Volume 3 Issue 4 will be published on Jul 12, 2022.   A Cell Press partner journal
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On the cover: Medicine is the practice of the diagnosis, treatment, and prevention of disease. With the advances in medical science, human beings are getting both longer life spans and higher quality of life. From herbs to molecular signatures, humankind is experiencing a transition from traditional medicine to personalized medicine: the right treatment to the right patient at the right time. However, it is not so easy to achieve this goal because the etiology of most diseases and disorders is still unclear. From description to association, numerous researchers are working together to decipher the mechanisms behind disease. To address such challenges, more and more global collaborations are badly needed to include experts from all disciplines: not just doctors, scientists and administration staff, but also engineers, technicians and marketing managers. Not limited to a fish-eye view, we humans should widen our vision and get more deep insights beyond the human community. That is the right way to assure sustainable healthcare for humanity.
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3D打印和机器人放射治疗前沿技术融合——脊柱肿瘤治疗新希望

1
脊柱肿瘤治疗的时代需求

脊柱是人体的重要器官,因为脊柱是人体主要承重骨之一,承担躯体重量。其次,脊柱对于人体躯干的不同动作具有重要作用(比如弯腰,侧身,扭头,侧卧等等)。因此,一旦脊柱发生问题,骨质破坏引起的骨质不稳定或者承重能力下降,进而引发骨折等。另外,脊柱内容脊髓,脊髓作为人体中枢神经的一部分,承担躯干和四肢的运动,感觉等重要功能。因此脊柱的不良事件造成的风险远远高于其余部位骨转移。

正因为脊柱的重要性以及脊柱疾病治疗的难度,脊柱疾病成为医学领域治疗的难点。

脊柱肿瘤(原发和转移肿瘤)是肿瘤常见好发部位,特别是转移瘤,肿瘤在整个患病过程中大约有40%-50%的病例会发生脊柱转移,脊柱肿瘤治疗面对最广大的肿瘤患者人群,具有大范围的临床治疗需求。

同时,脊柱转移病灶生长可能压迫脊髓,椎体不稳引起骨折都可能导致病人瘫痪。而骨质的破坏,神经的压迫往往引起严重的疼痛,严重影响病人的生活质量。

其次,靶向治疗,免疫治疗的发展,使患者生存期进一步延长,患者对于生存治疗的要求提高,也要求重点关注脊柱转移瘤的治疗。

因此,脊柱的特点和脊柱肿瘤对患者的影响,使脊柱肿瘤成为肿瘤学科重点关注的部位。


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图1 脊柱肿瘤,生长于脊柱部位,造成疼痛,瘫痪等严重后果。

2
原有的脊柱肿瘤治疗困局

脊柱肿瘤作为肿瘤治疗中的难点,椎体切除加术后放疗为多数脊柱原发肿瘤和转移瘤的常规治疗手段,然而,因为传统椎体植入物不能完美符合脊柱的力学要求且组织相容性不够,导致脊柱肿瘤术后患者脊柱稳定问题多发,对于多节椎体病灶更是无能为力。同时,因为脊柱病灶的放疗辐射可能危及周围众多器官,传统放疗治疗精度差,剂量难以提升,使传统放疗对脊柱病灶的杀灭存在致命缺陷。

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图2 传统放疗,一般为在体表设置方形照射野,治疗简单粗糙,疗效不尽人意。

因此,结合当前3D打印技术和放射治疗机器人技术等科技革命的发展,推动脊柱肿瘤治疗的创新成为脊柱肿瘤治疗疗效提高的重要契机。

北京大学第三医院作为世界首先开展3D打印椎体植入,同时配合当前国际最先进立体定向放疗机器人治疗的单位,为脊柱肿瘤的治疗提供了新的探索。

3
3D打印联合机器人放疗

为脊柱肿瘤治疗带来新突破

3D打印治疗患者治疗前行薄层CT扫描,然后医生将患者的CT数据传给3D打印植入物制造企业,工程人员再将数据通过软件分析重建成为三维立体图形。同时识别患者骨骼内的病变部位,提取此骨骼信息以及病变信息,结合医生将要采取的手术方式,以此为基础,进行假体设计。

设计完成后,将数据传输到计算机中,由技术人员将钛合金粉放入锻造箱内,通过超高压形成的电极丝,采用电子束熔化(EBM)三维(3D)打印技术,层层锻造,最终形成个性化的适合于不同病例的内植物。按常规对病变椎节进行切除,以达到切除病变、减压及畸形矫正之目的。

随后将人工椎体植入,在确定人工椎体植人位置满意后,加用椎弓根螺钉固定。

患者常规手术愈合后进行放疗机器人治疗,治疗中采用实时脊柱追踪系统和六维床系统完美控制患者体位和病灶位置,同时,机器人可以从多达3000多个角度入射,完美规避脊髓等危险器官,达到精确放疗的效果。

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图3 机器人精准放疗

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前沿技术交叉融合

为脊柱肿瘤治疗带来新希望

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图4 3D打印联合机器人放疗治疗脊柱肿瘤

3D打印技术成功应用于脊柱肿瘤,是脊柱肿瘤的重要突破,也是3D打印技术在临床治疗中的重要应用。但3D技术解决的是椎体稳定性和组织相容性问题,3D打印能否耐受术后高强度精准放疗?这还需要后续更大规模治疗案例的经验总结。而3D打印和机器人精准放疗的交叉融合,两种前沿技术互相依托,为脊柱肿瘤患者提供了新的治疗手段,也成为学科发展的新的突破。

原文链接:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2666675820300400

作者简介

庄洪卿:北京大学第三医院放疗科副主任医师,主攻肿瘤的立体定向放疗。

韦峰、姜亮:北京大学第三医院骨科主任医师,主要从事脊柱肿瘤外科治疗。

刘忠军:北京大学第三医院骨科教授,著名脊柱肿瘤专家,将3D打印技术首先应用于脊柱肿瘤治疗。

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ISSN 2666-6758
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