3D 打印結(jié)合組配式假體治療兒童長(zhǎng)節(jié)段骨缺損一例報(bào)告

楊貴 田征 艾克拜爾·尤努斯 陳江濤 徐磊磊

惡性原發(fā)性骨腫瘤好發(fā)于兒童和青少年，以骨肉瘤最常見(jiàn)，主要侵及鄰近關(guān)節(jié)部位[1]。傳統(tǒng)常常采用截肢手術(shù)治療骨惡性腫瘤，雖然較徹底的清除了腫瘤原發(fā)病灶，但生存率較保肢手術(shù)相比并無(wú)明顯差異[2]。保肢治療已成為目前治療骨惡性腫瘤的常用手段。保肢治療過(guò)程中的重點(diǎn)之一在于腫瘤切除后骨缺損的重建，尤以下肢長(zhǎng)節(jié)段骨缺損的重建十分困難。目前常見(jiàn)的重建方法包括：大段異體骨移植，瘤骨滅活再植，自體腓骨移植，傳統(tǒng)假體置換等。但是每種重建方法都有一定的局限，包括骨吸收，容易感染，遠(yuǎn)期假體松動(dòng)等[3]。隨著 3D 打印技術(shù)的不斷發(fā)展，結(jié)合傳統(tǒng)機(jī)械加工技術(shù)，使得個(gè)性化的假體在治療長(zhǎng)節(jié)段腫瘤性骨缺損中變得更為合理。

臨床資料

患兒，女，11 歲，因“左側(cè)大腿中部疼痛 2 月，加重伴腫脹 15 天”入院。患者自訴于 2 月前無(wú)明顯誘因出現(xiàn)：左大腿中部疼痛，呈間歇性脹痛，持續(xù)約數(shù)分鐘后自行緩解，無(wú)發(fā)熱、寒戰(zhàn)，局部皮溫正常，未引起重視。 15 天前，患者左大腿中部疼痛加重，伴腫脹，持續(xù)半小時(shí)左右，遂就診于當(dāng)?shù)蒯t(yī)院。當(dāng)?shù)蒯t(yī)院考慮“骨髓炎”，行“骨髓炎病灶清除術(shù)”，術(shù)中發(fā)現(xiàn)病變并非骨髓炎，偏向腫瘤性質(zhì)可能，故臨時(shí)改為取活檢術(shù)，術(shù)后病理診斷為：普通型骨肉瘤，腫瘤分期 ⅡB 期。

一、術(shù)前檢查

X 線片提示：左股骨中下段皮質(zhì)欠規(guī)整，可見(jiàn)一梭形膨脹性骨質(zhì)破壞區(qū)以及骨膜反應(yīng)，周圍軟組織腫脹。CT 提示：股骨中下段膨脹性骨質(zhì)破壞，局部巨大軟組織腫塊，大?。?1.3 cm×5.5 cm，周圍見(jiàn)骨膜增生，呈梭形改變。MRI 提示：病變呈長(zhǎng) T1長(zhǎng) T2信號(hào)，壓脂序列呈明顯高信號(hào)，增強(qiáng)掃描呈明顯均勻強(qiáng)化。影像評(píng)估病變長(zhǎng)度為 29.8 cm，占股骨全長(zhǎng)的 74.3%，腫瘤未侵及股骨近、遠(yuǎn)端骨骺(圖 1)。

圖1 術(shù)前影像學(xué)檢查 a、b：為新輔助化療前 CT 和 MRI，其中 CT 示左股骨中下段膨脹性骨質(zhì)破壞，可見(jiàn)骨膜反應(yīng)，周圍軟組織塊形成；MRI 示病變呈長(zhǎng) T1 長(zhǎng) T2 信號(hào)，壓脂序列呈明顯高信號(hào)；c～e：為新輔助化療后 X 線、CT 和 MRI，可見(jiàn)腫瘤范圍縮小，邊界較前清楚Fig.1 Preoperative imaging a - b: CT and MRI before neoadjuvant chemotherapy; CT showed the expansive bone destruction with periosteal reaction in the middle and lower segments of the left femur, and the bone destruction area was surrounded by soft tissue mass; MRI showed the lesion with long T1 and T2 signals, and marked hyperintense signals on compression fat sequence; c - e: CT and MRI after neoadjuvant chemotherapy showed that the tumor area was reduced and the boundary was clearer than before

二、術(shù)前化療

嚴(yán)格按照骨肉瘤一線化療方案 MAID 行兩個(gè)循環(huán)的化療，其中甲氨蝶呤(12 g / m2，1 日 1 次)、阿霉素(30 mg / m2/ 天，1 日 2 次)：環(huán)磷酰胺(2 g / m2/ 天，1 日 5 次)：順鉑(120 mg / m2，1 日 1 次)?；熃Y(jié)束后復(fù)查 CT、MRI 提示：病變縮小，界限比之前清楚(圖 1d、e)，為完整切除腫瘤創(chuàng)造了條件。

三、術(shù)前設(shè)計(jì)

考慮患者為青少年，且病變未侵及兩端骨骺，經(jīng)討論決定行保留骨骺的保肢治療，為保證達(dá)到 R0 切除，結(jié)合術(shù)前最新 MRI，遠(yuǎn)端決定從股骨外上髁往上 4 cm 處截骨，近端于小轉(zhuǎn)子上緣處截骨。為重建腫瘤切除后的骨缺損，決定采用 3D 打印結(jié)合組配式假體的個(gè)性化方案。根據(jù)患者術(shù)前薄層 CT 掃描數(shù)據(jù)，采用 Mimics14.0 軟件進(jìn)行三維重建，根據(jù)三維重建模型設(shè)計(jì)假體。假體總長(zhǎng) 34 cm，由四部分組成，近端和遠(yuǎn)端為 3D 打印的假體，并設(shè)計(jì)為有利于骨長(zhǎng)入的多孔結(jié)構(gòu)，中間包括一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)組配截骨段和一個(gè)定制截骨段。近端假體輔助兩個(gè)螺釘用于前期固定，遠(yuǎn)端外側(cè)采用鋼板加螺釘固定(圖 2)，同時(shí)合理確定螺釘方向，以避免損傷骨骺。

圖2 假體設(shè)計(jì) a：假體設(shè)計(jì)圖，可見(jiàn)假體由四部分組成，近端和遠(yuǎn)端為 3D 打印假體，骨接觸面設(shè)計(jì)為利于骨長(zhǎng)入的多孔結(jié)構(gòu)，中間部分為傳統(tǒng)機(jī)械加工的組配式假體；b：用 CT 掃描數(shù)據(jù)，通過(guò) Mimics 軟件建立腫瘤實(shí)體與 3D 打印與傳統(tǒng)機(jī)械加工結(jié)合個(gè)性化假體三維數(shù)字模型；c、d：為假體實(shí)物，兩端可見(jiàn) 3D 打印骨小梁；e：近端假體與骨接觸面設(shè)計(jì)有 3 mm 厚骨小梁結(jié)構(gòu)，并設(shè)計(jì)兩個(gè)螺釘用于前期固定； f：遠(yuǎn)端假體與骨接觸面設(shè)計(jì)有 5 mm 厚度骨小梁凸臺(tái)結(jié)構(gòu)沉入股骨遠(yuǎn)端松質(zhì)骨Fig.2 Prosthesis design a: Prosthesis design diagram; the prosthesis was consisted of 3D printed prostheses at the proximal and distal ends, a porous structure which facilitated bone ingrowth on the bone contact surface, and a traditionally machined component prosthesis at the middle part; b: The data were scanned with CT to establish the 3D digital model that was composed of tumor entities and 3D printed prosthesis by Mimics software; c - d: Prosthesis of 3D printed trabecular bone on both ends; e: The interface between the proximal prosthesis and the bone was 3 mm thick trabecular bone structure; The bone contact section was designed with two screws for the former fixation; f: The interface between the distal prosthesis and the bone was designed with a 5 mm thickness trabecular boss structure which could sink into the cancellous bone of the distal femur

四、手術(shù)過(guò)程

麻醉生效后，患者取右側(cè)臥位，沿左股骨大粗隆至股骨外髁做一長(zhǎng)約 30 cm 手術(shù)切口，暴露病變及股骨，近端至小轉(zhuǎn)子上緣，遠(yuǎn)端至股骨外上髁上約 4 cm，克氏針定位截骨面，按照術(shù)前確定的截骨方案進(jìn)行截骨，保證腫瘤完整切除，同時(shí)保留兩側(cè)骨骺。近端擴(kuò)髓后放入假體，螺釘固定，遠(yuǎn)端將假體與股骨殘端對(duì)合好后，鋼板螺釘固定。術(shù)后患肢髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)活動(dòng)度可，且假體位置及固定良好(圖 3、4)。

圖3 手術(shù)過(guò)程 a：確定截骨平面，近端截骨面大約在小轉(zhuǎn)子上緣水平，遠(yuǎn)端截骨面距離股骨外髁底部約 4 cm；b：術(shù)中克氏針定位截骨平面；c、d：X 線確定克氏針定位的截骨面位置；e：假體近端與股骨采用 2 顆螺釘固定；f：假體遠(yuǎn)端與剩余骨采用鋼板螺釘固定Fig.3 Surgical procedure a: Determining the osteotomy plane; the proximal osteotomy surface was at the level of the upper edge of the lesser trochanter, and the distal osteotomy surface was about 4 cm away from the bottom of the femoral lateral condyle; b: Ascertaining the position of the osteotomy plane by using Kirschner wires during the operation; c - d: Locating the position of the osteotomy surface by X-ray; e: The proximal end of the prosthesis and the femur were fixed with 2 screws; f: The distal end of the prosthesis and the residual bone were fixed with plate screws

五、術(shù)后愈合時(shí)間及康復(fù)要點(diǎn)

1. 術(shù)后愈合時(shí)間：患者術(shù)后 2 個(gè)月左右可以在床上做關(guān)節(jié)活動(dòng)，3 個(gè)月可以在支具輔助下下床活動(dòng)，術(shù)后第 4 個(gè)月逐漸脫離支具，第 5 個(gè)月可以正常行走，且患側(cè)髖、膝關(guān)節(jié)活動(dòng)基本正常。

2. 康復(fù)要點(diǎn)：( A) 術(shù)后局部適當(dāng)加壓包扎，并抬高患肢 15°～30°，以利于靜脈回流減輕水腫。( B) 術(shù)后第 5～ 7 天指導(dǎo)患者做踝關(guān)節(jié)的背屈、跖屈活動(dòng)，同時(shí)進(jìn)行股四頭肌等張收縮以預(yù)防深靜脈血栓。( C) 術(shù)后 3 周開(kāi)始逐漸適度功能鍛煉，可先在床上進(jìn)行膝、髖關(guān)節(jié)的屈伸運(yùn)動(dòng)，然后做對(duì)抗阻力的關(guān)節(jié)活動(dòng)。( D) 術(shù)后 2～3 個(gè)月開(kāi)始扶拐練習(xí)行走，并逐漸增加患肢負(fù)重，可在醫(yī)師指導(dǎo)下扶床下蹲與直立，直至最后逐漸脫離支具。

六、術(shù)后化療與隨訪

1. 術(shù)后化療：術(shù)后繼續(xù)行 6 個(gè)循環(huán)化療，方案與術(shù)前化療方案相同。

2. 隨訪：術(shù)后 1 年復(fù)查 X 線提示假體位置及固定良好，且雙下肢等長(zhǎng)，復(fù)查肺部 CT 未發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)移病灶，患肢髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)活動(dòng)度基本正常，MSTS 評(píng)分為 29 分 (圖 5)。

圖4 手術(shù)結(jié)束后 a～c：術(shù)后 X 線提示假體固定良好；d：術(shù)后可見(jiàn)假體重建位置良好Fig.4 After the operation a - c: X-ray suggested a good fixation of the prosthesis; d: Prosthesis reconstruction was in good position

圖5 術(shù)后隨訪 a：術(shù)后 5 個(gè)月復(fù)查雙下肢全長(zhǎng) X 線片示假體穩(wěn)定，位置良好；b：術(shù)后 1 年復(fù)查雙下肢全長(zhǎng) X 線片示雙下肢等長(zhǎng)，且假體位置良好；c～e：術(shù)后 1 年患者肢體活動(dòng)狀況，可見(jiàn)患側(cè)肢體功能基本正常Fig.5 Postoperative follow-up a: The full-length X-ray of both lower limbs showed the prosthesis was stable and in good position 5 months after operation; b: The full-length X-ray film of lower limbs showed that both lower extremities were equal in length and the prosthesis was placed well 1 year after surgery; c - e: Activity status showed that the affected limb function was basically normal during the first year after operation

討 論

骨惡性腫瘤手術(shù)治療最主要的關(guān)鍵是病變切除過(guò)后骨缺損的重建問(wèn)題，而缺損長(zhǎng)度的大小直接影響重建方式的選擇。目前對(duì)于人腫瘤性骨缺損長(zhǎng)度的量化標(biāo)準(zhǔn)還沒(méi)有明確的定義，只有在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中，Schmitz 和 Hollinger 將特定生命周期和特定骨上不能自行愈合的最小骨缺損，稱為極量骨缺損；同時(shí)將骨缺損長(zhǎng)度等于或大于長(zhǎng)骨直徑的 1.5～2.0 倍時(shí)稱為大段骨缺損或臨界骨缺損[4-6]。本例病變長(zhǎng)度為 29.8 cm，占股骨全長(zhǎng)的 74.3%，屬于比較大的缺損長(zhǎng)度，難以通過(guò)自體骨搬運(yùn)或移植進(jìn)行重建，如果采用傳統(tǒng)人工假體置換，無(wú)法保留骨骺，由于患者是青少年，隨著時(shí)間的推移，必然出現(xiàn)雙側(cè)肢體發(fā)育不等長(zhǎng)而需再次手術(shù)翻修的可能。由于本例腫瘤并未侵及雙側(cè)骨骺，而且符合目前比較認(rèn)可的保留骨骺的適應(yīng)證，即：腫瘤位于干骺端且骺板未閉合，影像學(xué)提示腫瘤未侵及骨骺，同時(shí)腫瘤對(duì)化療反應(yīng)敏感且已行規(guī)范的術(shù)前化療[7]，因此，保留骨骺從而為患者保留骨關(guān)節(jié)發(fā)育的“儲(chǔ)備空間”可能是一種更好的選擇。

隨著 3D 打印技術(shù)的發(fā)展，3D 打印個(gè)性化的假體結(jié)合傳統(tǒng)機(jī)械加工技術(shù)給腫瘤性骨缺損的重建提供了一種新的方向。為了實(shí)現(xiàn)早期的固定及后期的生物性穩(wěn)定，個(gè)性化的超長(zhǎng)假體兩端與剩余骨的融合非常重要，尤其是接觸面的骨長(zhǎng)入問(wèn)題。王鐘漢等[8]通過(guò)總結(jié)分析 3D 打印鈦合金支架的各種參數(shù)時(shí)發(fā)現(xiàn)，合適的孔隙尺寸、孔隙率、孔隙形狀和表面處理方式對(duì)于骨長(zhǎng)入效果或者體外支架內(nèi)成骨都有著極其重要的作用?？紫冻叽绾涂紫堵士梢杂绊懼Ъ軆?nèi)組織的氧供和血管的生成，而孔隙的形狀以及不同的表面處理方式則對(duì)支架內(nèi)成骨細(xì)胞有著很好的誘導(dǎo)作用，從而促進(jìn)細(xì)胞的黏附、增殖以及分化。通過(guò)綜合分析最適合于骨長(zhǎng)入的幾項(xiàng)參數(shù)，然后結(jié)合 3D 打印技術(shù)生產(chǎn)出最適宜的支架，使支架與骨接觸面獲得良好的骨長(zhǎng)入效果，從而保證骨 - 支架界面達(dá)到良好的穩(wěn)定性，為后期的生物性穩(wěn)定奠定了良好的基礎(chǔ)。由于超長(zhǎng)段的腫瘤病變徹底切除后剩余骨量變得很少，因此假體兩端與剩余骨的固定力臂較短將是一個(gè)需要考慮的問(wèn)題。張忠等[9]通過(guò)在豬的股骨進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)表明，在保留骨骺的保肢手術(shù)中，采用鋼板加螺釘垂直固定或交叉固定的方式，使骨骺與大段移植骨的固定實(shí)現(xiàn)了早期的穩(wěn)定性。

本例采用兩端使用 3D 打印的特殊金屬多孔結(jié)構(gòu)以利于骨長(zhǎng)入 + 機(jī)械加工組配式假體 + 輔助鋼板螺釘?shù)脑O(shè)計(jì)，同時(shí)保留兩側(cè)骨骺為患者保留骨關(guān)節(jié)發(fā)育空間。中段采用可更換的機(jī)械加工的組配式假體為后期可能出現(xiàn)的肢體不等長(zhǎng)提供了解決策略，避免了大的手術(shù)翻修造成的巨大損傷。通過(guò)前期的隨訪效果來(lái)看，這種 3D 打印骨長(zhǎng)入結(jié)合傳統(tǒng)機(jī)械加工組配式假體對(duì)于長(zhǎng)節(jié)段骨缺損的治療可能是一種很好的選擇，有著不錯(cuò)的應(yīng)用前景。