計算機(jī)導(dǎo)航輔助下切除四肢干骺端惡性腫瘤保留自體關(guān)節(jié)的安全性及長期隨訪療效評估

陳國景 李明輝 王鳳偉 王臻 肖鑫 魯亞杰 羅卓荊 李靖

近年來，隨著臨床技術(shù)的進(jìn)步和多學(xué)科聯(lián)合診療的發(fā)展，四肢骨肉瘤的5年存活率已經(jīng)提高到60%～70%，保肢率達(dá)到90%以上[1-2]。隨著生存率的提高，如何提高患肢的長期使用及保留良好的肢體功能受到越來越多的醫(yī)生重視[3]。目前，四肢惡性骨腫瘤切除后的保肢方法主要有人工假體置換、瘤骨滅活回植及異體骨移植重建等，但假體的松動、移植骨不愈合及感染等并發(fā)癥是困擾臨床醫(yī)生的主要問題。

核磁共振、CT等影像學(xué)技術(shù)可以精確地確定腫瘤侵犯長骨干骺端的范圍，這使得外科醫(yī)生可以在術(shù)前精確定位腫瘤切緣，在保證充分的腫瘤外科邊界的前提下，可以將腫瘤未突破骺板或侵犯小部分骺板的肢體實(shí)施骺板下或骨骺內(nèi)切除，從而保留自體的關(guān)節(jié)面，使得患者的關(guān)節(jié)可以長期使用。但在切除的過程中，外科醫(yī)生面臨的最大挑戰(zhàn)是腫瘤邊界的立體定位，計算機(jī)術(shù)中輔助導(dǎo)航系統(tǒng)可以實(shí)時幫助醫(yī)生在術(shù)中做到精準(zhǔn)切除，確保腫瘤邊界安全[4-10]。

筆者隨訪了本科于2007年1月至2011年9月的10例在術(shù)中計算機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)輔助下精確切除腫瘤保留自體關(guān)節(jié)的患者，通過10年以上的長期隨訪評價這些患者的肢體功能及預(yù)后，從而評估術(shù)中計算機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)在四肢惡性腫瘤切除保肢中所體現(xiàn)的價值。

1 資料與方法

1.1 納入與排除標(biāo)準(zhǔn)

納入標(biāo)準(zhǔn)：①病理學(xué)診斷為骨肉瘤或尤文肉瘤者；②具備保肢手術(shù)條件，無手術(shù)禁忌證；③腫瘤鄰近干骺端骺板或僅侵犯一側(cè)部分骨骺者；④新輔助化療反應(yīng)良好者。

排除標(biāo)準(zhǔn)：①多發(fā)轉(zhuǎn)移病灶或不可切除腫瘤者；②心肺功能不全或合并其他系統(tǒng)重大疾病者；③腫瘤侵犯全部骨骺者；④新輔助化療期間腫瘤進(jìn)展者。

本研究共納入10例患者，男6例，女4例；年齡8～18歲，平均12.5歲；7例骨肉瘤，3例尤文肉瘤；所有患者Enneking分期均為ⅡB期；按腫瘤侵犯部位，脛骨近端5例，股骨遠(yuǎn)端3例，股骨近端1例，肱骨近端1例。術(shù)前均無肺部及其他臟器轉(zhuǎn)移病灶，所有患者均完成新輔助化療。本研究已經(jīng)通過空軍軍醫(yī)大學(xué)西京醫(yī)院倫理委員會批準(zhǔn)，患者均知情同意并簽署知情同意書。

1.2 手術(shù)方法

1.2.1 導(dǎo)航準(zhǔn)備

術(shù)前2 d，在局麻下于遠(yuǎn)離腫瘤的患肢骨的中段用魔鉆在骨皮質(zhì)打磨3～5個約3 mm的孔，用于術(shù)中計算機(jī)導(dǎo)航的注冊定位標(biāo)記點(diǎn)。此次術(shù)后患肢行CT和MRI檢查，CT要求行0.625 mm的薄層掃描，三維重建。將CT和MRI數(shù)據(jù)輸入導(dǎo)航系統(tǒng)（史賽克導(dǎo)航系統(tǒng)），然后在計算機(jī)內(nèi)將CT和MRI圖像進(jìn)行融合，如果CT/MRI融合圖像上的骨輪廓在1 mm誤差范圍內(nèi)匹配，則認(rèn)為融合圖像可用于導(dǎo)航，融合圖像的數(shù)據(jù)被傳輸至導(dǎo)航系統(tǒng)，用于制訂術(shù)前切除計劃。通過評估軸位、冠狀位和矢狀位MRI圖像，確定腫瘤的侵犯范圍，確定術(shù)中截骨的正確位置和方向。

1.2.2 導(dǎo)航輔助下腫瘤切除

手術(shù)開始，在適當(dāng)?shù)娘@露后，導(dǎo)航跟蹤器附在腫瘤所在的骨骼上。通過與前次局麻手術(shù)所制造的骨標(biāo)記點(diǎn)或5個固定的解剖定位點(diǎn)匹配，再在骨暴露表面上至少選擇50個點(diǎn)，對患者進(jìn)行圖像/患者配準(zhǔn)，以匹配術(shù)前CT圖像和患者術(shù)中真實(shí)解剖結(jié)構(gòu)之間的對應(yīng)點(diǎn)。通過將配準(zhǔn)探針置于骨表面并檢查特定的已知標(biāo)志點(diǎn)，評估實(shí)體解剖部位和虛擬圖像之間的實(shí)時匹配。導(dǎo)航探頭和安裝有導(dǎo)航跟蹤器的儀器根據(jù)系統(tǒng)進(jìn)行校準(zhǔn)。這樣就可以在導(dǎo)航顯示器體現(xiàn)出相對于患者解剖結(jié)構(gòu)的實(shí)時空間位置。使用導(dǎo)航探頭，在導(dǎo)航顯示器屏幕上顯示的虛擬CT/MRI圖像中顯示腫瘤范圍。確定清晰的腫瘤邊緣，并使用導(dǎo)航探頭標(biāo)記預(yù)定的截骨線。腫瘤通過導(dǎo)航預(yù)定的截骨線截骨，完成整塊切除。

1.2.3 腫瘤切除后重建

所有骨缺損均采用帶血管腓骨和大段同種異體骨復(fù)合移植進(jìn)行生物修復(fù)。對于3例保留部分關(guān)節(jié)的患者，修整同種異體骨關(guān)節(jié)移植物的形狀與腫瘤切除后骨缺損相匹配。帶蒂局部轉(zhuǎn)移腓骨瓣重建脛骨，游離帶血管蒂腓骨瓣修復(fù)股骨或肱骨。用螺釘固定殘余關(guān)節(jié)面和同種異體骨。所有病例均采用鎖定接骨板固定同種異體骨和宿主骨。精心修復(fù)關(guān)節(jié)周圍軟組織結(jié)構(gòu)。

1.3 術(shù)后處理和隨訪

術(shù)后對重建肢體進(jìn)行制動2個月。當(dāng)X線片顯示在宿主骨與移植骨接觸端有骨痂形成時，患者可以部分負(fù)重，根據(jù)影像學(xué)提示的骨愈合進(jìn)展，負(fù)重逐漸增加。直到X線片顯示同種異體骨與宿主骨完全愈合，患者可以完全負(fù)重，可從事日常運(yùn)動。術(shù)后10 d進(jìn)行骨掃描以評估腓骨移植物是否成活。術(shù)后1個月和3個月進(jìn)行隨訪，然后3年內(nèi)每3個月隨訪一次，3年后每半年隨訪一次。每次隨訪時進(jìn)行體格檢查、X線平片及胸部CT檢查，觀察有無腫瘤復(fù)發(fā)、轉(zhuǎn)移，是否感染，骨愈合情況，同種異體骨是否吸收等。隨訪時利用國際骨骼肌肉腫瘤保肢（musculoskeletal tumor society，MSTS）功能評分系統(tǒng)對肢體的功能狀態(tài)進(jìn)行評估[11]，包括疼痛、整體功能、情感上的接受程度、支持能力、行走、步態(tài)6個指標(biāo)，每個指標(biāo)0～5分，總分30分。

2 結(jié)果

2.1 導(dǎo)航匹配結(jié)果

術(shù)前虛擬CT/MRI融合圖像與術(shù)中患者的解剖結(jié)構(gòu)吻合良好，術(shù)中導(dǎo)航定位誤差平均為0.41 mm（范圍為0.32～0.61 mm）。8例保留整個關(guān)節(jié)軟骨（見圖1），2例保留部分脛骨平臺（見圖2、圖3）。切除標(biāo)本的范圍完全符合計劃。組織學(xué)檢查證實(shí)所有腫瘤標(biāo)本均獲得陰性切緣。截骨線與腫瘤邊緣之間的平均最近距離為9.9 mm（范圍為6～14 mm）。具體數(shù)據(jù)見表1。

表1 入組病例的臨床資料及手術(shù)信息

2.2 隨訪結(jié)果

所有患者術(shù)后10 d進(jìn)行的骨骼掃描顯示所有腓骨皮瓣均存活。腓骨愈合總是先發(fā)生，同種異體骨愈合較慢。所有病例均獲得骨愈合，平均隨訪140個月（22～177個月）。在該組病例中，無患者出現(xiàn)局部復(fù)發(fā)。2例患者發(fā)生肺轉(zhuǎn)移：其中1例患者發(fā)生孤立性肺轉(zhuǎn)移灶，接受了肺轉(zhuǎn)移灶切除術(shù)，隨訪137個月處于無瘤生存狀態(tài)；另1例患者發(fā)生多發(fā)性肺轉(zhuǎn)移，隨訪22個月死亡。其余患者在本研究結(jié)束時均處于無瘤生存狀態(tài)。直到本研究最后一次隨訪，所有患者M(jìn)STS評分為26～30分，平均27.8分。具體數(shù)據(jù)見表2。

表2 入組病例的隨訪結(jié)果

2.3 術(shù)后并發(fā)癥及處理

所有患者均出現(xiàn)不同程度的患肢短縮，平均短縮1.35 cm（范圍0.5～2.5 cm）。患肢短縮2.5 cm的患者出現(xiàn)輕度跛行。1例患者術(shù)后3年出現(xiàn)爪形趾，給予趾屈肌腱松解術(shù)后癥狀改善。1例術(shù)后2 d出現(xiàn)腓總神經(jīng)麻痹癥狀，3周后恢復(fù)癥狀。1例術(shù)后出現(xiàn)膝關(guān)節(jié)不穩(wěn)，需支具輔助行走，2年后隨著骨愈合及關(guān)節(jié)周圍軟組織粘連，通過功能鍛煉，患者膝關(guān)節(jié)不穩(wěn)逐漸改善，無需支具輔助即可正常行走。所有患者均未發(fā)生感染，腓骨瓣復(fù)合異體骨的內(nèi)固定均未發(fā)生斷裂。

典型病例1：患者，男，15歲，患左脛骨近端骨肉瘤（見圖1）。

圖1 A.導(dǎo)航系統(tǒng)內(nèi)MRI影像繪出腫瘤范圍（粉色虛線）、截骨長度（綠色虛線）、粉色十字實(shí)線交叉點(diǎn)定位為關(guān)節(jié)下截骨線；B.導(dǎo)航圖像和軀體進(jìn)行實(shí)時匹配，切口遠(yuǎn)端豎箭頭所指為固定的導(dǎo)航跟蹤器，橫向箭頭所指為導(dǎo)航探頭指在軀體骨骼實(shí)時部位反應(yīng)在導(dǎo)航圖像的解剖位置配準(zhǔn)；C.導(dǎo)航實(shí)時指導(dǎo)下整塊切除瘤段；D.隨訪137個月的術(shù)后X線片提示腓骨瓣復(fù)合異體骨重建與自體骨完全愈合為一體，自體膝關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)正常

典型病例2：患者，男，12歲，患右脛骨近端骨肉瘤（見圖2）。

圖2 A.MRI顯示脛骨近端外側(cè)腫瘤范圍，紅色箭頭顯示腫瘤區(qū)域，黃色箭頭顯示反應(yīng)區(qū)，黑色虛線的內(nèi)側(cè)區(qū)域?yàn)槲幢荒[瘤侵犯的內(nèi)側(cè)脛骨平臺及交叉韌帶的付麗點(diǎn)，導(dǎo)航下沿黑色虛線截骨，保留虛線內(nèi)側(cè)的結(jié)構(gòu)；B.切除標(biāo)本冠狀位剖面，紅色虛線區(qū)域?yàn)槟[瘤區(qū)，淺藍(lán)色虛線區(qū)域?yàn)榉磻?yīng)區(qū)，顯示手術(shù)截骨面在安全區(qū)域內(nèi)；C.術(shù)后隨訪136個月的X線片，顯示腓骨瓣復(fù)合異體骨重建與自體骨完全愈合為一體，自體膝關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)正常，箭頭所指為保留的自體脛骨內(nèi)側(cè)平臺

典型病例3：患者，女，15歲，患右脛骨近端骨肉瘤（見圖3）。

圖3 A.MRI顯示脛骨近端內(nèi)側(cè)腫瘤范圍，黑色虛線的外側(cè)區(qū)域?yàn)槲幢荒[瘤侵犯的外側(cè)脛骨平臺及交叉韌帶的付麗點(diǎn)，導(dǎo)航下沿黑色虛線截骨，保留虛線內(nèi)側(cè)的結(jié)構(gòu)；B.固定的導(dǎo)航跟蹤器與導(dǎo)航探頭指在軀體骨骼實(shí)時部位和導(dǎo)航圖像的解剖位置進(jìn)行配準(zhǔn)；C.導(dǎo)航下切除的瘤段標(biāo)本和保留的外側(cè)平臺結(jié)構(gòu)及交叉韌帶付麗結(jié)構(gòu)（白色箭頭所指）；D.術(shù)后隨訪155個月的X線片，顯示腓骨瓣復(fù)合異體骨重建與自體骨愈合為一體，自體膝關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)保留

3 討論

骨原發(fā)惡性腫瘤80%～90%發(fā)生在關(guān)節(jié)的干骺端，目前最常見的手術(shù)方式為腫瘤切除后行人工關(guān)節(jié)置換，但人工關(guān)節(jié)無法獲得持久性的功能[12]。從功能方面講，四肢關(guān)節(jié)旁骨惡性腫瘤患者保肢手術(shù)后的肢體功能取決于腫瘤切除后關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)的保留和骨缺損接近解剖的修復(fù)。對于化療療效好且關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)未完全被腫瘤侵犯的患者，保留自身關(guān)節(jié)意味著患者可以獲得持久性的關(guān)節(jié)功能。外科醫(yī)生面臨的挑戰(zhàn)是如何選擇合適的患者施行這種保留自身關(guān)節(jié)的手術(shù)，以及采取什么樣的措施來保證手術(shù)的質(zhì)量，使得患者既保留了自身關(guān)節(jié)，又能避免腫瘤局部復(fù)發(fā)[13-16]。

首先，患者長期存活是獲得持久性患肢功能的前提，故需選擇預(yù)估可能長期存活的患者，本研究入組的10例患者，均為術(shù)前新輔助化療療效滿意，經(jīng)過化療后腫瘤有縮小及邊界變清晰，且沒有遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移者。直至本研究最后一次隨訪，10例患者中僅1例發(fā)生肺轉(zhuǎn)移死亡，剩余9例均隨訪大于10年，處于無瘤存活狀態(tài)。

其次，腫瘤的安全邊界是所有腫瘤外科醫(yī)生關(guān)注的焦點(diǎn)，腫瘤局部復(fù)發(fā)是災(zāi)難性的，患者將不得不面臨截肢的局面，所以大多數(shù)外科醫(yī)生為了獲得可靠的外科邊界而選擇犧牲關(guān)節(jié)，因?yàn)槊銖?qiáng)保留關(guān)節(jié)可能會造成腫瘤切除的陽性邊界，并且骨缺損的重建技術(shù)難度高，未經(jīng)過培訓(xùn)的醫(yī)生難以完成此類手術(shù)。隨著計算機(jī)導(dǎo)航技術(shù)在臨床的應(yīng)用[17-18]，使得醫(yī)生在切除腫瘤過程中可以更精細(xì)化，此項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)被證明可以提高脊柱手術(shù)、創(chuàng)傷和關(guān)節(jié)置換的準(zhǔn)確性[19-22]，它涉及虛擬圖像的生成，允許外科醫(yī)生接收手術(shù)器械和引導(dǎo)裝置精確位置的實(shí)時視覺反饋。在精確的骨腫瘤切除和計劃性重建中，導(dǎo)航系統(tǒng)被引入術(shù)中指導(dǎo)，作為透視的替代方案，它可以給術(shù)者提供全方位立體視覺觀察，有效減少腫瘤局部復(fù)發(fā)，可使術(shù)者做到術(shù)中有效組織保留最大化，為腫瘤未完全侵犯骨骺的患者保留自身關(guān)節(jié)提供了保障[6,9]。

計算機(jī)導(dǎo)航需要提前輸入腫瘤的MRI和CT數(shù)據(jù)。MRI被認(rèn)為是準(zhǔn)確確定骨腫瘤骨髓范圍的最佳方法[23]，因此在理論上，它可以安全地作為術(shù)中導(dǎo)航指南，用于規(guī)劃保留關(guān)節(jié)的腫瘤切除范圍。然而，在骨腫瘤中很難獲得精確配準(zhǔn)所需的1 mm厚掃描的MRI數(shù)據(jù)集，并且在長時間掃描過程中可能會產(chǎn)生運(yùn)動偽影。因此，僅基于MRI數(shù)據(jù)導(dǎo)航在骨腫瘤手術(shù)中可能會存在誤差，而圖像融合技術(shù)已經(jīng)成功地解決了這個問題[24]。本研究所有患者CT檢查均為0.625 mm的掃描數(shù)據(jù)，利用CT和MRI圖像融合實(shí)時導(dǎo)航應(yīng)用于保留自身關(guān)節(jié)的腫瘤切除中。CT和MRI的融合產(chǎn)生混合圖像，結(jié)合兩種影像的關(guān)鍵特性，通過MRI確定腫瘤的范圍，同時MRI圖像與CT圖像更好地配準(zhǔn)提高了導(dǎo)航圖像的精確性。3D圖像的即時視覺反饋使外科醫(yī)生能夠獲得精確的方向感，尤其是與腫瘤的骨內(nèi)范圍相關(guān)的方向感，從而確保安全邊界與術(shù)前MRI計劃的一樣精確。

導(dǎo)航輔助骨腫瘤手術(shù)的準(zhǔn)確性取決于導(dǎo)航系統(tǒng)圖像對應(yīng)患者術(shù)區(qū)結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)確性和圖像融合的質(zhì)量。然而，軀體上的一個點(diǎn)與導(dǎo)航圖像上對應(yīng)點(diǎn)的精確匹配是困難的。圖像配準(zhǔn)和骨骼對應(yīng)點(diǎn)之間的不精確匹配導(dǎo)致了精度的誤差，這種誤差有兩種方法解決：一種是使用暫時植入的人工骨性標(biāo)記點(diǎn)，另一種是使用固定突出的骨性結(jié)構(gòu)解剖點(diǎn)[25]。本研究中，筆者術(shù)前先在腫瘤所在骨骼的正常區(qū)域行3到4個骨性標(biāo)記點(diǎn)（魔鉆打磨的孔），以供術(shù)中點(diǎn)對點(diǎn)配準(zhǔn)使用；此外，還使用顯著的解剖標(biāo)志和表面匹配點(diǎn)進(jìn)行配準(zhǔn)。因此，通過同時使用兩種配準(zhǔn)方法，可以最大限度地減少配準(zhǔn)錯誤，簡化配準(zhǔn)過程，而無需暴露過多骨性標(biāo)志物，也不會有腫瘤污染的風(fēng)險。實(shí)現(xiàn)了術(shù)區(qū)骨骼上的一個點(diǎn)與圖像上對應(yīng)點(diǎn)的精確匹配，并且在術(shù)中驗(yàn)證是準(zhǔn)確的，平均誤差為0.43 mm。本研究中的手術(shù)導(dǎo)航實(shí)現(xiàn)了按照術(shù)前MRI計劃的腫瘤精準(zhǔn)切除，產(chǎn)生最小6 mm的清晰邊緣，且標(biāo)本經(jīng)組織病理學(xué)證實(shí)均獲得陰性邊界。

這種經(jīng)術(shù)中導(dǎo)航輔助切除腫瘤，使得自體有效組織保留最大化，保留的自體關(guān)節(jié)能否獲得持久的功能，需要長時間的隨訪評估。本研究入組的所有病例除1例死于肺轉(zhuǎn)移外，其余病例隨訪均大于10年，平均隨訪140個月，且都處于無瘤生存狀態(tài)。最重要的是所有病例均沒有局部腫瘤復(fù)發(fā)，MSTS評分平均為27.8分，說明入組患者經(jīng)過本研究的手術(shù)方式可以獲得持久的關(guān)節(jié)功能。

綜上所述，計算機(jī)導(dǎo)航輔助下精確切除腫瘤、生物重建保留自體關(guān)節(jié)長期隨訪顯示臨床療效滿意。分析原因主要包括：①選擇了化療療效好的患者，預(yù)估患者可以長期存活；②導(dǎo)航下最大程度地保留了自體關(guān)節(jié)組織，是保證良好關(guān)節(jié)功能的前提；③腓骨瓣復(fù)合異體骨的生物重建是修復(fù)骨缺損成功的關(guān)鍵因素，它可有效避免骨不愈合、內(nèi)固定斷裂等并發(fā)癥。本研究的不足之處是病例數(shù)較少，需要積累更多的病例評估來促進(jìn)此項(xiàng)臨床技術(shù)開展。