張修復缺損具有重要價值。

　　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列印個性化下頜骨替代物臨床應用，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臨床應用；2009年實施了全國首例全下頜骨溶解個性化修復。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制化人工假體、骨/軟骨關節、關節韌帶組織製造，以及細胞列印、肝組織結構製造、個體化骨折外固定器及其臨床應用等。

　　以中國科學院熊有倫院士為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“人工骨活化機理及倣生設計製造技術基礎研究”驗收時評價認為“該項目是製造學科與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，其研究成果體現了我國在生物製造目前的學術水準和創新貢獻，推動了生物製造研究領域的發展”。邱蔚六院士在綜述論文“口腔頜面修復重建外科近況”評價稱，“這種技術完全符合‘個體化’醫療的現代理念，並促進了‘個體化’修復外科的發展。”

　　四川大學華西口腔醫院在臨床應用後認為，此項成果具有精度高、組織相容度高、個體適配性強、修復效果好、簡化手術過程和穩定性高的優勢。中山大學附屬中山醫院在臨床應用後表示，該産品和技術在實用性、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面有明顯優勢，具有較強的臨床應用價值。

　　從基礎理論研究到關鍵技術發明，再到系列産品開發並推廣應用，李滌塵教授課題組歷時十餘年，有效實現了顱頜面骨缺損個性化修復的數字化、精確化和大規模臨床應用，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利18項。