3D打印內(nèi)植物在青少年骨惡性腫瘤保肢保骺術(shù)中的應(yīng)用

李哲 艾克拜爾·尤努斯 王臻 田征 陳江濤 姜大為 徐磊磊

作者單位：830011烏魯木齊，新疆醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院骨科 (李哲、艾克拜爾·尤努斯、田征、陳江濤、姜大為、徐磊磊)；710032西安，空軍軍醫(yī)大學(xué)附屬西京醫(yī)院 (王臻)

骨惡性腫瘤通常發(fā)生在兒童、青少年的干骺端，隨著輔助化療、放射治療的進(jìn)步以及對腫瘤生物學(xué)和分期的認(rèn)知，在我國大多數(shù)骨腫瘤治療中心均采取保肢手術(shù)治療肢體骨惡性腫瘤[1-3]。對于術(shù)中須將鄰近關(guān)節(jié)一起切除，導(dǎo)致大段骨質(zhì)缺損及骨骺的損傷，進(jìn)而需再手術(shù)重建的患者，腫瘤接近骨骺且處于生長發(fā)育期的兒童、青少年，傳統(tǒng)重建方式易損傷骨骺，在保肢手術(shù)后，隨著生長發(fā)育，常會出現(xiàn)肢體不等長等復(fù)雜并發(fā)癥[4]。隨著 3D打印技術(shù)的迅速發(fā)展，基于 3D打印技術(shù)的骨惡性腫瘤的個(gè)體化治療正逐步有臨床實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)變?yōu)榕R床常規(guī)應(yīng)用，同時(shí)也為青少年骨惡性腫瘤的保骺治療提供了一個(gè)選擇。2017年 2月至 2019年 11月，我科先后為 2例惡性骨腫瘤患兒進(jìn)行了腫瘤切除，術(shù)中利用 3D打印內(nèi)植物重建患肢并保留骨骺。術(shù)后近期臨床療效滿意，現(xiàn)報(bào)告如下。

資料與方法

一、一般資料

本組 2例，男女各 1例；年齡分別為 8歲、15歲。腫瘤病理類型：骨肉瘤 1例，尤文肉瘤1例。腫瘤發(fā)生部位：股骨干 1例，脛骨干 1例。原發(fā)腫瘤按照 Enneking分期，均為 Ⅱb期。2例術(shù)前均按照腫瘤類型接受規(guī)范新輔助化療，術(shù)前常規(guī)行 X線、CT、MRI、骨掃描等檢查。

二、假體設(shè)計(jì)

患者入院后首次患處 CT檢查及患處 MRI檢查數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)，利用 Mimics軟件加載 Dicom格式的數(shù)據(jù)，以 CT檢查為主要數(shù)據(jù)源，將 MRI檢查數(shù)據(jù)與其融合，根據(jù)入院后首次 MRI檢查判斷腫瘤范圍及水腫反應(yīng)區(qū)，并在軟件中標(biāo)示[5]。按距離腫瘤水腫帶外 3 cm為截骨平面進(jìn)行手術(shù)規(guī)劃[6]，在軟件中完成模擬腫瘤切除截骨長度。為確保術(shù)前設(shè)計(jì)的內(nèi)植物可以準(zhǔn)確植入骨缺損處，通過逆向工程技術(shù)求得截骨面處的截骨導(dǎo)板，以便術(shù)中精確截骨。在模擬完整切除后，根據(jù)局部骨缺損以及健側(cè)情況設(shè)計(jì) 3D打印內(nèi)植物。在內(nèi)植物設(shè)計(jì)制作過程中應(yīng)注意內(nèi)植物形狀、強(qiáng)度、表面結(jié)構(gòu)、成骨活性、重量、質(zhì)量、材質(zhì)等要素[7]。

三、手術(shù)方法

手術(shù)前再次進(jìn)行腫瘤部位 MRI檢查，與首次MRI檢查結(jié)果對比，判斷腫瘤范圍是否有增大，如果無明顯增大，可按術(shù)前設(shè)計(jì)進(jìn)行手術(shù)。常規(guī)手術(shù)準(zhǔn)備，按照術(shù)前設(shè)計(jì)好的手術(shù)切口，暴露截骨平面處骨面，盡可能剔除周圍軟組織后安放導(dǎo)板，在導(dǎo)板引導(dǎo)下進(jìn)行截骨，完成腫瘤段骨質(zhì)的切除。術(shù)中留取截骨面髓腔內(nèi)組織送病檢。將內(nèi)植物安裝于骨缺損部位，見對位線良好后固定內(nèi)植物。假體安裝后沖洗切口，充分止血，放置引流并逐層縫合。

術(shù)中放置負(fù)壓引流管，術(shù)后引流管放置至 24 h引流量 ＜ 20 ml后拔除引流管，期間給予持續(xù)負(fù)壓引流。術(shù)后常規(guī)應(yīng)用抗生素至引流管拔除后第 2天。術(shù)后 2周視術(shù)區(qū)情況間斷拆線，拆線后 14天，繼續(xù)按計(jì)劃行化療治療。術(shù)后 3～6周拄雙拐部分負(fù)重行走，術(shù)后 12～16周，開始逐步完全負(fù)重。

四、術(shù)后康復(fù)及隨訪

2例于術(shù)后 1個(gè)月、3個(gè)月行 X線檢查，術(shù)后每 3個(gè)月行肺部 CT檢查、全身骨掃描及雙下肢全長 X線片，隨訪時(shí)注意測量患者身高、雙側(cè)肢體長度。療效評價(jià)指標(biāo)包括患者生存狀態(tài)、腫瘤學(xué)情況、假體并發(fā)癥情況、肢體功能等，隨訪時(shí)應(yīng)用MSTS評分量表評估患者患肢功能，根據(jù)全身骨掃描尤其是患肢處的掃描結(jié)果，評估骨生長情況及新生骨與內(nèi)植物之間的關(guān)系，根據(jù)身高、雙下肢全長片及測量雙側(cè)肢體長度來評估患者生長發(fā)育情況。

結(jié)果

2例均按術(shù)前計(jì)劃實(shí)施手術(shù)，并在術(shù)中按術(shù)前計(jì)劃應(yīng)用截骨導(dǎo)板引導(dǎo)截骨。術(shù)后病理均提示截骨處髓內(nèi)組織未見明確惡性腫瘤累及。假體安裝牢固，其中鈦金屬 3D打印+帶血管腓骨移植+多孔復(fù)合假體+定制鋼板重建 1例，鈦金屬 3D打印多孔復(fù)合假體重建 1例。

術(shù)后按照計(jì)劃患者進(jìn)行隨訪，本組 2例術(shù)后分別隨訪 12個(gè)月和 32個(gè)月。至末次隨訪時(shí)，2例均存活而且局部無腫瘤復(fù)發(fā)、遠(yuǎn)處無轉(zhuǎn)移跡象，術(shù)區(qū)無發(fā)熱、傷口滲液、感染等情況，3D打印假體均完整，均已下地行走。1例股骨尤文肉瘤患者在術(shù)后20個(gè)月隨訪時(shí)發(fā)現(xiàn)鋼板斷裂，行更換鋼板并且術(shù)中可見新型骨痂已形成堅(jiān)強(qiáng)骨愈合 (圖 1)。

末次隨訪時(shí)，2例 MSTS評分均為 26分。其中，1例隨訪時(shí)間 32個(gè)月的患者 (股骨中段尤文肉瘤，圖 2) 評分為優(yōu)；1例隨訪 12個(gè)月患者 (脛骨骨肉瘤，圖 3) 評分為優(yōu)。行雙下肢全長片，評估患者雙側(cè)肢體差距：第 1例，患肢較正常肢體縮短4 cm，第 2例，雙側(cè)肢體未見明顯差異。從身高來評估，2例患者在末次隨訪時(shí)，身高值均在正常范圍內(nèi)，提示患者骨骺增長正常，生長發(fā)育未受限。將患者人口學(xué)特征、診斷、病灶評估、手術(shù)日期及末次 MSTS評分等一般資料進(jìn)行詳細(xì)記錄 (表 1)。將患者身高及末次隨訪時(shí)雙側(cè)肢體對比進(jìn)行重點(diǎn)記錄 (表 2)。

圖1 行鋼板置換術(shù)患者 a：發(fā)現(xiàn)近端已長出骨痂，并向內(nèi)植物一側(cè)遷延；b：術(shù)中透視證實(shí)新生骨已越過骨與內(nèi)植物連接處圖2 患者，男，16歲，2016-10-25確診為左股骨尤文肉瘤，瘤段長約 18.5 cm a：2016-10-24化療前 MRI；b：2017-01-03化療后MRI；c～d：2017-02-04術(shù)中照片；e：2017-05-29復(fù)查 X線片；f：2018-09-20復(fù)查時(shí)發(fā)現(xiàn)鋼板斷裂；g～h：2018-09-29再次手術(shù)，術(shù)中照片；i：2019-10-09復(fù)查 X線片；j：患者功能照Fig.1 2018-09-29 Plate replacement was performed in the first patient a:The callus had grown in the proximal end and extended to the prosthesis;b:Intraoperative fluoroscopy confirmed that the new bone had crossed the joint of bone and prosthesisFig.2 Male,16 yeas old,diagnosed as Ewing’s sarcoma of the left femur 2016-10-25,tumor length 18.5 cm a:MRI before chemotherapy 2016-10-24; b:MRI after chemotherapy 2017-01-03; c -d:Intraoperative images 2017-02-04; e:X-ray examination 2017-05-29; f:Steel plate break during the reexamination 2018-09-20; g -h:Reoperation 2018-09-29; i:X-ray examination 2019-10-09; j:General functions

表1 患者基本信息Tab.1 Basic information of patients

圖3 患兒，女，9歲，2018-09-10確診為右脛骨骨肉瘤，瘤段長約 11.5 cm a：2018-09-06化療前 MRI；b：2018-11-06化療后 MRI；c～d：2018-11-10術(shù)中照片；e：2018-11-14術(shù)后復(fù)查 X線片；f：2019-04-29復(fù)查 X線片；g～h：2019-10-16復(fù)查 X線片；i：患者功能照Fig.3 Female,9 years old,diagnosed as osteosarcoma of the right tibia 2018-09-10,tumor length 11.5 cm a:MRI before chemotherapy 2018-09-06; b:MRI after chemotherapy 2018-11-06; c -d:Intraoperative images 2018-11-10; e:X-ray examination 2018-11-14; f:X-ray examination 2019-04-29; g -h:X-ray examination 2019-10-16; i:General functions

表2 身高變化Tab.2 Changes in height

討論

在化療出現(xiàn)之前，截肢是肢體骨惡性腫瘤的主要治療方法，術(shù)后患者不但承受肢體殘缺和巨大心理創(chuàng)傷，絕大多數(shù)患者仍不可避免地死于肺轉(zhuǎn)移[9-11]。20世紀(jì) 80年代初，Rosen等[12]提出新輔助化療的理論后，新輔助化療成為提高患者生存率及保肢率的關(guān)鍵，目前形成了術(shù)前新輔助化療 → 手術(shù) → 術(shù)后化療的骨惡性腫瘤標(biāo)準(zhǔn)治療模式。同時(shí)，因手術(shù)技術(shù)的進(jìn)步、內(nèi)植物材料的發(fā)展，骨惡性腫瘤切除后大段骨缺損重建技術(shù)取得飛速發(fā)展，保肢手術(shù)方法迅速發(fā)展。嚴(yán)格按照 Enneking外科分期的指導(dǎo)下手術(shù)切除腫瘤，骨惡性腫瘤保肢治療的安全性已得到廣泛證實(shí)，與截肢治療的生存率幾乎相當(dāng)[13]。

骨惡性腫瘤好發(fā)于青少年骨骼生長較為活躍的干骺端，由于青少年骨骺尚未閉合，傳統(tǒng)重建方式需切除一側(cè)或雙側(cè)骨骺，這勢必會造成患者術(shù)后患肢的生長障礙、致使雙側(cè)肢體不等長或關(guān)節(jié)畸形，并可能出現(xiàn)嚴(yán)重跛行或代償性脊柱側(cè)凸[14-16]。在保證手術(shù)安全邊界的情況下，盡可能保留骨骺，保留骨骺，可以降低青少年術(shù)后畸形的發(fā)生，但對此要嚴(yán)格把握適應(yīng)證。保肢術(shù)的適應(yīng)證：腫瘤位于干骺端，骺板尚未閉合；術(shù)前通過一系列影像學(xué)檢查證實(shí)腫瘤尚未侵犯骨骺，且術(shù)后病理對此進(jìn)一步證實(shí)；嚴(yán)格遵循新輔助化療的治療原則，且病理證實(shí)化療有效[17-18]。傳統(tǒng)保骺手術(shù)包括：保留骨骺的滅活再植術(shù)、骨骺牽開保骺術(shù)、保留骨骺的轉(zhuǎn)移性骨生長術(shù)、保留骨骺的關(guān)節(jié)假體置換術(shù)，前三種方式存在感染、移植骨吸收、骨折端延遲愈合或不愈合、骨折、內(nèi)固定物松動或斷裂、肢體僵硬等問題。腫瘤型假體置換是骨腫瘤肢治療機(jī)械性重建的重要方法，但保留骺的腫瘤型假體應(yīng)用較少[19]。

因腫瘤生長部位、腫瘤病理類型、腫瘤大小的不同，以及患者年齡、體型、體質(zhì)等差異等因素，導(dǎo)致手術(shù)方式存在差異較大，重建方式的個(gè)性化設(shè)計(jì)成為手術(shù)治療成敗的關(guān)鍵[20-21]。3D打印通過個(gè)體化定制以匹配腫瘤切除后獨(dú)特的骨缺損，實(shí)現(xiàn)較為完美的重建[22-23]。多項(xiàng)臨床研究表明，3D打印假體臨床應(yīng)用的中短期隨訪顯示該技術(shù)可使假體與骨缺損匹配精確，獲得早期穩(wěn)定性，內(nèi)植物與宿主骨結(jié)合牢固，假體松動等并發(fā)癥少見，取得較滿意的效果[24-26]。

本組 2例均為未成年人，處于生長發(fā)育期，為肢體長骨惡性腫瘤，位于骨干且臨近骨骺，同時(shí)術(shù)后骨缺損范圍大。若采用傳統(tǒng)保肢保骺手術(shù)，在進(jìn)行重建時(shí)勢必會損傷骨骺且破壞關(guān)節(jié)穩(wěn)定性，術(shù)后隨著生長發(fā)育，會出現(xiàn)肢體不等長、假體松動等并發(fā)癥。術(shù)前經(jīng)充分研討后，決定利用 3D技術(shù)制作個(gè)體化內(nèi)植物進(jìn)行術(shù)中重建，術(shù)中僅切除腫瘤所侵犯的骨干，不傷及長骨端的骨骺及關(guān)節(jié)。同時(shí)為達(dá)到精確截骨的目的，在術(shù)前設(shè)計(jì)假體時(shí)，在截骨平面位置設(shè)計(jì)截骨導(dǎo)板。術(shù)中按照術(shù)前設(shè)計(jì)進(jìn)行腫瘤切除+重建術(shù)，在盡可能大的切除腫瘤所在骨的同時(shí)未傷及骨骺且未破壞臨近關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)，這為患者的關(guān)節(jié)發(fā)育預(yù)留了空間，同時(shí)也保證了患者術(shù)后關(guān)節(jié)的穩(wěn)定。術(shù)后隨訪，患者臨近關(guān)節(jié)活動度良好，患者身高均在正常身高范圍內(nèi)，且患肢未見明顯的縮短畸形，與傳統(tǒng)手術(shù)方式相比，降低了術(shù)后并發(fā)癥的發(fā)生。

3D打印假體與保留骨骺的保肢術(shù)相結(jié)合，為兒童骨肉瘤保肢治療提供了一種新的選擇。本組患者根據(jù)術(shù)前影像學(xué)資料，確定腫瘤邊界，利用 3D打印技術(shù)，預(yù)先設(shè)計(jì)好截骨導(dǎo)板及腫瘤假體，這樣可以更加準(zhǔn)確地進(jìn)行腫瘤邊界的切除，盡可能多地保留自身健康的骨組織進(jìn)行假體重建，在確保腫瘤完整切除基礎(chǔ)上，盡可能保留患者骨骺，降低患者術(shù)后短縮畸形的發(fā)生率。這一手術(shù)方案為青少年骨惡性腫瘤保肢、保骺治療提供了一個(gè)新思路。此外，利用 3D打印技術(shù)可將假體表面設(shè)計(jì)為多孔結(jié)構(gòu)，這一設(shè)計(jì)可以減輕假體重量，滿足骨組織長入的需要，提高成骨活性增加穩(wěn)定性，同時(shí)可以減少假體表面產(chǎn)生積液的可能性，降低術(shù)后感染發(fā)生率[7]。

就 3D打印內(nèi)植物而言，其臨床應(yīng)用仍有局限性。包括內(nèi)植物的高昂成本、設(shè)計(jì)和制造以滿足手術(shù)期限所需的籌備時(shí)間、術(shù)中缺乏靈活性，以及難以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確放置內(nèi)植物，最好從術(shù)前計(jì)劃、植入物的設(shè)計(jì)和制造、手術(shù)過程的實(shí)施和遠(yuǎn)期臨床結(jié)果四個(gè)方面來評估總手術(shù)效益[19]。在未來，為了使 3D打印內(nèi)植物更多的應(yīng)用到臨床治療，需解決的限制包括植入物的高成本、制造的提前期以及術(shù)中靈活性的缺乏。同時(shí)為了提高 3D打印技術(shù)在臨床的普及程度，應(yīng)該開發(fā)一個(gè)集成的一體式計(jì)算機(jī)平臺，以便在不同的護(hù)理提供者 (如放射科醫(yī)生、臨床醫(yī)生、工程師和植入物加工公司) 之間進(jìn)行輕松地規(guī)劃和無縫溝通[27]。

綜上所述，本組病例中長期隨訪結(jié)果證實(shí)，3D打印內(nèi)植物重建方法減少臨近關(guān)節(jié)的損害，維持正常的關(guān)節(jié)功能；早期避免骨骺損傷，預(yù)留關(guān)節(jié)發(fā)育的空間，降低患者術(shù)后短縮畸形的發(fā)生率；同時(shí)利于新生骨的長入，實(shí)現(xiàn)生物重建。與傳統(tǒng)手術(shù)方式相比，降低了術(shù)后并發(fā)癥的發(fā)生，也避免了沒有合適腫瘤假體的尷尬局面。但在內(nèi)植物設(shè)計(jì)及手術(shù)技術(shù)上仍有改進(jìn)之處，同時(shí)因本研究病例數(shù)量較少，隨訪時(shí)間短，可能會低估肢體縮短畸形等相關(guān)并發(fā)癥的發(fā)生率，仍需大樣本實(shí)驗(yàn)及長期隨訪進(jìn)一步證實(shí)。