3D打印技術(shù)助力脊柱外科發(fā)展

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

一、3D打印個(gè)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(guò)長(zhǎng)期臨床隨訪發(fā)現(xiàn)植入頸椎鈦籠的患者中有高達(dá)90%的椎體塌陷率，嚴(yán)重的椎體塌陷可導(dǎo)致術(shù)后頸部頑固性疼痛、頸部活動(dòng)受限、頸椎畸形等一系列嚴(yán)重影響患者正常生活和工作的并發(fā)癥。

相關(guān)臨床及生物力學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)鈦籠在設(shè)計(jì)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(guò)小，幾乎是有限的點(diǎn)接觸，致使椎體終板受力不均勻;二是傳統(tǒng)手術(shù)依賴(lài)術(shù)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(xué)特征，利用3D打印技術(shù)，加工“個(gè)性化鈦籠”，為解決傳統(tǒng)鈦籠的上述兩點(diǎn)不足提供了有效途徑。

依據(jù)每個(gè)患者自身的頸椎解剖參數(shù)，借助計(jì)算機(jī)輔助軟件設(shè)計(jì)與相應(yīng)終板接觸面積更大、貼合更加緊密的“個(gè)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(xué)環(huán)境。

賀西京教授自2015年9月起開(kāi)展使用金屬3D打印技術(shù)加工的個(gè)性化人工鈦籠用于頸椎手術(shù)椎體結(jié)構(gòu)的重建，該3D打印個(gè)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(jié)構(gòu)更加相襯。術(shù)后X線(xiàn)檢查發(fā)現(xiàn)“個(gè)性化鈦籠”與患者的頸椎上下終板緊密貼合。目前經(jīng)過(guò)200余例的臨床應(yīng)用，隨訪資料證實(shí)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(shù)的塌陷發(fā)生率(約90%)顯著下降。同時(shí)對(duì)于上頸椎畸形患者，還設(shè)計(jì)了一款經(jīng)口咽入路，金屬3D打印前路寰樞椎融合鈦板，患者術(shù)后療效佳。

二、可動(dòng)人工頸椎(人工椎體–椎間盤(pán)復(fù)合體)研發(fā)
賀西京教授團(tuán)隊(duì)針對(duì)頸椎融合技術(shù)現(xiàn)有的問(wèn)題和研究需求，提出了椎體次全切術(shù)后可動(dòng)人工椎體–椎間盤(pán)復(fù)合體植入、重建椎體運(yùn)動(dòng)單位功能的理念。結(jié)合目前已日臻成熟的金屬3D打印技術(shù)，設(shè)計(jì)出一種既能重建頸椎穩(wěn)定性且保留椎間運(yùn)動(dòng)的非融合頸椎假體，即人工椎體–椎間盤(pán)復(fù)合體(可動(dòng)人工頸椎假體)，并進(jìn)行了深入的生物學(xué)安全性、穩(wěn)定性、摩擦學(xué)特性、組織相容性等研究驗(yàn)證了可動(dòng)人工頸椎假體的安全性及有效性。

該假體解決了融合術(shù)導(dǎo)致頸椎運(yùn)動(dòng)喪失的問(wèn)題，可預(yù)防鄰近節(jié)段退變的發(fā)生，提高患者的生活質(zhì)量�？蓜�(dòng)人工頸椎假體的研制，能夠成功重建頸椎穩(wěn)定性，保留椎間活動(dòng)，降低鄰近節(jié)段應(yīng)力及活動(dòng)度，且能長(zhǎng)期維持頸椎生物力學(xué)的穩(wěn)定性。目前已成功實(shí)施1例可動(dòng)人工頸椎關(guān)節(jié)置換術(shù)，該項(xiàng)技術(shù)據(jù)權(quán)威機(jī)構(gòu)檢索為國(guó)際首例。并且，本研究課題“3D打印技術(shù)重建脊柱脊髓功能的臨床應(yīng)用與相關(guān)研究”于2017年榮獲陜西省科學(xué)技術(shù)一等獎(jiǎng)。

三、人工寰椎齒狀突關(guān)節(jié)研發(fā)
對(duì)于上頸椎而言，傳統(tǒng)寰樞椎融合術(shù)式使頸椎大部分旋轉(zhuǎn)功能喪失，影響患者的生活質(zhì)量。因此如何保留寰樞椎的功能被國(guó)內(nèi)外眾多專(zhuān)家學(xué)者提出。實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)需要應(yīng)用非融合技術(shù)。而近些年發(fā)展的非融合技術(shù)——頸椎人工椎間盤(pán)因寰樞椎的特殊結(jié)構(gòu)無(wú)法應(yīng)用。因此，將針對(duì)寰樞椎結(jié)構(gòu)特點(diǎn)而研發(fā)特殊結(jié)構(gòu)的寰樞椎可動(dòng)假體以滿(mǎn)足寰樞椎非融合技術(shù)的需要是解決問(wèn)題的關(guān)鍵。

因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)特殊，位于上頸椎，位置隱蔽，毗鄰結(jié)構(gòu)復(fù)雜，所以對(duì)于假體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提出了更高的要求。賀西京教授團(tuán)隊(duì)在長(zhǎng)期大量的臨床治療上頸椎疾患的基礎(chǔ)上，從脊柱非融合理論入手，應(yīng)用仿生學(xué)原理，設(shè)計(jì)了與寰齒關(guān)節(jié)功能相仿的人工關(guān)節(jié)，并設(shè)計(jì)了一套完善的手術(shù)方案，在經(jīng)口寰樞椎減壓手術(shù)的同時(shí)，行人工關(guān)節(jié)置換，保留寰樞關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)功能，恢復(fù)頸椎旋轉(zhuǎn)活動(dòng)度，同時(shí)能夠達(dá)到穩(wěn)定的目的，提高患者生活質(zhì)量。人工關(guān)節(jié)多存在磨損、骨把持力弱等缺點(diǎn)，在體內(nèi)經(jīng)常出現(xiàn)疲勞斷裂、內(nèi)置物周?chē)�骨吸收、�?nèi)植物松動(dòng)等并發(fā)癥。

通過(guò)對(duì)3D打印的人工寰齒關(guān)節(jié)材料表面進(jìn)行處理，使人工關(guān)節(jié)植入活體后能夠把持力更大，提高假體的使用時(shí)間，減低甚至消除患者進(jìn)行二次手術(shù)的幾率。該項(xiàng)目前期已經(jīng)進(jìn)行了人尸體標(biāo)本研究及頸部直立動(dòng)物犬及山羊的人工寰齒關(guān)節(jié)置換研究，研究結(jié)果證實(shí)，所設(shè)計(jì)的人工寰齒關(guān)節(jié)基本符合正常生理狀態(tài)頸椎的活動(dòng)度，并具有良好的生物相容性。

四、自體嗅鞘細(xì)胞移植治療脊髓損傷研究
賀西京教授團(tuán)隊(duì)通過(guò)實(shí)現(xiàn)對(duì)嗅粘膜嗅鞘細(xì)胞的擴(kuò)增和純化，建立一套簡(jiǎn)單、科學(xué)、實(shí)用的應(yīng)用鼻竇鏡獲取患者自體嗅粘膜的方法，并實(shí)現(xiàn)了嗅鞘細(xì)胞移植治療脊髓損傷技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化。自體嗅鞘細(xì)胞移植取材來(lái)源方便充足，患者易于接受，不存在應(yīng)用胚胎組織或異體組織的道德、倫理和法律問(wèn)題以及免疫排斥反應(yīng)，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(guān)疾病的細(xì)胞保護(hù)、功能恢復(fù)及治療關(guān)鍵技術(shù)”于2013年獲陜西省科學(xué)技術(shù)一等獎(jiǎng)。

專(zhuān)家簡(jiǎn)介
賀西京博士，主任醫(yī)師、博導(dǎo)，西安交通大學(xué)醫(yī)學(xué)部副主任，西安交通大學(xué)二附院原院長(zhǎng)。國(guó)家臨床重點(diǎn)專(zhuān)科學(xué)科帶頭人、陜西三秦學(xué)者創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)學(xué)科帶頭人。兼任中國(guó)醫(yī)院協(xié)會(huì)常務(wù)理事、中國(guó)衛(wèi)生信息學(xué)會(huì)電子病歷與醫(yī)院信息化委員會(huì)副主委、國(guó)際神經(jīng)修復(fù)學(xué)會(huì)副主委、中國(guó)醫(yī)師協(xié)會(huì)神經(jīng)修復(fù)專(zhuān)業(yè)委員會(huì)主任委員、中國(guó)醫(yī)師協(xié)會(huì)骨科康復(fù)專(zhuān)委會(huì)副主委、中國(guó)醫(yī)藥生物技術(shù)協(xié)會(huì)3D打印技術(shù)分會(huì)副主任委員、中國(guó)康復(fù)醫(yī)學(xué)會(huì)常務(wù)理事、中國(guó)殘疾人康復(fù)協(xié)會(huì)脊髓損傷康復(fù)專(zhuān)業(yè)副主委、中華醫(yī)學(xué)會(huì)陜西分會(huì)骨科專(zhuān)委會(huì)副主委、脊柱專(zhuān)委會(huì)副主委、中國(guó)康復(fù)醫(yī)學(xué)陜西分會(huì)會(huì)長(zhǎng)等。

賀西京教授長(zhǎng)期從事脊柱外科臨床診療工作，擅長(zhǎng)頸椎的前、后路手術(shù)，胸腰椎全脊柱截骨治療重度脊髓壓迫與畸形手術(shù)，主持應(yīng)用嗅鞘細(xì)胞移植治療脊髓損傷的臨床及機(jī)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(dòng)固定的臨床前期研究。承擔(dān)國(guó)家及省部級(jí)課題20余項(xiàng)，其中主持國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目4項(xiàng)，獲陜西省科學(xué)技術(shù)進(jìn)步一等獎(jiǎng)2項(xiàng)、二等獎(jiǎng)3項(xiàng)。獲國(guó)際、國(guó)內(nèi)發(fā)明專(zhuān)利等20余項(xiàng)、發(fā)表學(xué)術(shù)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。

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