3D打印導航模板輔助個性化非限制性腫瘤型假體重建對膝關(guān)節(jié)周圍惡性腫瘤的近遠期療效分析

柴 臻 任龍龍

3D打印其基礎(chǔ)是三維模型，通過逐層打印的方式對物體結(jié)構(gòu)進行構(gòu)造[1]，在醫(yī)療技術(shù)中，3D打印技術(shù)已逐漸應(yīng)用于疾病診斷、醫(yī)學教育、設(shè)計治療方案、定制個性化的醫(yī)療器械、術(shù)前評估等方面有了顯著方案[2]。3D打印技術(shù)已為精準化醫(yī)療、數(shù)字化微創(chuàng)技術(shù)、個體化醫(yī)療等技術(shù)的發(fā)展提供了依據(jù)[3]，在骨科、整形外科、牙科等領(lǐng)域已有了廣泛應(yīng)用[4]。而由3D打印技術(shù)制作的骨科植入物已批量投入到了臨床應(yīng)用中，3D打印已可成功制作反向模板、骨科實物模型、定制化骨科植入物[5]。膝關(guān)節(jié)原發(fā)性腫瘤的好發(fā)部位，保肢手術(shù)是膝關(guān)節(jié)原發(fā)性腫瘤的常用治療手段，對膝關(guān)節(jié)腫瘤切除術(shù)后的功能重建已有了較高的要求，因此選擇合適的假體對膝關(guān)節(jié)周圍惡性腫瘤患者非常重要[6]。目前3D打印導航模板輔助個性化非限制性腫瘤型假體在臨床中應(yīng)用較少，因此本文回顧性分析了其與傳統(tǒng)的膝關(guān)節(jié)腫瘤切除聯(lián)合腫瘤型鉸鏈式假體對膝關(guān)節(jié)周圍惡性腫瘤患者的近遠期療效，現(xiàn)報告如下。

1 資料與方法

1.1 資料

回顧性選擇我院2014年1月至2017年12月收治的80例膝關(guān)節(jié)周圍惡性腫瘤患者，其中男性45例，女性35例，年齡為14～41歲，平均年齡為(25.9±4.1)歲，腫瘤部位：左膝43例，右膝37例，腫瘤類型：骨軟骨肉瘤者17例，骨肉瘤38例，骨巨細胞瘤25例，腫瘤直徑大小為4～24 cm，平均腫瘤直徑為(9.8±2.1)cm，病程為3～14個月，平均病程為(9.1±1.9)個月。本研究所有患者經(jīng)病理診斷為膝關(guān)節(jié)周圍惡性骨腫瘤，術(shù)前經(jīng)CT、X線、MRI等確診無明確的腫瘤轉(zhuǎn)移，排除嚴重骨質(zhì)疏松者、不能耐受手術(shù)者。根據(jù)所用假體類型不同，將所有患者分為兩組，其中對照組采用傳統(tǒng)的膝關(guān)節(jié)腫瘤切除聯(lián)合腫瘤型鉸鏈式假體(48例)，觀察組采用3D打印導航模板輔助個性化非限制性腫瘤型假體(32例)，兩組患者的性別、年齡、腫瘤部位、腫瘤類型、平均病程等資料對比無統(tǒng)計學意義(P>0.05)，見表1。本研究所有患者知情同意且符合醫(yī)學倫理。

表1 兩組患者一般資料對比

1.2 方法

術(shù)前觀察組患者先建立、測量膝關(guān)節(jié)腫瘤三維模型，行MRI增強掃描，范圍為腫瘤、上下關(guān)節(jié)，64排螺旋CT掃描骨盆至足部。將CT掃描所得的原始數(shù)據(jù)錄入至Mimics 10.01軟件中，并初步建立雙下肢的骨骼模型，在此基礎(chǔ)上，用局部閾值設(shè)置、編輯蒙版工具分隔、填充骨塊，并用布爾運算及區(qū)域增長為每個骨骼建立新蒙版，再將雙下肢骨骼模型進行光順和平滑處理。行MRI掃描后，將其原始數(shù)據(jù)導致如Mimics 10.01軟件中，按照雙下肢骨骼的三維模型建模方法對腫瘤三維模型進行建立，之后將該模型導入至Imageware 13.2軟件中行模型匹配，測量股骨頸前傾角、雙下肢力線、股骨頸扭轉(zhuǎn)角、股骨頸干角、脛骨近端內(nèi)翻角、患肢骨髓腔直徑等解剖參數(shù)。此外，用CT掃描大段骨缺損修復的同種異體骨，之后導入原始數(shù)據(jù)至Mimics 10.01軟件中，以建立同種異體骨的三維模型；再設(shè)計腫瘤外科的切除邊界，將腫瘤模型與雙下肢骨骼模型在Imageware 13.2軟件進行精確匹配，從而得到其腫瘤骨骼的三維結(jié)合整體模型，根據(jù)Enneking骨腫瘤分期設(shè)計骨腫瘤切除的外科邊界，之后根據(jù)雙下肢的解剖參數(shù)結(jié)果選擇截圖角度及截圖位置后進行標記；模擬手術(shù)切除腫瘤并行功能重建，在Imageware 13.2軟件中根據(jù)設(shè)計結(jié)果采用剪裁、移動工具模擬切除腫瘤，用裁剪工具將同種異體骨三維模型修剪，直至與患肢骨缺損部位完全匹配，之后通過移動、旋轉(zhuǎn)修復骨缺損處，之后根據(jù)腫瘤的切除范圍，在骨骼及腫瘤模型及同種異體骨三維模型中，建立腫瘤切除導航模板、同種異體骨修剪導航模板輪廓模型；腫瘤切除模板及骨修復體剪裁導航模板設(shè)計、制作：在Imageware 13.2軟件中，用縫合功能縫合各曲面、平面，再根據(jù)手術(shù)的方式，在腫瘤切除范圍及預定標記顯露的骨組織范圍設(shè)定標記點，在標記點設(shè)計3 mm的圓柱形的導向固定孔，得到導航模板三維模型，再采用光敏樹脂打印制作導航模板實體；設(shè)計、制作非限制性腫瘤型的全膝關(guān)節(jié)假體，用人工關(guān)節(jié)及同種異體骨對腫瘤切除后的大段骨缺損進行修復，并對膝關(guān)節(jié)功能進行重建，之后在Imageware 13.2軟件中，用劃線及曲面構(gòu)建方式對全膝關(guān)節(jié)假體模型進行初步建立，再經(jīng)縫合、光順處理，得到最終的假體三維模型，再將其導入Imageware 13.2軟件中，匹配腫瘤切除后的骨骼三維模型，以實現(xiàn)個性化的假體模擬輸入。之后將全膝關(guān)節(jié)假體三維模型導入Imageware 13.2軟件中對膝關(guān)節(jié)功能進行重建，并得到完善的假體參數(shù)。對照組經(jīng)CT、MRI得到數(shù)據(jù)，明確腫瘤的侵犯范圍，確定鉸鏈式假體的型號。

兩組患者均用硬膜外麻醉方式，根據(jù)腫瘤的部位對切口進行選擇。觀察組術(shù)中將腫瘤切除導航模板貼服于骨面上固定，將腫瘤沿導航模板邊界行完整切除，用脈沖對創(chuàng)面、髓腔進行反復沖洗后蒸餾水浸泡30 min，之后在同種異體骨修剪導航模板的指引下對同種異體骨進行修剪，并將其與膝關(guān)節(jié)假體進行結(jié)合以形成復合體。股骨端腫瘤先安裝脛骨平臺假體，之后在殘端擴髓，填充骨水泥，裝配同種異體骨的假體復合體，在同種異體骨與殘端植入自體的髂骨，用鋼絲進行捆綁后促進接口形成骨橋愈合，重建患者的內(nèi)、外側(cè)副韌帶；脛骨近端腫瘤可先安裝股骨表面假體，后在股骨端安裝同種異體骨假體復合體，肌腱固定方法同股骨端腫瘤。對照組患者行腫瘤廣泛切除或根治術(shù)，在MRI信號改變區(qū)的2～5 cm處切除軟組織，切除后行殘端擴髓，將創(chuàng)面及骨髓腔進行反復沖洗后蒸餾水浸泡30 min，按照安裝順序?qū)δ[瘤型的鉸鏈式假體進行安裝并用骨水泥固定，本研究42例患者均未行髕骨置換。若患者軟組織缺損多獲腫瘤侵犯范圍大時，行腓腸肌內(nèi)側(cè)頭肌皮瓣移位覆蓋假體；脛骨近端腫瘤者縫合髕韌帶止點于假上重建伸膝裝置。

術(shù)后兩組患者均佩帶膝關(guān)節(jié)支具，時間為3～6個月，保護患者的側(cè)副韌帶，術(shù)后鼓勵患者行主動鍛煉，根據(jù)切口及患者的骨愈合情況確定負重時間。

1.3 觀察指標

①對比兩組術(shù)中的出血量及瘤段長度；②兩組患者術(shù)后均隨訪12個月，對比兩組的術(shù)后并發(fā)癥及腫瘤復發(fā)率；③對比兩組術(shù)后1年膝關(guān)節(jié)功能評分，用骨與軟組織腫瘤協(xié)會的保肢功能系統(tǒng)進行評定?？偡譃?～30分，分值越高，膝關(guān)節(jié)功能越好。

1.4 統(tǒng)計學方法

2 結(jié)果

2.1 兩組術(shù)中出血量及瘤段長度對比

兩組術(shù)中出血量及瘤段長度對比無統(tǒng)計學意義(P>0.05)，見表2。

表2 兩組術(shù)中出血量及瘤段長度對比

2.2 兩組術(shù)后并發(fā)癥及復發(fā)情況對比

觀察組中的免疫排斥反應(yīng)經(jīng)抗免疫治療后痊愈，1例感染者經(jīng)清創(chuàng)縫合、置管沖洗及抗炎治療后痊愈，術(shù)后1年復查時發(fā)現(xiàn)1例死亡，1例帶瘤生存；對照組中1例假體周圍骨折，行骨折內(nèi)固定術(shù)及假體翻修術(shù)愈合；1例感染者清創(chuàng)縫合、置管沖洗及抗炎治療后痊愈，2例切口不愈合者給予肌皮瓣移位修復后痊愈，1例腓總神經(jīng)損傷者給予理療、營養(yǎng)神經(jīng)治療后恢復，術(shù)后1年復查時發(fā)現(xiàn)3例死亡，1例帶瘤生存。兩組患者術(shù)后并發(fā)癥發(fā)生率及術(shù)后1年復發(fā)率對比無統(tǒng)計學意義(P>0.05)，見表3。

2.3 兩組術(shù)后1年膝關(guān)節(jié)功能評分對比

觀察組股骨遠端腫瘤評分及股骨近端腫瘤評分均明顯高于對照組(P<0.05)，見表4。

表3 兩組術(shù)后并發(fā)癥及復發(fā)情況對比

3 討論

膝關(guān)節(jié)惡性腫瘤切除的保肢手術(shù)多包括兩種，一類是自體骨、異體骨移植重建、瘤段切除滅活回植術(shù)，另一類為腫瘤型人工假體置換術(shù)[7]。前者治療后患者容易出現(xiàn)易骨折、骨不愈合、關(guān)節(jié)功能差、排異反應(yīng)等不足，而人工假體置換手術(shù)在保留肢體外觀、功能基礎(chǔ)上，又可給患者提供較好的活動范圍及穩(wěn)定性，從而提高患者的生活質(zhì)量[8]。以往采用的鉸鏈式假體多根據(jù)患者的腫瘤部位、大小，再根據(jù)患者的影像學資料進行個性化設(shè)計，滿足患者的需求，但其存在并發(fā)癥較多、設(shè)計缺陷及術(shù)后功能患者功能恢復不理想等缺陷，而3D打印可依照人體結(jié)構(gòu)打印出實物的模型，且其材質(zhì)、精確度、強度符合患者的要求[9]，因此本文采用3D打印導航模板輔助個性化非限制性腫瘤型假體重建對膝關(guān)節(jié)周圍惡性腫瘤的近遠期療效。

表4 兩組術(shù)后1年膝關(guān)節(jié)功能評分對比分)

本文結(jié)果表明，兩組的術(shù)中出血量及瘤段長度對比無統(tǒng)計學意義，觀察組股骨遠端腫瘤評分及股骨近端腫瘤評分均明顯高于對照組，表明采用3D打印導航模板輔助個性化非限制性腫瘤型假體重建可提高膝關(guān)節(jié)周圍惡性腫瘤的關(guān)節(jié)功能，主要是由于大段的同種異體骨修復骨缺損，假體力學支撐不足[10]，而采用3D打印導航模板輔助個性化非限制性腫瘤型假體，其與標準膝關(guān)節(jié)表面置換生物結(jié)構(gòu)類似，可極大提高患者術(shù)后膝關(guān)節(jié)的活動度，提高患者的生活質(zhì)量[11]；此外，腫瘤切除會導致軟組織缺失，造成關(guān)節(jié)不穩(wěn)、脫位，而術(shù)前對患者用3D打印導航模板，輔助術(shù)中腫瘤精確切除，可保證醫(yī)師在準確切除腫瘤的同時，盡可能的將正常軟組織保留下來，避免了鉸鏈式假體對軟組織的破壞性切除，從而觀察組患者的術(shù)后評分較高。觀察組患者術(shù)后并發(fā)癥發(fā)生率及術(shù)后1年復發(fā)率低于對照組，主要是由于3D打印導航模板輔助個性化非限制性腫瘤型假體重建，術(shù)前用計算機行三維測量、設(shè)計，可提高患者的匹配精確度[12]，同時采用3D打印導航模板可避免假體安裝的失誤，從而降低了術(shù)后感染的發(fā)生情況。但本研究組間對比無統(tǒng)計學意義，可能與本研究病例較少有關(guān)，有待擴大樣本量進行下一步分析。

本研究術(shù)者分析，采用3D打印導航模板輔助個性化非限制性腫瘤型假體重建時，對于患者體質(zhì)量較大，容易發(fā)生假體脫位、下沉者，瘤段切除較大，且軟組織較多者及無法行保肢手術(shù)者不宜采用該手術(shù)方式[13]。

綜上所述，與鉸鏈式假體相比，3D打印導航模板輔助個性化非限制性腫瘤型假體重建對膝關(guān)節(jié)周圍惡性腫瘤的近期療效相當，但其可改善患者的關(guān)節(jié)功能。本研究中對患者的術(shù)后觀察時間較短，有待進一步延長術(shù)后隨訪時間，對比兩種方式對膝關(guān)節(jié)周圍腫瘤患者的長期療效。