脊柱是人体躯干的中轴，周围分布着许多神经，把从大脑接收的信号迅速传递到人体的各个部位，所以脊椎任何一个部位出现问题，都会影响身体相应的功能正常运作。近日，家庭医生在线从南方医科大学南方医院了解到，该院有一名脊柱肿瘤患者，椎体被骨巨细胞瘤侵袭“吃掉”了一截 ，导致行走举步维艰。手术为患者切掉肿瘤后，医生运用首创的3D打印仿生人工椎体，为其进行置换手术，手术非常成功，病人现已能正常走路。
据了解，该3D打印仿生人工椎体的发明者是南方医科大学南方医院脊柱骨科郑明辉副主任医师。目前，这套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。
（南方医院脊柱骨科瞿东滨主任医师、郑明辉副主任医师等专家为病人进行人工椎体置换手术）
脊柱肿瘤把椎体“吃掉”了一段
为什么要会有这个发明，要从这次的病例来说。患者黄某，35岁的男性，体形肥胖、有糖尿病和高血压病史，5个月前双下肢不明原因出现疼痛、麻木、无力等症状，且症状逐渐加重，仅能缓慢行走。在南方医科大学南方医院脊柱骨科进行相关检查后诊断为：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椎体及其附件骨质破坏。
动脉瘤样骨囊肿又称良性骨动脉瘤，具有侵袭性的骨病损；60%-75%发生于股骨上端、椎体和附件，主要表现为局部肿痛，靠近关节时出现运动障碍，侵犯胸腰椎可以出现疼痛和下肢萎缩，大小便失禁甚至截瘫；多发生于10-20岁年龄段的人群。
黄某到南方医院就诊后，经过南方医科大学南方医院脊柱骨科科室副主任瞿东滨主任医师、郑明辉副主任医师等专家检查和评估，一致认为需要全麻为其切除脊柱上的肿瘤。由于肿瘤细胞侵蚀了脊柱，把脊柱的一段“吃掉”了，切除肿瘤后，脊柱中间出现了一段空缺，如果不植入人工椎体，患者将瘫痪。
可是，新的问题来了，用一个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。为了解决这个难题，治疗团队决定根据患者的情况，为他特制一个人工椎体。
（南方医院脊柱骨科科室副主任 瞿东滨主任医师）
3D打印仿生人工椎体手术让其恢复正常生活
据了解，研究团队根据病人脊柱的CT扫描数据，为患者的脊柱建立了精准的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最要框架结构结构；8面体、12面体、14面体三种骨小梁拓扑结构；100%、80%、61.8%三种大小；正方形、肾形、笑脸形三种外形；55%、65%、75%三种孔隙率（块状材料中孔隙体积与材料在自然状态下总体积的百分比）。
（专家团队为患者设计了多种结构的人工椎体）
最后，经过测试筛选，结合该患者为单节段椎体破坏，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。
据了解，治疗团队通过患者术前脊柱CT，同时应用“逆向形技术”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。
“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。”最后，在手术团队和设计团队的共同努力下，手术取得圆满成功，患者术后3天便可自由下地活动，获得理想的治疗效果。
（南方医科大学南方医院脊柱骨科 郑明辉副主任医师）
3D打印仿生人工椎体完工可控制在2周左右
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。
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