广东首例！男子胸椎被“蛀空”，3D打印仿生人工椎体完美替换

　　因患上两种骨肿瘤，35岁的黄先生的胸12椎几乎被 “蛀空”，痛不欲生，无法正常行走。经过100多天的研究，对1000多种方案进行反复测试修改，南方医科大学南方医院脊柱外科团队为其特制了完美匹配他的脊柱的仿生人工椎体并替换了病变组织。黄先生术后3天即能缓步行走，3个月恢复了正常。

　　据悉，此为广东省第一例3D打印仿生人工椎体手术。而且，该3D打印仿生人工椎体为南方医院脊柱外科团队自主研发，拥有自主知识产权，已达国际领先水平。经过流程优化，从患者信息采集到椎体制作，全过程如今仅需要2周左右。

　　35岁男子罕见并发两种骨肿瘤

　　胸椎被“蛀空”痛得无法正常行走

　　来自潮阳的黄先生年仅35岁，数月前，他差点就再也站不起来了。

　　5个多月前，他突然出现腰胸部疼痛和双腿疼痛、麻木、无力等症状，而且不断加重，来到南方医科大学南方医院就医时，即使已注射止痛药，他也只能弯着腰慢慢踱步。

　　南方医院脊柱骨科为其进行了相关检查后诊断为：骨巨细胞瘤合并动脉瘤样骨囊肿，相应层面椎管狭窄，压迫脊髓，导致胸12椎体及其附近骨质破坏。

3D打印的黄先生脊柱模型，胸12椎体破坏严重（左红框内）

　　南方医科大学南方医院脊柱骨科副主任医师郑明辉介绍，骨巨细胞瘤合并动脉瘤样骨囊肿很少见。肿瘤对黄先生骨组织的破坏造成椎体强度下降，椎体高度丢失，胸12椎体基本已被“蛀空”，继而出现腰背部疼痛症状，同时部分肿瘤组织突破进入椎管，造成脊髓、神经受压，患者有双下肢感觉、运动减退症状进行性加重。

　　完全切除肿瘤及病变椎体，同时进行椎体置换是最佳的治疗方案。但是到底该用什么材料来为黄先生的脊柱做重建呢？现有脊柱内固定产品的标准无法匹配病人的生理参数，且易出现内植入物下沉，继而出现钉板系统断裂可能。

　　“这位患者才35岁，而且是家庭主要劳动力，所患的肿瘤也是良性的，我们应该也有能力为他争取更好的未来。”脊柱骨科副主任瞿东滨教授表示。

　　治疗团队决定根据患者的情况，为他特制一个人工椎体。

　　100多天，1000多个方案

　　广东省首个3D打印仿生人工椎体诞生

　　南方医院脊柱外科研究团队根据黄先生脊柱的CT扫描数据，为其建立了精准的3D图像。根据这个图像，设计出属于病人的个性化植入物，并进行3D打印。

　　为了使个性化定制的人工椎体与病人椎体之间更好的融合，研究团队设计二十余种承受荷载的框架结构，数十种骨小梁拓扑结构，圆柱形、肾形、笑脸型、香蕉型等十余种外形及大小，组合达到上千种。

　　经过数百次修改、模拟、再修改，确定了一体化结构、上下匹配结构及左右铆合结构三种主要框架结构结构。

　　历时100多天，最后，经过测试筛选，结合黄先生的病情，他是单节段椎体破坏，并且位于胸12(胸腰段)，治疗团队选择了一体化结构、12面体骨小梁拓扑结构、原始椎体、75%孔隙率的人工椎体。

　　同时，研究团队还应用“逆向成形技术”获取临近椎体终板形态作为人工椎体的上下面，这样可以让人工椎体与患者脊柱骨界面完全贴合，提高其接触面积、降低内植入物与骨界面应力，减少甚至避免终板骨折、人工椎体下沉。

3D打印仿生人工椎体最终成品（红框内）

　　这是广东省第一个3D打印仿生人工椎体。

　　郑明辉介绍， “人工椎体坚强的内部框架结构支撑力，能够通过人工椎体轻松承载人体上半身重量，不仅恢复脊柱整体高度，同时提高脊柱整体稳定性，减少脊柱内固定松动和断裂的风险。这样患者术后尽早下地活动甚至进入正常生活。”

　　3天下地3个月正常走路

　　新型仿生人工椎体手术成功

　　从外观上看，这个新型的3D打印仿生人工椎体呈U型，由密集的小孔组成，中间有一个较大的空腔，但是背面及凹陷处表面非常光滑，还有两个螺钉孔槽。

放大后的3D打印仿生人工椎体的内部结构，瞿东滨教授讲解

　　郑明辉介绍，该椎体采用的结构经过力学优化，载荷力、稳定性好；U型的结构便于在手术时顺畅旋入，有效避开脊髓和神经根；高孔隙率的微孔结构利于相邻正常脊椎的骨细胞长入其中，最终实现骨融合，又保证了椎体的整体力学性能；中间的空腔可用于植入自体骨泥，形成骨融合；光滑的背面及神经根槽减少神经和脊髓的刺激；拧入螺钉后，这套内固定系统就形成了前后一体化。

南方医院脊柱外科专家团队为黄先生手术

　　这套100%契合黄先生的椎体设计制作完毕。2018年2月7日，南方医院脊柱外科专家团队为黄先生进行了手术。他的病变组织被全部切除，包括1个椎体2个椎间盘，换上了这套3D打印的仿生人工椎体，并进行了椎间植骨融合和螺钉内固定。广东省首例3D打印仿生人工椎体置换术成功！

　　3天后，黄先生即能缓步走动，3个月后，他已如常人一般。

　　仿生椎体获得自主知识产权

　　经优化全流程可在2周左右完成

　　郑明辉介绍，脊柱肿瘤、脊柱严重爆裂性骨折等所致椎体严重破坏的病患，其治疗方法主要为全椎体切除术，该手术会严重破坏脊柱生物力学的稳定性，凡是施行全椎体切除术者，均需要重建脊柱稳定性，即在切除的椎体处植入人工椎体，传统的人工椎体并非针对患者的个性化设计，是早已按型号机器加工设计好的，大小或不匹配，传统的人工椎体并非针对患者的个性化设计，大小匹配不合适，人工椎体上下面与人体本身的椎体不能完全接触，受力不均匀，易出现终板骨折、内固定下沉，严重影响其支撑力度，达不到理性的远期效果，有时需再次手术，再次手术时由于瘢痕生长，手术难度很大，风险高。

　　3D 打印个体化制备的置入物进行组织缺损的修复，可以大大提高外科手术的精确性与安全性。“所有的设计，都是尽量按照原始椎体的构造设计，达到更仿生、更符合患者解剖结构，减少甚至避免术中及术后对脊髓和神经的激惹、损伤，让手术团队能更快捷、更安全地完成人工椎体的置入，提高患者脊柱整体稳定性，有利于病人快速康复及参加工作。”除此之外，骨科手术导航模板能对复杂骨科手术进行术中导航，有助于提高手术成功率、降低手术难度。

　　该3D打印仿生人工椎体/间盘一体化植入物已拥有自主知识产权，达到国际领先水平。郑明辉表示，通过3D打印仿生人工椎体的设计，团队摸索了一套优化流程，目前可以将从患者获取病变椎体参数开始到最后个性化3D打印仿生人工椎体完工控制在2周左右。

　　瞿东滨教授表示，“骨缺失相关重建手术，我们将更精准个性地做到缺哪里补哪里，缺多少补多少。”（通讯员：李晓姗）