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當前,新一輪的數位化製造浪潮已在世界各國興起,「3D打印」將成為實現數位化製造的關鍵技術。據瞭解,3D打印在醫學領域,尤其是骨科方面可根據病人的病變部位切除重建的需要設計個性化的重建椎體,植入體內,使其功能的重建,並獲得理想部位的功能。但切除後人的脊柱如何重建?上下節段的椎體將如何固定連接?近期,南方醫院為一名35歲男性患者成功置換了3D打印仿生人工椎體。

據瞭解,這一3D打印仿生人工椎體由南方醫院脊柱骨科歷時100餘天完全自主設計研發,從上千種設計方案中反復篩選測試後,確定了與患者的各項生理參數精准匹配的方案。該手術也是廣東首例3D打印仿生人工椎體植入手術。

男子因患脊柱腫瘤致椎體嚴重破壞

35歲的男性患者黃某,5個月前雙下肢不明原因出現疼痛、麻木、無力等症狀,且症狀逐漸加重,僅能緩慢行走。在南方醫科大學南方醫院脊柱骨科進行相關檢查後診斷為:骨巨細胞瘤合併動脈瘤樣骨囊腫,相應層面椎管狹窄,壓迫脊髓,導致胸12椎體及其附件骨質破壞。病人因脊椎腫瘤壓迫神經,疼痛劇烈,生活質量嚴重下降。

據瞭解,骨巨細胞瘤是一種侵襲性腫瘤,又稱破骨細胞瘤。其在中國的發病率僅次於骨軟骨瘤和骨肉瘤,居骨腫瘤的第三位;絕大多數骨巨細胞瘤患者在20-40歲之間,15歲以下罕見,10歲以下極罕見;最常發生在長骨的骨端,常見於股骨下端、脛骨上端與錒竅露耍嗜芄切裕怪媳冉仙偌6隽鮁悄抑子殖屏夾怨嵌隽觶哂星窒緣墓遣∷;60%-75%發生於股骨上端、椎體和附件,主要表現為局部腫痛,靠近關節時出現運動障礙,侵犯胸腰椎可以出現疼痛和下肢萎縮,大小便失禁甚至截癱;多發生於10-20歲年齡段的人群。

3D列印仿生人工椎體替換手術在廣州完成

南方醫科大學南方醫院脊柱骨科副主任醫師鄭明輝介紹,骨巨細胞瘤合併動脈瘤樣骨囊腫很少見。面對如此棘手的腫瘤,全科室討論後認為,該腫瘤雖然是良性腫瘤,但是以惡性腫瘤管道生長,有可能發展為惡性腫瘤,且該腫瘤已嚴重影響患者生活,最好的辦法就是切除病灶椎體,置換一個新椎體。

然而,現時市場上現有的脊柱內固定產品,無法匹配病人的生理參數。如經常用於脊柱重建固定的鈦網,由於過於細小,易下沉陷入骨頭中,繼而出現釘板系統斷裂可能;而市面上傳統的人工椎體的大小固定,無法精准匹配病人的切除部位。

3D打印仿生人工椎體手術使其恢復正常生活

據瞭解,研究團隊根據病人脊柱的CT掃描數據,為患者的脊柱建立了精准的3D影像。根據這個影像,設計出屬於病人的個性化植入物,並進行3D打印。為了使個性化定制的人工椎體與病人椎體之間更好的融合,研究團隊設計二十餘種承受荷載的框架結構,數十種骨小梁拓撲結構,圓柱形、腎形、笑臉型、香蕉型等十餘種外形及大小,組合達到上千種。

3D列印仿生人工椎體替換手術在廣州完成

最後,經過測試篩選,結合該患者為單節段椎體破壞,並且位於胸12(胸腰段),治療團隊選擇了一體化結構、12面體骨小梁拓撲結構、原始椎體。與黃生自己的椎體形狀一致,與人自身的骨頭一樣有著緻密的小孔隙,孔隙率達到75%,有利於骨細胞在其中生長。椎體中有一個空腔,用於注入患者自身的骨泥,骨泥也可誘導患者自身骨頭的生長,將植入的椎體與自身的骨頭緊密黏合。

據瞭解,治療團隊通過患者術前脊柱CT,同時應用「逆向形科技」獲取臨近椎體終板形態作為人工椎體的上下麵,這樣可以讓人工椎體與患者脊柱骨介面完全貼合,提高其接觸面積、降低內植入物與骨介面應力,减少甚至避免終板骨折、人工椎體下沉。

「人工椎體堅強的內部框架結構支撐力,能够通過人工椎體輕鬆承載人體上半身重量,不僅恢復脊柱整體高度,同時提高脊柱整體穩定性,减少脊柱內固定鬆動和斷裂的風險。這樣患者術後儘早下地活動甚至進入正常生活。」

3D列印仿生人工椎體替換手術在廣州完成

由於腫瘤所在的位置血管豐富,2月6日,在人工椎體置換手術的前一天,治療團隊為黃生進行了血管栓塞術,堵住腫瘤段的供血血管,以减少術中出血。

2月7日,置換手術正式進行。醫生從黃生的後背入路,切除胸12椎體。此時,脊髓沒有了椎體的保護暴露在外。醫生將3D打印仿生人工椎體輕輕旋入,「填補」了脊柱的空缺。

該院脊柱骨科副主任瞿東濱介紹,3D仿生人工椎體比患者自身的椎體要略小,這樣在手術時就可以從手術區域旋進上下兩段椎體之間,而不會傷到脊髓。

3D打印的鈦合金仿生人工椎體,植入黃先生體內的就是這樣的人工椎體,上面由螺釘與脊柱固定,在為椎管減壓後,接著,手術團隊在仿生人工椎體的中部空腔中注入患者自身的骨泥。植骨完成後,接著用螺釘內固定住患者的椎弓根。

3D列印仿生人工椎體替換手術在廣州完成

最後,在手術團隊和設計團隊的共同努力下,手術取得圓滿成功,患者術後3天便可自由下地活動,獲得理想的治療效果。

據悉,該3D打印仿生人工椎體/間盤一體化植入物已擁有自主知識產權,達到國際領先水準。鄭明輝表示,通過3D打印仿生人工椎體的設計,團隊摸索了一套優化流程,現時可以將從患者獲取病變椎體參數開始到最後個性化3D打印仿生人工椎體完工控制在2周左右。該3D打印仿生人工椎體已擁有自主知識產權,達到國際領先水準。

來源:南極熊