3D打印假體治療下肢長(zhǎng)骨惡性骨腫瘤大段骨缺損的短期療效

姜大為，陳江濤，艾克拜爾·尤努斯，田征

大段骨缺損是骨科臨床治療中的一個(gè)巨大難題。造成骨缺損的原因很多，如創(chuàng)傷、骨髓炎、先天性假關(guān)節(jié)和四肢惡性骨腫瘤切除。隨著新輔助化療的應(yīng)用，骨腫瘤保肢手術(shù)成為主流，保肢方式如異體骨、滅活腫瘤骨及機(jī)械加工假體被廣泛應(yīng)用于臨床[1]。

傳統(tǒng)的保肢方式存在諸多缺點(diǎn)，如異體骨來(lái)源有限，滅活腫瘤骨局部復(fù)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)高，機(jī)械加工假體遠(yuǎn)期易松動(dòng)等[2]。3D 打印假體在臨床的應(yīng)用已取得初步成功。3D 打印具備個(gè)體化設(shè)計(jì)，與骨缺損達(dá)到完美的契合，也可以在加工過(guò)程中對(duì)假體的體積、重量、強(qiáng)度和表面特征等參數(shù)進(jìn)行精確掌控[3]。本研究回顧性分析新疆醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院骨科中心骨腫瘤外科近期收治的應(yīng)用3D打印假體治療下肢長(zhǎng)骨惡性骨腫瘤的短期療效。

1 資料與方法

1.1 納入與排除標(biāo)準(zhǔn)

納入標(biāo)準(zhǔn)：①經(jīng)臨床+影像+病理三結(jié)合診斷為下肢長(zhǎng)骨惡性骨腫瘤；②具備保肢手術(shù)條件；③運(yùn)用3D 打印個(gè)體化假體行保肢手術(shù)；④術(shù)后隨訪骨骼愈合情況，包括假體重建穩(wěn)定性評(píng)估及患者肢體功能評(píng)分。排除標(biāo)準(zhǔn)：①腫瘤遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移或多發(fā)轉(zhuǎn)移患者；②接受傳統(tǒng)假體或截肢患者；③失訪及資料不完整的患者。

1.2 一般資料

按照上述納入及排除標(biāo)準(zhǔn)，收集2019 年3 月至2022 年8 月新疆醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院骨科中心骨腫瘤外科收治的11 例下肢長(zhǎng)骨惡性骨腫瘤切除后大段骨缺損患者的病例資料。男6 例，女5 例；發(fā)病時(shí)的年齡8～63 歲，平均（24.6±19.2）歲，其中15 歲以下患者6 例。腫瘤病理類型：普通型骨肉瘤8 例，皮質(zhì)旁骨肉瘤2 例，惡性骨巨細(xì)胞瘤1 例。其中股骨側(cè)病變7 例，脛骨側(cè)病變4 例。原發(fā)腫瘤按照Enneking 分期，ⅠB 期2 例，ⅡA 期4 例，ⅡB 期5 例。所有患者術(shù)前均行患側(cè)及健側(cè)X 線檢查、CT、MRI，肺部高分辨CT及全身骨掃描。

本研究已通過(guò)新疆醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院倫理委員會(huì)批準(zhǔn)（批號(hào)：20200624-01），并豁免患者知情同意。

1.3 假體設(shè)計(jì)

將患者的CT、MRI 數(shù)據(jù)拷貝至計(jì)算機(jī)中，使用Mimics 加載Dicom 格式的數(shù)據(jù)，以CT 掃描為主要數(shù)據(jù)來(lái)源，將MRI 數(shù)據(jù)與其融合，判斷骨腫瘤實(shí)際邊界包含反應(yīng)帶，并在計(jì)算機(jī)中標(biāo)示。按切緣≥2 cm 的骨腫瘤邊緣設(shè)計(jì)截骨面，并且在軟件中完成模擬手術(shù)。最后再根據(jù)截骨面以逆向工程方法設(shè)計(jì)截骨導(dǎo)板，以便手術(shù)中精確操作，減少術(shù)中誤差[4]。

3D 打印個(gè)性化假體為組配式假體，假體設(shè)計(jì)主要由三部分組成。①髓針部：根據(jù)截骨后殘余髓腔設(shè)計(jì)髓針，髓針主要為鈦涂層髓針或3D 打印多孔骨小梁柄（必要時(shí)輔助接骨板）；②中間段：機(jī)械加工組配部件，根據(jù)骨缺損長(zhǎng)度設(shè)計(jì)，必要時(shí)可延長(zhǎng)；③關(guān)節(jié)面接觸部：采用3D打印骨小梁金屬界面，利用接骨板或松質(zhì)骨螺釘固定維持穩(wěn)定性。假體采用鈦合金粉末制作，制作周期約2周。

1.4 手術(shù)方法及術(shù)后處理

普通型骨肉瘤患者術(shù)前行新輔助化療，化療后再次完善相關(guān)檢查評(píng)估化療效果。判斷病變范圍，如果無(wú)明顯變化或縮小，可根據(jù)術(shù)前計(jì)劃進(jìn)行手術(shù)。

股骨側(cè)腫瘤選擇大腿外側(cè)入路或外側(cè)聯(lián)合前內(nèi)側(cè)入路，切除活檢通道，切除范圍包括病變周圍肌肉組織，顯露截骨平面，透視下定位明確后安放截骨導(dǎo)板并截骨，需將腫瘤骨及周圍包裹肌肉一并切除。術(shù)中留取截骨面髓腔內(nèi)組織送病理檢驗(yàn)。截骨平面距離腫瘤組織小于3 cm 處無(wú)水酒精局部滅活，最后將3D 打印假體安裝骨缺損處，術(shù)中需透視下確定內(nèi)植物位置良好，術(shù)中活動(dòng)關(guān)節(jié)明確關(guān)節(jié)活動(dòng)度良好。最后大量鹽水沖洗術(shù)區(qū)，充分止血，放置引流管2根，逐層縫合手術(shù)切口。

脛骨側(cè)腫瘤選擇小腿前方入路，切除活檢通道，切除部分脛骨前肌，切除方式同股骨，遠(yuǎn)端下脛腓聯(lián)合處需切除部分腓骨，將腫瘤骨及周圍包裹組織一并切除。術(shù)中留取截骨面髓腔內(nèi)組織送病理檢驗(yàn)。截骨平面距離腫瘤組織小于3 cm 處無(wú)水酒精局部滅活，最后將3D打印假體安裝骨缺損處，術(shù)中需透視下確定內(nèi)植物位置良好。最后大量鹽水沖洗術(shù)區(qū)，充分止血，術(shù)區(qū)放置引流管1根，若切口張力較大，手術(shù)切口外側(cè)7 cm 處做一減張切口，放置負(fù)壓封閉引流（vacuum sealing drainage,VSD）裝置。

術(shù)后連續(xù)3 日引流液清亮，引流量＜20 ml 可拔除引流管，抗生素應(yīng)用至引流管拔除后[5]。術(shù)后2 周視切口情況間斷拆線。切口完全愈合后行術(shù)后輔助化療，術(shù)后6 周佩戴支具負(fù)重行走，可不負(fù)重進(jìn)行關(guān)節(jié)屈伸鍛煉，術(shù)后12周開(kāi)始正?；顒?dòng)。

1.5 隨訪計(jì)劃及觀察指標(biāo)

治療結(jié)束2 年內(nèi)，每3 個(gè)月隨訪復(fù)查局部X 線和CT/MRI、肺部高分辨CT、全身骨掃描及雙下肢全長(zhǎng)X線檢查。觀察指標(biāo)主要包括腫瘤學(xué)情況、肢體功能和術(shù)后并發(fā)癥。應(yīng)用國(guó)際肌肉骨骼腫瘤學(xué)會(huì)（Musculoskeletal Tumor Society,MSTS）評(píng)分量表[6]評(píng)估肢體功能。

1.6 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

采用SPSS 24.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。符合正態(tài)分布的計(jì)量資料以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示，非正態(tài)分布的計(jì)量資料以中位數(shù)表示。

2 結(jié)果

11 例患者均按術(shù)前計(jì)劃實(shí)施手術(shù)。術(shù)后病理檢驗(yàn)均提示截骨處髓內(nèi)組織未見(jiàn)明確惡性腫瘤累及。股骨側(cè)腫瘤7 例，包括保髖保膝6 例，其中4 例采用3D打印復(fù)合假體+定制接骨板重建，2例采用遠(yuǎn)端3D打印復(fù)合假體+定制接骨板+近端鈦涂層髓針重建；1 例保髖假體即近端3D 打印骨小梁復(fù)合接骨板輔助外側(cè)接骨板+遠(yuǎn)端組配腫瘤膝關(guān)節(jié)假體重建。脛骨側(cè)腫瘤4例，包括1例保膝保踝近端3D打印復(fù)合假體輔助內(nèi)外側(cè)接骨板+遠(yuǎn)端鈦涂層髓針重建和3例保膝踝關(guān)節(jié)融合假體（1 例采用距骨接觸面3D 打印復(fù)合假體+近端鈦涂層髓針重建，1 例采用距骨接觸面3D打印復(fù)合假體+近端骨水泥髓針重建，1 例采用距骨接觸面3D 打印復(fù)合假體+遠(yuǎn)端3D 打印髓針輔助內(nèi)外側(cè)接骨板重建）。截骨長(zhǎng)度80～360 mm，平均（225.7±94.9）mm，骨缺損范圍24.4%～88.9%。

術(shù)后根據(jù)復(fù)查計(jì)劃進(jìn)行隨訪，隨訪3～34個(gè)月，平均（20.0±9.8）個(gè)月，至末次隨訪時(shí)，11 例均存活而且局部無(wú)腫瘤復(fù)發(fā)，術(shù)區(qū)無(wú)傷口滲液、感染等情況，均已下地行走。1 例股骨骨肉瘤患者術(shù)后10 個(gè)月出現(xiàn)全身多發(fā)骨轉(zhuǎn)移；1例股骨骨旁骨肉瘤術(shù)后10個(gè)月因體重迅速增長(zhǎng)致接骨板斷裂，行股骨遠(yuǎn)端雙側(cè)接骨板固定，術(shù)中發(fā)現(xiàn)假體遠(yuǎn)端已有骨長(zhǎng)入；1 例股骨骨肉瘤在術(shù)后16個(gè)月發(fā)生肺轉(zhuǎn)移；1例脛骨骨肉瘤術(shù)后6 個(gè)月出現(xiàn)假體松動(dòng)，拒絕再次手術(shù)，佩戴支具負(fù)重；1 例脛骨骨肉瘤插入髓針過(guò)程中出現(xiàn)假體周圍骨折，術(shù)中行鋼絲固定。

末次隨訪時(shí)，MSTS評(píng)分為20～28分，平均（25.0±3.0）分；雙下肢全長(zhǎng)X 線片上測(cè)量雙下肢絕對(duì)長(zhǎng)度，患側(cè)肢體較健側(cè)短縮0～19 mm，中位數(shù)5 mm，6 例15歲以下患者在末次隨訪時(shí)，重建下肢功能良好（表1）。

表1 11例患者臨床資料

典型病例的影像學(xué)資料見(jiàn)圖1、2。

圖1 病例1，女，11歲，左側(cè)股骨骨肉瘤

圖2 病例2，男，20歲，右側(cè)脛骨骨肉瘤

3 討論

Schmitz 和Hollinger[7]在1986 年提出了當(dāng)骨缺損長(zhǎng)度達(dá)到長(zhǎng)骨直徑的1.5 倍時(shí)無(wú)法完成骨缺損的自然愈合，稱為臨界骨缺損。缺損長(zhǎng)度大于長(zhǎng)骨周徑的1/2或2 cm以上的骨缺損稱為大段骨缺損[8]。惡性骨腫瘤切除后造成的骨缺損非常巨大，導(dǎo)致術(shù)中重建困難，術(shù)后并發(fā)癥增高。傳統(tǒng)重建方法無(wú)法早期獲得穩(wěn)定性，患者術(shù)后無(wú)法進(jìn)行早期康復(fù)，還存在著術(shù)后復(fù)發(fā)、病理性骨折、骨不愈合等風(fēng)險(xiǎn)[9]。機(jī)械加工假體早期可獲得穩(wěn)定，但遠(yuǎn)期效果差，容易發(fā)生松動(dòng)，存在一定局限性。目前Masquelet 技術(shù)和Ilizarov骨搬移技術(shù)也在不同程度中運(yùn)用到骨腫瘤中，有文獻(xiàn)報(bào)道用Masquelet 技術(shù)重建25 cm 的大段骨缺損，平均用時(shí)8.5 個(gè)月[10]，Ilizarov 骨搬移技術(shù)同樣治療時(shí)間較長(zhǎng)、并發(fā)癥較多。

近年來(lái)數(shù)字化骨科快速發(fā)展，使3D 打印技術(shù)逐步應(yīng)用至臨床工作中，目前已能夠?qū)崿F(xiàn)具有快速、高密度的復(fù)雜結(jié)構(gòu)的高性能金屬零件的無(wú)模具的凈成形[11]，醫(yī)師可根據(jù)需求設(shè)計(jì)方案更佳合理、結(jié)構(gòu)更加優(yōu)化的假體，以符合生物力學(xué)及運(yùn)動(dòng)功能。3D 打印設(shè)計(jì)假體為個(gè)體化假體，術(shù)中需精準(zhǔn)截骨，才可使骨界面和假體界面達(dá)到完美契合，截骨導(dǎo)板的設(shè)計(jì)可以在術(shù)中達(dá)到精準(zhǔn)截骨，減少誤差，成人患者末次隨訪術(shù)后肢體長(zhǎng)度幾乎相同，而且術(shù)中導(dǎo)板應(yīng)用可以縮短手術(shù)時(shí)間，減少術(shù)中出血[12]。

3D 打印假體存在適合的體積、匹配的骨缺損長(zhǎng)度及金屬假體的穩(wěn)定性。長(zhǎng)骨超極限骨缺損通過(guò)傳統(tǒng)的重建方式難以完成，但是目前3D 打印假體生物及非生物聯(lián)合重建已取得良好效果[13]。并且3D打印技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于適形匹配，在不影響下肢強(qiáng)度的情況下減少假體體積，制作形狀匹配的假體[14]。足夠的軟組織覆蓋可以避免傷口并發(fā)癥的發(fā)生[15]。本研究治療的4 例脛骨側(cè)腫瘤假體患者術(shù)后無(wú)假體周圍感染，脛骨假體的體積減少，有利于術(shù)中軟組織覆蓋，降低假體外漏風(fēng)險(xiǎn)。

3D 打印假體具有更強(qiáng)的骨整合作用，骨水泥假體遠(yuǎn)期假體松動(dòng)率為29%～40%[16]，非骨水泥固定的原理主要是通過(guò)宿主骨與假體緊密嵌入來(lái)獲得即刻穩(wěn)定，假體表面的微孔層與宿主骨相融合，最終可獲得假體的長(zhǎng)期穩(wěn)定[17]。采用鈦涂層髓針的1 例患者在術(shù)后6 個(gè)月出現(xiàn)假體松動(dòng)，考慮原因是術(shù)中未能達(dá)到骨床機(jī)械性的緊密壓配，而在后期繼發(fā)固定階段時(shí)宿主骨的骨小梁未能長(zhǎng)入到假體孔隙內(nèi)，從而出現(xiàn)假體松動(dòng)；另1 例患者為了達(dá)到術(shù)中的緊密壓配出現(xiàn)了假體周圍骨折，但經(jīng)過(guò)鋼絲捆綁后獲得穩(wěn)定固定。然而3D 打印骨小梁髓針具有更好的骨整合作用，假體與骨接觸界面骨小梁結(jié)構(gòu)可迅速實(shí)現(xiàn)骨長(zhǎng)入，不愈合率顯著降低。1 例接骨板斷裂患者翻修中發(fā)現(xiàn)股骨遠(yuǎn)端界面與假體完美融合。有文獻(xiàn)表明，3D 打印金屬骨小梁和松質(zhì)骨結(jié)合部通過(guò)影像學(xué)評(píng)估可見(jiàn)骨界面和金屬界面具有良好的整合作用[18]。

目前骨界面與假體界面的愈合尚無(wú)標(biāo)準(zhǔn)，本研究判斷骨與假體界面愈合首選體格檢查，局部疼痛癥狀消失，其次是影像學(xué)觀察3D 打印骨小梁與骨之間透光帶模糊，可判定為兩者實(shí)現(xiàn)骨整合[15]。

4 結(jié)論

下肢長(zhǎng)骨惡性骨腫瘤切除首先要遵守保肢治療的原則[5]，其次是為患者的重建，3D 打印技術(shù)解決臨床醫(yī)師在重建中面臨的較多問(wèn)題，在理論上對(duì)于患者的優(yōu)勢(shì)在于將即刻穩(wěn)定的金屬重建技術(shù)和永久可靠的生物重建技術(shù)相結(jié)合，保證患者短期和長(zhǎng)遠(yuǎn)的生活質(zhì)量，但是本文為回顧性研究，樣本具有局限性，有待大樣本量的長(zhǎng)期隨訪研究，以獲得更加可靠的數(shù)據(jù)。

【利益沖突】所有作者均聲明不存在利益沖突