3D打印假体在儿童骨肉瘤保骺保肢术中的应用

康建平， 肖砚斌， 董苏伟， 李文忠， 张漾杰， 李彩蓉

3D打印技术又称增材制造(additive manufacturing，AM)，是一种以数字模型文件为基础，将粉末状塑料或金属等可黏合材料，通过逐层打印方式来构造物体的技术，无需传统加工机床和模具[1]。随着3D打印技术快速兴起与成熟，3D打印技术迅速应用到医疗领域，尤其是在骨科，应用前景广阔。目前3D打印技术在骨科应用主要是以下几种：①实物模型制作; ②骨科手术辅助材料打印;③骨科内置物材料打印[2]。为了将 3D 技术与临床骨肿瘤保肢治疗更进一步结合，云南省肿瘤医院2017年8月对1例骨肉瘤患儿行保留骨骺3D打印假体置换术并获成功，现将结果报道如下。

1 临床资料

患儿，女，11岁，因右大腿下段疼痛伴肿胀3个月入院。入院体检：右大腿下段可触及直径3 cm肿物，界不清，质硬，固定，压痛，皮温正常。右侧髌上周径37.5 cm，左侧髌上周径33.6 cm，右膝关节活动正常，右足背动脉搏动正常，心肺腹(-)。入院后行影像学检查，X线片示：右股骨干下段骨质密度减低，内侧缘骨皮质不连续，局部突出伴骨膜反应。CT增强片及MRI片示：右股骨下段溶骨性破坏，右侧皮质破坏明显，局部形成软组织肿块，增强后肿块不均匀强化，肿块突破骨皮质，累及软组织(图1)。诊断为右股骨下段骨肉瘤？入院后在全麻下行右股骨下段病灶开放取材活检术，术后病检诊断骨肉瘤，临床分期G2T2M0。予以新辅助化疗4个周期，期间予充分水化碱化、保肝护胃护肾、抑制消化道反应、营养神经和心肌等对症支持治疗，影像学复查(图2)，见肿瘤钙化明显，软组织肿块缩小，具有保肢条件。

图1 患儿入院后影像学检查图片1A：右股骨X线正侧位片，右股骨干下段骨质密度减低，内侧缘骨皮质不连续，局部突出伴骨膜反应；1B：右股骨CT增强轴位片，右股骨下段溶骨性破坏，右侧皮质破坏明显，局部形成软组织肿块，局部皮质不连续，增强后肿块不均匀强化；1C：右股骨MRI增强冠状位片，肿瘤突破骨皮质，累及软组织

图2 新辅助化疗4个周期后影像学检查2A：右股骨X线正侧位片，肿瘤周围硬化带形成；2B：矢状位CT片，肿瘤周围骨质形成骨包壳；2C：右股骨MRI增强冠状位片，肿瘤周围水肿范围缩小，边缘较前清晰

2 手术方法及术后

术前根据患儿患肢CT数据，在计算机辅助设计(CAD)下模拟出与患儿等比例大小股骨模型，利用3D打印技术制作出精确截骨导板。假体设计方案：①一侧钢板与股骨远端假体做成一体；②为了保证假体与患儿股骨匹配同时兼顾手术安装，将外侧钢板做成分体结构，用锁紧钉与股骨远端假体连接；③采用不同长度松质骨钉与保留段股骨髁固定；④与股骨髁接触面采用骨小梁多孔结构生物稳定。依上打印出与患儿患肢高度匹配假体(图3)。术中患儿取仰卧位，患肢以海绵垫垫高30°。常规消毒铺巾，取右大腿中下段前内侧长45.0 cm纵行手术切口，过膝关节后屈向胫骨结节附近，将原取材部位皮肤瘢痕及皮下组织一并切除。高频电刀切开皮肤及皮下组织，沿股直肌和股内侧肌间隙锐性分离，直至股骨。见肿瘤位于股骨下段，向内侧突出骨皮质，6.0 cm×6.0 cm×6.0 cm大小，质韧、固定。沿骨膜外细致游离病灶，以C臂透视再次定位病灶。置入股骨骨骺上截骨模具，在股骨下端关节上4 cm处截断股骨，留取股骨残端骨髓组织送病检，在距股骨下端关节面18 cm处截断股骨干，将瘤段细致分离，术中保护腘动静脉，将瘤段切除，从瘤段截取3 cm骨段，行煮沸灭活20 min，修整灭活骨段，将灭活骨段和半膝关节假体模具置入，大小合适，随后以碘伏盐水反复冲洗创腔，股骨髓腔内置入骨水泥，置入3D打印右股骨半膝关节假体(图4)。假体下方以螺钉将股骨干骺端固定在假体上，彻底止血后，以碘伏盐水反复冲洗创面，留置负压引流管一根，以可吸收线逐层缝合术区，标本送检。术中出血约300 ml，术后予以抗感染、活血化瘀及对症支持等治疗。患儿完全按照术前计划完整切除并成功完成保留骨骺的3D打印假体置换。手术后1周X线影像(图5)可见残端骨组织与假体匹配完好，未见假体松动及骨溶解；术后3周双下肢外观见图6，行国际保肢学会(ISLOS)标准功能评分为21分。现在4～6个周期化疗中。

图3 3D打印假体3A：与患儿等比例大小股骨模型；3B：截骨导板；3C：外侧钢板做成分体结构，用锁紧钉与股骨远端假体连接； 3D：骨小梁的多孔结构

图4 3D打印右股骨半膝关节假体置入图

图5 手术后1周X线正侧位片

图6 术后3周双下肢外观6A：卧位；6B：直立位

3 讨论

骨肉瘤(osteosarcoma)是一种起源于间叶组织恶性肿瘤，占原发恶性骨肿瘤20%，是青少年常见原发恶性骨肿瘤，70%～80%患者发病年龄在10～25岁，年发病率约1～3/100万人[3]。在20世纪70年代化疗出现之前，肢体骨肉瘤治疗以截肢为主，患者不但承受肢体残缺和巨大心理创伤，80%患者仍不可避免地死于肺转移[4-8]。当新辅助化疗出现后，术前化疗→手术→术后化疗这一模式使骨肉瘤5年生存率明显提高。有报道由不到20%升高到50%～60%，且超过90%的肢体骨肉瘤患者可行保肢治疗[9]。本例患儿经新辅助化疗后评估化疗反应佳，具有保肢条件，患儿年龄较小，考虑到日后患肢生长发育等问题，如何选择合适术式以最大程度上减轻患儿日后患肢短缩畸形、采用何种假体进行置换成为我们思考的问题。我们根据患儿术前CT数据，采用3D打印技术，打印出与患儿患肢完全匹配的个性化半膝关节假体，利用术前精确设计3D打印截骨导板，于患儿患肢骨骺上端截骨，最大程度上保留了骨骺端，最大程度减轻患儿日后肢体短缩畸形。同时，个性化3D打印假体不仅能达到简单形态、尺寸适配，还能做到力学适配、生物适配。而只有进一步考虑植入体与宿主组织相互生物力学与力生物学适配，才能达到真正的生理适配[10-15]。该3D打印假体表面设计有“超多孔界面”结构，它类似天然骨组织内部三位孔隙结构，有利于细胞长入。该结构在促进骨小梁长入、增强假体稳定性方面有积极作用[16-18]。此外，3D打印假体制作时间较其他类型假体耗时短，缩短了患者等待时间，而假体与患肢高度匹配，因此手术操作过程相对简单，手术时间也相对缩短[19]。

综上所述，3D打印技术在骨肿瘤保肢治疗中有着广阔前景，但由于本例为云南省首例3D打印假体置换治疗股骨下端骨肉瘤，远期效果有待进一步观察。

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