広州で3Dプリントバイオニック人工椎体置換手術が完了

現在、世界各国でデジタル製造業の新たな波が起こっており、「3Dプリンティング」はデジタル製造業を実現するための重要な技術となるでしょう。医療分野、特に整形外科における3Dプリンティングは、患部の切除と再建に対する患者のニーズに応じてパーソナライズされた再建椎骨を設計し、それを体内に移植して機能を再建し、理想的な部位の機能を獲得できることがわかっています。しかし、切除後の脊椎はどうやって再建できるのでしょうか？脊椎の上部と下部はどのように固定され、接続されるのでしょうか？最近、南方病院は35歳の男性患者の脊椎を3Dプリントしたバイオニック人工脊椎に置き換えることに成功しました。
この3Dプリントされたバイオニック人工椎骨は、サザン病院脊椎整形外科が100日以上かけて独自に設計・開発したものだと理解されている。何千もの設計オプションを繰り返しスクリーニングし、テストした結果、患者のさまざまな生理学的パラメータに正確に一致する計画が決定された。この手術は、広東省における初の3Dプリントバイオニック人工椎骨移植手術でもある。

男性は脊椎腫瘍に苦しみ、椎骨に重度の損傷を負う
35歳の男性患者である黄さんは、5か月前に両下肢に原因不明の痛み、しびれ、脱力感を発症した。症状は徐々に悪化し、ゆっくりとしか歩けなくなった。南方医科大学南方病院脊椎整形外科で関連検査を行った結果、患者は骨巨細胞腫と動脈瘤性骨嚢胞、該当レベルの脊柱管狭窄、脊髄の圧迫、胸椎12番とその付属骨の骨破壊と診断されました。患者は脊髄腫瘍が神経を圧迫したために激しい痛みに苦しみ、生活の質が著しく低下した。

骨巨細胞腫は、破骨細胞腫としても知られる浸潤性腫瘍であることがわかっています。我が国におけるその発生率は、骨軟骨腫と骨肉腫に次いで2番目で、骨腫瘍の中では3番目です。骨巨細胞腫の患者のほとんどは20歳から40歳です。15歳未満ではまれで、10歳未満では極めてまれです。最も一般的には長骨の端に発生し、大腿骨の下端、脛骨の上端、橈骨の下端によく見られます。骨溶解性があり、脊椎では比較的まれです。動脈瘤性骨嚢胞は良性骨動脈瘤とも呼ばれ、悪性骨病変です。60%～75%が大腿骨の上端、椎体、付属器に発生し、主に局所の腫れや痛み、関節付近の運動障害として現れます。胸椎や腰椎に侵入すると、痛みや下肢の萎縮、失禁、さらには下半身麻痺が発生することもあります。10～20歳の人によく発生します。

南方医科大学南方病院脊椎整形外科副主任医師の鄭明輝氏は、骨巨細胞腫と動脈瘤性骨嚢胞が併発するのはまれだと語った。このような難しい腫瘍に直面して、科全体で議論した結果、腫瘍は良性腫瘍ではあるものの、悪性腫瘍のように成長し、悪性腫瘍に発展する可能性があるという結論に達しました。さらに、腫瘍は患者の生活に深刻な影響を及ぼしていました。最善の方法は、病変のある椎骨を除去し、新しい椎骨と交換することでした。

しかし、市場に出回っている既存の脊椎固定製品は、患者の生理学的パラメータに適合することができません。例えば、脊椎再建と固定によく使用されるチタンメッシュは小さすぎて骨に沈み込みやすく、爪甲システムの骨折につながる可能性があります。市販されている従来の人工椎骨はサイズが固定されており、患者の切除部位に正確に一致させることができません。

3Dプリントされたバイオニック人工椎骨手術により、彼は通常の生活に戻ることができました。研究チームは患者の脊椎のCTスキャンデータを基に、正確な脊椎の3D画像を作成したとみられる。この画像に基づいて、患者専用のインプラントが設計され、3D プリントされます。パーソナライズされた人工椎骨を患者の椎骨とよりよく統合するために、研究チームは20を超える耐荷重フレーム構造、数十の骨梁トポロジー構造、円筒形、腎臓形、スマイリーフェイス形、バナナ形など10を超える形状とサイズ、合計数千の組み合わせを設計しました。

最終的に、検査とスクリーニングの後、患者の T12 (胸腰椎部) に位置する単一椎体破壊を考慮して、治療チームは統合構造、十二面体骨梁トポロジー構造、および元の椎骨を選択しました。それは黄氏自身の椎骨の形状と一致しており、人間の骨のように密集した小さな気孔を有しており、その多孔率は75％に達し、骨細胞の成長を促進します。椎体には患者自身の骨泥を注入するための空洞があり、骨泥は患者自身の骨の成長を促し、移植された椎体を患者自身の骨にしっかりと結合させることもできます。

治療チームは、患者の術前脊椎CTスキャンと「逆成形技術」を使用して、隣接する椎骨終板の形状を人工椎体の上面と下面として取得することがわかっています。これにより、人工椎体が患者の脊椎骨界面と完全にフィットし、接触面積が増加し、インプラントと骨の界面のストレスが軽減され、終板の骨折や人工椎体の沈下が軽減または回避されます。

「人工椎骨の強固な内部フレーム構造は、人工椎骨を通して上半身の重量を楽に支えることができ、脊椎全体の高さを回復するだけでなく、脊椎全体の安定性を向上させ、脊椎固定の緩みや骨折のリスクを軽減します。これにより、患者は手術後できるだけ早く起き上がって動き回ることができ、通常の生活に戻ることもできます。」

腫瘍は血管が豊富な部位に位置していたため、人工椎体置換手術の前日である2月6日、治療チームは黄さんに血管塞栓術を施し、腫瘍部分に血液を供給する血管を遮断して術中の出血を軽減した。

2月7日に正式に置換手術が行われた。医師は黄さんの後ろから近づき、胸椎第12番を切除した。このとき、脊髄は椎骨の保護を受けずに露出した状態になります。医師は、3Dプリントされたバイオニック人工椎骨をゆっくりと所定の位置にねじ込み、脊椎の隙間を「埋める」作業を行った。

同病院脊椎整形外科副部長の屈東斌氏は、3Dバイオニック人工椎骨は患者自身の椎骨よりわずかに小さいため、手術中に脊髄を傷つけることなく手術部位から上部椎骨と下部椎骨の間に回転させることができると紹介した。

黄さんの体内に埋め込まれた3Dプリントチタン合金バイオニック人工椎骨は、ネジで脊椎に固定される人工椎骨です。手術チームは脊柱管の減圧を行った後、患者自身の骨泥をバイオニック人工椎骨の中央空洞に注入しました。骨移植が完了したら、患者の骨茎をネジで固定します。

最終的に、外科チームと設計チームの共同の努力により、手術は完全に成功し、患者は手術後3日で自由に動くことができ、理想的な治療結果が得られました。

3Dプリントバイオニック人工椎体/椎間板一体型インプラントは独立した知的財産権を持ち、国際的にトップレベルに達していると報告されています。鄭明輝氏は、3Dプリントされたバイオニック人工椎骨の設計を通じて、チームは一連の最適化プロセスを模索しており、現在、患者の病変椎骨パラメータの取得からパーソナライズされた3Dプリントされたバイオニック人工椎骨の完成までのプロセスを約2週間で制御できると述べた。この3Dプリントバイオニック人工椎骨は独立した知的財産権を持ち、国際的にトップレベルに達しています。（写真提供：南方病院）

出典: Jinyang.com

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