导读
随着科技的发展，3D打印技术已经从高科技的理念走入日常临床医疗工作，3D打印的椎体的设计理念是什么？如何将3D打印融入脊柱肿瘤的治疗中？如何能将该技术更好的应用服务于临床工作？本期菁英公开课，由来自医院的石磊教授为我们揭开这项高科技的面纱。石磊
中国骨科菁英会骨肿瘤专业会员
医院
众所周知，在彻底切除肿瘤，减少肿瘤复发的同时，重建脊柱稳定性，减少内植物失败的发生，是外科医生所面对的重大挑战。脊柱肿瘤常见的手术方式为：椎体成形术、消融术、分离手术和整块切除术。（下图顺序从左到右分别为以上四类手术方式）整块切除的手术适应症
#脊柱原发肿瘤良性：侵袭性肿瘤（3期），可行整块切除+辅助治疗
恶性：所有肿瘤（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ期），整块切除+辅助治疗
#脊柱转移瘤（Tomita＜4分）
要严格把控手术适应症，避免过度治疗脊柱椎体全切术（TES）
脊柱椎体全切术（TES）的出现，提高了脊柱肿瘤的治疗效果WBB分期
#WBB：4~7或6~9
全椎体切除-肿瘤位于椎体，但一侧椎弓根未受累及
#WBB：2~5或8~11
矢状位切除-肿瘤偏心，侵犯半侧椎体、椎弓根和横突
#WBB：10~3
后弓部切除-肿瘤位于后弓，但椎弓根未累及
脊柱肿瘤整块切除方式及入路
钛网重建
优点：不同运动阶段均可钛网重建缺点：内固定物塌陷，多节段86%沉淀＞5mm#钛网人工椎体重建失败的原因局部血供不佳影响钛网内植骨愈合
邻位椎体终板切除破坏造成界面支撑力不够
脊柱骨质疏松导致相邻椎体支撑强度不足
钛网与骨界面无法形成骨整合
钛网顶端与椎体终板形态不匹配，钛网锯齿状界面应力过于集中
其中切割应力可能是导致钛网下沉的主要原因
3D打印个体化人工椎体的优点
解剖形态匹配
应力支撑提高
界面接触紧密
即刻稳定优良
生物稳定增强
生理曲度恢复
形态匹配良好，可实现解剖型重建
L2侵袭性血管瘤
我们可以看到，L2的椎体已经出现塌陷，肿瘤破坏面积大，患者出现了严重的腰背部疼痛。通过术前的CT获取了资料，设计了与上下临近中管匹配的3D打印人工椎体，我们可以看到，人工椎体与临近中管匹配良好，实现了解剖型的重建。术后随访可以看出，3D打印人工假体位置良好，无松动，无滑脱，与临近椎管良好，充分体现了人工椎体的生物学性能以及力学性能。L4骨巨细胞瘤
从X片中可以看出，L4椎体骨质严重破坏，右侧椎体已经出现塌陷，因而导致了腰椎的力线发生了改变。术前精确设计（收腰），模拟术中重建，调整假体高度。术后人工椎体与临近椎体接触紧密，恢复腰椎力线，再次说明了人工椎体的生物学性能以及力学性能。术后24个月随访发现，椎体与人工假体融合良好，形成骨整合。不同重建方式力学分析
脊柱重建中的优势
与上下椎体终板解剖形态更加匹配
终板接触面积大，界面应力分散减少切割
多孔结构有利骨长入，获得更加持久的生物稳定性
可以设计自锁结构或与后方固定系统联合锁定部件，提高人工椎体的即刻稳定性
可以恢复脊柱生理曲度
多孔表面可以复合诱导成骨材料，从而加速骨融合
3D打印人工椎体的精确重建
#术前
精细设计，充分准备，做好预案
#术中
精准切除，精确重建
#典型病例
T11-L1软骨肉瘤
#术前设计
邻近椎体半径减少1-2mm做为人工椎体的半径
相邻椎体之间的距离作为人工椎体的高度
依据生理曲度，设计人工椎体曲度
对人工椎体进行中部收腰设计
人工椎体进行网格化多孔处理
打印3个高度相差2mm的人工椎体
#术前模拟切除重建
#术中精确切除，精准重建
3D打印人工椎体的设计原则（7S）
未来发展方向
新型打印材料的进展：可降解的金属材料（Mg、Zn），更好生物活性的金属材料（Ta）
个体化新型人工椎体的设计优化，特殊部位，特殊用途，拓扑优化力学性能
人工椎体的表面处理
小结
“量体裁衣”精确重建严格把握手术适应症肿瘤整块切除是基础重视医工交互，设计遵循“7S”原则未来可期新功能
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