脊柱肿瘤致椎体严重破坏
35岁的男性患者黄某，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。
据了解，骨巨细胞瘤是一种侵袭性肿瘤。其在我国的发病率仅次于骨软骨瘤和骨肉瘤，居骨肿瘤发病榜第3位;绝大多数骨巨细胞瘤患者年龄在20岁～40岁，病变常发生在长骨的骨端，常见于股骨下端、胫骨上端与桡骨下端，呈溶骨性，脊柱上比较少见。动脉瘤样骨囊肿又称良性骨动脉瘤，是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岁～20岁年龄段的人群。
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。肿瘤对该患者骨组织的破坏造成椎体强度下降，椎体高度丢失，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。
该科集合全科及相关科室力量详细评估讨论后，为患者制订了全麻下行全椎体切除、椎体置换的手术治疗方案。然而，用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。为解决这个难题，治疗团队决定根据患者情况，特制一个人工椎体。
设计了20余种框架结构
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间更好地融合，研究团队设计了20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10余种外形及大小，组合达上千种。
经过数百次修改、模拟、再修改及测试筛选，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。”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。
整个流程可控制在两周
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，而是早已按型号机器加工设计好的，大小或不匹配。若人工椎体上下面与人体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。而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。
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，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两周左右
