3D打印技术开启人工椎体时代
▲刘忠军为病人实施手术。
▲3D打印多节段胸腰椎植入物 苏天是摄影
6月12日早8点，北京大学第三医院骨科病房。患者袁先生是一名恶性脊椎肿瘤，此时他正平躺在手术室接诊车上，进行术前准备。但他并不知道，这台手术将会在中国乃至世界的医学探索之路上留下浓墨重彩的一笔——世界首个3D打印多节段胸腰椎植入物，将在他的脊柱上完成长达19厘米的大跨度支撑，以替代被彻底切除的五节椎体。
而这在以往是不可想象的。前所未有的难题患者袁先生所患为脊索瘤，恶性肿瘤长在胸椎和腰椎上，侵犯范围非常广，胸椎10、11、12和腰椎1、2，共五节脊柱均受到了侵蚀。这种情况，从医学上来说，除了通过手术把肿瘤切干净外，别无他法。
这是一个罕见的疑难病例，手术本身难度不言而喻，可以切除五节脊椎的医生、医院，在世界上也寥寥无几。“我们要使椎管内的脊髓和神经、血管等重要结构要保持完好的功能。但是，切除后，不要说功能，连可依附的脊椎结构都将不复存在。要对其结构、功能进行重建。最大的问题是将五节脊椎拿掉后，如何支撑？”患者的主刀医生、北京大学第三医院骨科主任刘忠军遇到了前所未有的难题。
目前，脊椎的固定技术大致分为“前方”和“后方”两种。后方的固定即便范围较大目前也能找到有效方式。因此医生对这个患者已经进行的一期手术时，切除了五节病变脊椎后方的结构，并采用椎弓根内固定技术在病变节段相邻上、下端的正常脊椎上拧入螺钉，将这些螺钉用金属棒连接固定便有了不错的强度，允许病人起床活动。
现在，前方的问题变成了老大难。将五节椎体完全拿掉本就需要超出常人的胆略，拿掉椎体后的大跨度支撑几乎没有现成方案。
“以往钛网填入自体或异体碎骨是作为椎体间支撑的最常用器材，填充的碎骨与相邻的骨头长到一起后，可以实现骨融合，完成稳定结构的重建。但用这种方法实现19厘米的大跨度支撑显然不现实，而钛网一旦移位，还可能压迫脊髓，导致患者瘫痪。况且，呈圆柱状的钛网与脊柱S形的生理曲线也不匹配。”刘忠军告诉《中国科学报》记者。
世界首例
天无绝人之路，3D打印技术的出现，让医生与患者都多了一个选择。“我们可以利用金属3D打印技术，依照患者的解剖结构，制造出一枚与五节椎体形态与长度相仿的人工椎体。”刘忠军介绍说，将人工椎体其放到切除病变后的相邻椎体之间，能起到可靠的连接和支撑功能。同时，利用金属3D打印人工椎体在结构上还可以任意设计。“我们专门设计了其与后方内固定结构之间的连接，这种前后连成一体的装置使稳定性大大增强，在力学性能上可以说是质的飞越。有了这样的固定方式，术后很早期患者就可以下床活动。”刘忠军说。
而更特殊的优势是人工椎体被制成微孔结构，形状像海绵一样，着类似骨头中的骨小梁。“有了这种‘骨小梁’，相邻正常椎体的骨细胞可以长入其中，最终两者融为一体，从而实现骨整合。”
可喜的是，这一技术孵化的产品——3D打印人工椎体已经获得CFDA（国家食品药品监督总局）批准。这标志着在3D打印植入物领域，我国已居世界领先水平。中国制造未来将造福更多患者。
据了解，获得注册的人工椎体产品，属于直接植入人体的三类骨科植入物，为我国监管等级最高的医疗器械产品。该产品是由北京大学第三医院骨科和北京爱康宜诚医疗器材股份有限公司合作开发研制。
其实，2015年，该团队研制的3D打印人工髋关节产品就曾为我国首个获得CFDA注册批准的3D打印人体植入物。
作为研究团队负责人的刘忠军，早在2009年，便将3D打印技术引入骨科领域，经过跨学科、跨领域合作，历经多年的研制及临床观察，终于在他们手中诞生了世界首例3D打印人工椎体。
而目前，经CFDA注册批准的3D打印人体植入物我国仅此两项。
期待国产化
试想，如果没有此技术，面对这类患者时，医生也许只能如实相告：抱歉，我们现在还无法为您找到理想的治疗方式，这个手术我们还做不了。而对患者及其家庭来说，无疑是一个难以接受的悲剧。“利用3D打印技术按照患者的解剖结构，完成脊椎结构重建，完成内固定。装上这样一枚从形状到功能都与人体原本解剖结构相近的人造脊椎，患者最终可以挺起脊梁，像常人一样，正常工作、正常生活。”刘忠军说。6个多小时后，袁先生被推出手术室。由于术中出血量小，生命体征平稳，术后他未被推进ICU，而是直接回到了普通病房。
袁先生只是众多需要救治的患者之一。刘忠军期望，更多的患者能够享受到新技术带来的福利，特别是产品国产化后也将打破国外产品对高端市场的垄断，大大降低价格，为患者节约大笔医疗支出。这对推动整个3D打印产业链的发展具有里程碑式意义。
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