2018年1月6日，卡梅隆·安德伍德（Cameron Underwood）接受了面部移植手术。手术结束时，安德伍德眼窝以下的整个面部都已被器官捐献者威廉·费舍尔（William Fisher）的面部所取代。
面部移植手术顾名思义，就是用一位刚刚去世的、面部完好无损的人的整个面部，来替换另一位面部毁损的人的脸。纽约大学朗格尼医学中心（NYU Langone Medical Center）的整形外科医生、面部移植专家爱德华多·罗德里格斯（Eduardo Rodriguez）医生，他为安德伍德进行了手术，他坚称这项手术是给予这些患者“第二次生命”的一种方式。没有新的面部，像安德伍德这样的患者在说话、吞咽、进食、表达情感等方面都面临着巨大的困难，以及我们日常生活中那些习以为常的面部功能。
1995年，法国一位医生进行了首次成功的人体面部移植手术。自那以后，全球范围内仅进行了40例此类手术。罗德里格斯医生已完成了其中的三例，包括安德伍德的手术。
面部移植手术是医学与日益发展的3D打印和成像技术相结合的理想应用场景。在卡梅隆·安德伍德的手术中，从规划、打印手术工具到手术过程中精确的面部对齐，都依赖于最新的医疗技术。
构建面部的数字模型
在遭受了自残性枪伤后，安德伍德的上颌骨和下颌骨、牙龈以及全部32颗牙齿都需要被替换，同时还有口腔的上颚和下颚、部分舌头、下眼睑、脸颊、鼻子以及鼻腔的部分区域。他的残存面部骨骼上固定着金属钢板，这是外科医生在事件发生后试图为他进行修复的成果。他的说话含糊不清，依赖喂食管进食，通过颈部的一个孔洞呼吸。大部分时间，他戴着外科口罩以避免旁人惊异的目光。
在进行任何手术之前，罗德里格斯医生及其团队对安德伍德的面部进行了CT扫描。CT扫描（也称为CAT扫描）从不同角度发射X射线，以构建身体任何区域（在此情况下为头部）的骨骼、组织和腔隙的图像。扫描仪可以将头部内部显示为该区域的2D“切片”。通过翻阅这些切片，可以了解面部潜在结构的情况。
但对于如此精细的手术，单次的CT扫描是不够的。面部移植手术中的精确性——尤其是在面部对齐方面——至关重要。因此，他们将CT扫描发送给了密歇根州一家名为Materialise的公司。该公司专门从事3D打印软件和应用程序的开发，并围绕医疗器械建立了完整的业务体系。Materialise的工程师们将CT扫描的切片转换成了一个数字化的三维模型，罗德里格斯医生可以利用这个模型一丝不苟地规划手术的每一个细节。
Materialise北美地区副总裁兼总经理布莱恩·克鲁奇菲尔德（Bryan Crutchfield）表示，3D打印过程的正常流程之一是将三维数字模型转换为切片文件，打印机可以读取这些文件，逐层构建实体模型。Materialise意识到他们可以反转这个过程，利用类似的软件将切片文件（例如来自CT扫描仪的文件）转换为三维渲染图。
3D打印用于替换面部的工具
在构建了数字3D模型后，罗德里格斯医生可以利用它来确定他如何精确地移除安德伍德的大部分面部并植入他人的面部。克鲁奇菲尔德说，为了协助规划和最终的手术，Materialise使用SLA打印机打印了一个实体解剖模型，SLA打印机通过反复用紫外激光照射液态树脂来构建精确的解剖模型。
他们还打印了切割导板，罗德里格斯医生将在手术中将其固定在安德伍德的面部，以确保他切割在预定的精确位置。克鲁奇菲尔德说，切割导板需要比模型更坚固，因此Materialise的工程师们使用SLS 3D打印机，这种打印机使用比标准3D打印机更坚固的材料，通过在加热腔中铺展“基本上是白色、类似滑石粉的粉末”。红外激光逐层熔化粉末，逐渐构建部件。
在24小时内完成所有工作
几乎任何移植手术中最大的未知数是捐献器官的可用性。一旦确定了潜在捐献者，医生只有几个小时的时间来确定器官是否与患者真正匹配，然后才能进行手术。如果等待时间过长，他们将无法保持器官的活性，移植手术将失败。
为了准备这场最后的冲刺，罗德里格斯医生及其在纽约大学朗格尼的团队，以及Materialise的合作伙伴，进行了七次使用尸体进行的模拟手术。每一次模拟手术都像真实手术一样对待，这意味着扫描“捐献者”尸体，将信息发送给Materialise，Materialise会快速构建3D数字模型，与罗德里格斯医生协商，制定并调整手术计划，然后尽快打印切割导板，并从密歇根州隔夜运往纽约市。
LiveOnNY，纽约市及周边地区的一个器官获取组织，在2018年初确定了潜在的器官捐献者威尔·费舍尔（Will Fisher）。罗德里格斯医生和Materialise团队立即行动起来，将费舍尔转移到纽约大学朗格尼医学中心，在那里扫描了他的面部并将图像发送给Materialise。罗德里格斯医生和Materialise北美临床团队经理苏金德·比尔胡（Sukhinder Bilkhu）利用快速构建的费舍尔面部的3D数字模型来规划他部分的 the surgery。然后，Materialise开始打印模型和切割导板。
巧合的是，当罗德里格斯医生检查费舍尔并准备手术时，“炸弹气旋”袭击了纽约市。安德伍德几乎未能从加州的家中赶到纽约。Materialise的两位敬业工程师驾车将刚打印好的切割导板从密歇根州运往纽约市。比尔胡说，整个过程——从收到数据到交付导板——仅用了24小时。
开始工作
2018年1月5日，罗德里格斯医生开始了面部移植手术。在手术室里，外科医生使用了更多的尖端成像技术，以确保每一次切割和缝合都发生在预先确定的精确位置。罗德里格斯医生将一个装置固定在安德伍德的头骨上，该装置可以将他头部的内部图像投射到手术室的显示器上。他把这个系统比作汽车的GPS，只不过他是在导航某人的头部。罗德里格斯医生可以使用一根铅笔状的细长杆触碰头骨的某个部分，该点的图像就会显示在显示器上。这使他能够确认每一块都处于正确的位置。
完成最后一针后，罗德里格斯医生直接将安德伍德推入手术室内的CT扫描仪，以确认面部对齐。在手术扫描仪出现之前，患者要么需要更长时间的麻醉，去医院其他地方的CT扫描仪检查对齐，要么在术后醒来后进行扫描，如果发现问题，则可能需要再次麻醉。
与此同时，纽约大学朗格尼医学中心的技师们将捐献者威廉·费舍尔（William Fisher）的3D模型发送到附近的LaGuardia Studios，这是一个专门从事3D扫描和打印的数字媒体服务中心。LaGuardia的工作人员打印了一个逼真的合成费舍尔面部复制品。在将费舍尔的遗体归还给家属之前，这张面具被放在了他的遗体上。
由于周密的预先规划，手术仅用了一天多一点的时间完成。2018年1月6日凌晨，手术开始25小时后，他完成了其中一项技术最先进的面部移植手术。罗德里格斯医生表示，即使在短短几年内，用于此类手术的技术也得到了飞速发展。随着3D打印、成像和其他工具的改进，医生可以工作得更快，精度更高，为有需要的人提供更好的面部。然而，所需资源，如受过专门训练的医生和注册捐献者，仍然不普及。也许随着技术的进步，这种治疗方法将更容易被需要的人获得。
“我想说，手术取得了许多惊人的进步，我就是最好的证明，”卡梅隆·安德伍德上个月在新闻发布会上说，当时他向世界展示了他的新面孔。“但这都归功于威尔和他家人这样特别的人。谢谢你们。”
