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广东首例!3D打印“仿生脊椎”植入男子体内,成功取代患病脊椎

日期: 2018-06-29
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因为肿瘤的侵蚀,患者的一节完整的胸椎需全部切除。但切除后人的脊柱如何重建?上下节段的椎体将如何固定连接?近期,南方医院为一名35岁男性患者成功置换了3D打印仿生人工椎体。

据了解,这一3D打印仿生人工椎体由南方医院脊柱骨科历时100余天完全自主设计研发,从上千种设计方案中反复筛选测试后,确定了与患者的各项生理参数精准匹配的方案。该手术也是广东首例3D打印仿生人工椎体植入手术。

广东首例!3D打印“仿生脊椎”植入男子体内,成功取代患病脊椎

患者一节脊椎被肿瘤破坏需完整切除

35岁的患者黄生是潮汕地区的一名渔夫。在5个月前,他两条腿突然疼痛、麻木、无力,且症状逐渐加重,无法正常行走,只能弯腰缓慢踱步。在南方医科大学南方医院,他被诊断为骨巨细胞瘤合并动脉瘤样骨囊肿。

骨巨细胞瘤是发生在脊柱椎骨的肿瘤,会破坏正常的骨细胞,使其异化发展。检查发现,黄生的胸12椎体及其附件骨质破坏,椎体表面疙疙瘩瘩,还出现了空洞。因脊椎肿瘤压迫神经,疼痛剧烈。

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。面对如此棘手的肿瘤,全科室讨论后认为,该肿瘤虽然是良性肿瘤,但是以恶性肿瘤方式生长,有可能发展为恶性肿瘤,且该肿瘤已严重影响患者生活,最好的办法就是切除病灶椎体,置换一个新椎体。

广东首例!3D打印“仿生脊椎”植入男子体内,成功取代患病脊椎

然而,目前市场上现有的脊柱内固定产品,无法匹配病人的生理参数。如经常用于脊柱重建固定的钛网,由于过于细小,易下沉陷入骨头中,继而出现钉板系统断裂可能;而市面上传统的人工椎体的大小固定,无法精准匹配病人的切除部位。

从上千种方案中筛选出最终方案

为了解决这个难题,治疗团队决定为黄生特制一个仿生人工椎体。

根据病人脊柱的CT扫描数据,研究团队为患者的脊柱建立了精准的3D图像。为了使个性化定制的人工椎体与病人椎体之间更好地融合,研究团队设计了上千种人工椎体方案。

广东首例!3D打印“仿生脊椎”植入男子体内,成功取代患病脊椎

经过在计算机上的数百次修改、模拟、再修改,最终团队在上千种方案中确定了三种方案。将这三种人工椎体3D打印出模型后,再经过测试筛选,选定了最终方案。

历经100余天的艰苦研发,要植入黄生体内的仿生人工椎体终于准备好了。

郑明辉介绍,这一椎体是一体化结构,与黄生自己的椎体形状一致,与人自身的骨头一样有着致密的小孔隙,孔隙率达到75%,有利于骨细胞在其中生长。椎体中有一个空腔,用于注入患者自身的骨泥,骨泥也可诱导患者自身骨头的生长,将植入的椎体与自身的骨头紧密黏合。

通过患者术前脊柱CT,同时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。人工椎体与患者脊柱骨界面完全贴合,坚强的内部框架结构支撑,保证了椎体的强度可以轻松支撑起患者的体重。

广东首例!3D打印“仿生脊椎”植入男子体内,成功取代患病脊椎

3D打印仿生人工椎体已达到国际领先水平

由于肿瘤所在的位置血管丰富,2月6日,在人工椎体置换手术的前一天,治疗团队为黄生进行了血管栓塞术,堵住肿瘤段的供血血管,以减少术中出血。

2月7日,置换手术正式进行。医生从黄生的后背入路,切除胸12椎体。此时,脊髓没有了椎体的保护暴露在外。医生将3D打印仿生人工椎体轻轻旋入,“填补”了脊柱的空缺。

该院脊柱骨科副主任瞿东滨介绍,3D仿生人工椎体比患者自身的椎体要略小,这样在手术时就可以从手术区域旋进上下两段椎体之间,而不会伤到脊髓。

广东首例!3D打印“仿生脊椎”植入男子体内,成功取代患病脊椎

在为椎管减压后,接着,手术团队在仿生人工椎体的中部空腔中注入患者自身的骨泥。植骨完成后,接着用螺钉内固定住患者的椎弓根。

手术取得圆满成功。患者术后3天便可自由下地活动,7天后出院。术后3个月复查显示躯体活动自如,获得理想的治疗效果。

郑明辉表示,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。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。 该3D打印仿生人工椎体已拥有自主知识产权,达到国际领先水平。

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