3D打印技術助力脊柱外科發(fā)展

西安交通大學醫(yī)學部副主任、原西安交大二附院院長賀西京教授長期從事脊柱外科臨床診療工作，在可動人工椎體研發(fā)與臨床應用研究、脊柱生物力學研究以及細胞移植治療脊髓損傷臨床應用研究與相關臨床基礎研究等方面取得了諸多創(chuàng)新成果。

一、3D打印個性化人工頸椎研發(fā)
在頸椎病的臨床診治中，賀西京教授通過長期臨床隨訪發(fā)現(xiàn)植入頸椎鈦籠的患者中有高達90%的椎體塌陷率，嚴重的椎體塌陷可導致術后頸部頑固性疼痛、頸部活動受限、頸椎畸形等一系列嚴重影響患者正常生活和工作的并發(fā)癥。

相關臨床及生物力學研究發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)鈦籠在設計制造上的不足是造成鈦籠植入后椎體塌陷的重要原因：一是傳統(tǒng)鈦籠與椎體的接觸面積過小，幾乎是有限的點接觸，致使椎體終板受力不均勻;二是傳統(tǒng)手術依賴術中修剪的鈦籠、兩端難以與上下椎體的終板形成密切的貼合。根據(jù)不同患者的頸椎解剖學特征，利用3D打印技術，加工“個性化鈦籠”，為解決傳統(tǒng)鈦籠的上述兩點不足提供了有效途徑。

依據(jù)每個患者自身的頸椎解剖參數(shù)，借助計算機輔助軟件設計與相應終板接觸面積更大、貼合更加緊密的“個性化鈦籠”，能讓融合頸椎節(jié)段獲得更加穩(wěn)定的生物力學環(huán)境。

賀西京教授自2015年9月起開展使用金屬3D打印技術加工的個性化人工鈦籠用于頸椎手術椎體結構的重建，該3D打印個性化鈦籠與上下椎體終板接觸面積更大、鈦籠高度與患者頸椎解剖結構更加相襯。術后X線檢查發(fā)現(xiàn)“個性化鈦籠”與患者的頸椎上下終板緊密貼合。目前經過200余例的臨床應用，隨訪資料證實鈦籠塌陷等并發(fā)癥發(fā)生率約為10%，較傳統(tǒng)鈦籠植骨手術的塌陷發(fā)生率(約90%)顯著下降。同時對于上頸椎畸形患者，還設計了一款經口咽入路，金屬3D打印前路寰樞椎融合鈦板，患者術后療效佳。

二、可動人工頸椎(人工椎體–椎間盤復合體)研發(fā)
賀西京教授團隊針對頸椎融合技術現(xiàn)有的問題和研究需求，提出了椎體次全切術后可動人工椎體–椎間盤復合體植入、重建椎體運動單位功能的理念。結合目前已日臻成熟的金屬3D打印技術，設計出一種既能重建頸椎穩(wěn)定性且保留椎間運動的非融合頸椎假體，即人工椎體–椎間盤復合體(可動人工頸椎假體)，并進行了深入的生物學安全性、穩(wěn)定性、摩擦學特性、組織相容性等研究驗證了可動人工頸椎假體的安全性及有效性。

該假體解決了融合術導致頸椎運動喪失的問題，可預防鄰近節(jié)段退變的發(fā)生，提高患者的生活質量�？蓜尤斯ゎi椎假體的研制，能夠成功重建頸椎穩(wěn)定性，保留椎間活動，降低鄰近節(jié)段應力及活動度，且能長期維持頸椎生物力學的穩(wěn)定性。目前已成功實施1例可動人工頸椎關節(jié)置換術，該項技術據(jù)權威機構檢索為國際首例。并且，本研究課題“3D打印技術重建脊柱脊髓功能的臨床應用與相關研究”于2017年榮獲陜西省科學技術一等獎。

三、人工寰椎齒狀突關節(jié)研發(fā)
對于上頸椎而言，傳統(tǒng)寰樞椎融合術式使頸椎大部分旋轉功能喪失，影響患者的生活質量。因此如何保留寰樞椎的功能被國內外眾多專家學者提出。實現(xiàn)這一目標需要應用非融合技術。而近些年發(fā)展的非融合技術——頸椎人工椎間盤因寰樞椎的特殊結構無法應用。因此，將針對寰樞椎結構特點而研發(fā)特殊結構的寰樞椎可動假體以滿足寰樞椎非融合技術的需要是解決問題的關鍵。

因為結構特殊，位于上頸椎，位置隱蔽，毗鄰結構復雜，所以對于假體的結構設計提出了更高的要求。賀西京教授團隊在長期大量的臨床治療上頸椎疾患的基礎上，從脊柱非融合理論入手，應用仿生學原理，設計了與寰齒關節(jié)功能相仿的人工關節(jié)，并設計了一套完善的手術方案，在經口寰樞椎減壓手術的同時，行人工關節(jié)置換，保留寰樞關節(jié)的旋轉功能，恢復頸椎旋轉活動度，同時能夠達到穩(wěn)定的目的，提高患者生活質量。人工關節(jié)多存在磨損、骨把持力弱等缺點，在體內經常出現(xiàn)疲勞斷裂、內置物周圍骨吸收、內植物松動等并發(fā)癥。

通過對3D打印的人工寰齒關節(jié)材料表面進行處理，使人工關節(jié)植入活體后能夠把持力更大，提高假體的使用時間，減低甚至消除患者進行二次手術的幾率。該項目前期已經進行了人尸體標本研究及頸部直立動物犬及山羊的人工寰齒關節(jié)置換研究，研究結果證實，所設計的人工寰齒關節(jié)基本符合正常生理狀態(tài)頸椎的活動度，并具有良好的生物相容性。

四、自體嗅鞘細胞移植治療脊髓損傷研究
賀西京教授團隊通過實現(xiàn)對嗅粘膜嗅鞘細胞的擴增和純化，建立一套簡單、科學、實用的應用鼻竇鏡獲取患者自體嗅粘膜的方法，并實現(xiàn)了嗅鞘細胞移植治療脊髓損傷技術的標準化。自體嗅鞘細胞移植取材來源方便充足，患者易于接受，不存在應用胚胎組織或異體組織的道德、倫理和法律問題以及免疫排斥反應，有望成為脊髓損傷新的有效治療方法。該研究課題“脊柱脊髓損傷相關疾病的細胞保護、功能恢復及治療關鍵技術”于2013年獲陜西省科學技術一等獎。

專家簡介
賀西京博士，主任醫(yī)師、博導，西安交通大學醫(yī)學部副主任，西安交通大學二附院原院長。國家臨床重點�？茖W科帶頭人、陜西三秦學者創(chuàng)新團隊學科帶頭人。兼任中國醫(yī)院協(xié)會常務理事、中國衛(wèi)生信息學會電子病歷與醫(yī)院信息化委員會副主委、國際神經修復學會副主委、中國醫(yī)師協(xié)會神經修復專業(yè)委員會主任委員、中國醫(yī)師協(xié)會骨科康復專委會副主委、中國醫(yī)藥生物技術協(xié)會3D打印技術分會副主任委員、中國康復醫(yī)學會常務理事、中國殘疾人康復協(xié)會脊髓損傷康復專業(yè)副主委、中華醫(yī)學會陜西分會骨科專委會副主委、脊柱專委會副主委、中國康復醫(yī)學陜西分會會長等。

賀西京教授長期從事脊柱外科臨床診療工作，擅長頸椎的前、后路手術，胸腰椎全脊柱截骨治療重度脊髓壓迫與畸形手術，主持應用嗅鞘細胞移植治療脊髓損傷的臨床及機理研究、上頸椎非融合方法減壓固定的探索與研究以及人工頸椎前路可動固定的臨床前期研究。承擔國家及省部級課題20余項，其中主持國家自然科學基金項目4項，獲陜西省科學技術進步一等獎2項、二等獎3項。獲國際、國內發(fā)明專利等20余項、發(fā)表學術論文470余篇，其中SCl收錄17余篇，培養(yǎng)博士后、博士、碩士研究生140多名。

來源：焦點科技成果