四肢骨肉瘤保肢术后假体断裂个性化翻修 10例报告

赵志强 金青林 莫啸林 王永谦 谢显彪 邹昌业 尹军强 黄纲 沈靖南

骨肉瘤是目前儿童与青少年最常见的原发性恶性骨肿瘤之一，其发病率在青少年时期达到一个高峰[1]。骨肉瘤好发于四肢长骨的干骺端，其中股骨40%，胫骨 20%，肱骨 10%，发生率排前三的部位分别是股骨远端、胫骨近端及肱骨近端，而中轴骨的发生率不足 10%[2-5]。据统计，在中国人群中，发生于股骨与胫骨的骨肉瘤占所有恶性骨肿瘤的62%[6]。随着新辅助化疗的出现，结合保肢手术及术后辅助化疗，四肢无肺转移骨肉瘤患者的 5年生存率可达 70%[7]。

作为四肢骨肉瘤治疗的核心，随着保肢手术的开展及成熟，肿瘤型假体置换成为保肢手术最主要的方法之一，其术后恢复快，外观较为良好，受到众多医生患者的肯定[8-10]。据报道，在四肢骨肉瘤患者中，超过 90% 的患者选择保肢手术，且保肢手术患者的 5年生存率与 MSTS 评分均显著高于行截肢手术的患者[11-12]。然而，肿瘤型膝关节假体置换术后假体相关并发症的发生率也不容乐观，约 25% 保肢手术患者经历假体相关并发症。自初次肿瘤型膝关节假体置换术，术后3年假体存留率为 88.24%，术后5年存留率为 74.87%[13]。

假体相关并发症主要包括假体周围骨折、假体松动、假体断裂、假体周围感染等，其中发生率最高的并发症为假体无菌性松动，发生率 2%～17%。假体断裂的发生率为 2.2%～5.8%[13]。虽然假体断裂的发生率在整个假体相关并发症中的比例略低于无菌性假体松动，但其对患者及家属来说是灾难性的结局，因为假体断裂严重影响患者的下肢稳定性及功能，显著降低患者的生存质量。

如今，假体大翻修即更换所有固定于骨上的假体是治疗假体断裂的主要手术方式。然而，膝关节大翻修手术效果比初次全膝关节置换术要差，常合并较多并发症，增加医疗成本[14]。随着 CAD 技术和 3D 打印技术的发展，临床上逐渐开始采用个性化定制膝关节假体。即根据患者膝关节周围骨量实现个性化定制，从而解决肢体功能重建中不等长以及大段骨缺损等问题[15]。而且在翻修过程中，未松动的髓腔内假体柄取出困难，尤其对于假体柄断裂患者，往往需要辅助的骨窗清理骨水泥，取出断裂的假体柄[16-18]。近期，本中心采用个性化翻修手术治疗 10例，现报告如下。

资料与方法

一、基本资料

本研究 10例为我院收治的连续病例。其中男5例，女5例；年龄为 17～56岁，平均 30.4岁；原发病灶位于股骨远端者 7例，胫骨近端者 3例。其中4例假体断裂部位位于股骨端假体柄下段，1例位于股骨端假体柄中段，1例位于股骨端假体柄上段，2例位于胫骨端假体上段，1例位于股骨端假体柄 - 基底部交界处，1例位于股骨端假体外侧踝面。翻修手术方式包括更换假体、更换长柄假体、更换弯柄假体、加用钢丝张力带、加用钢板螺钉与异体骨移植及定制套笼式假体等。本组 10例在治疗前、治疗后随访、翻修术前、翻修术后皆有进行详细的影像学诊断 ( 表1 )。

表1 本组 10例骨肉瘤患者的基本资料Tab.1 Baseline data of 10 patients

二、手术方法

按原手术切口取膝关节前内侧手术入路，显露假体，用大量生理盐水和安多福溶液冲洗假体周围后，将人工膝关节脱位，用超声骨水泥刀和或小软凿插入髓腔击碎骨水泥，反复敲击打拔后取出髓腔内断裂的假体，取尽髓腔内残留骨水泥。透视或内镜辅助以确认骨水泥已取净后，反复冲洗创面及髓腔。骨髓腔内重新灌注含抗生素的骨水泥，取定制型人工膝关节假体柄插入处理后髓腔内，旋紧假体周围的固定螺钉或钢丝捆绑，确保假体固定牢靠。复位膝关节，假体稳定性良好，双下肢长度与翻修前基本一致。

例2、4、6 根据股骨缺损的情况及定制的人工关节裁截好异体骨块，与定制假体组合成复合假体置入股骨髓腔，后予钢丝张力带进一步加强固定，例9 假体柄无松动，取出困难，将定制套笼式假体插入断端，并于外侧应用钢板螺钉进一步加强固定。例10 将假体更换后将 3D 打印环置入至假体柄基底部与股骨间，以促进骨长入及愈合。例2、例4、例7、例10，4例假体柄股骨端断裂部分与股骨髓腔结合紧密，沿髓腔凿骨水泥，反复敲打仍难以取出。遂于股骨近端开窗，显露假体髓内柄近端，使用超声骨水泥刀由股骨近端向远端清除髓腔内的骨水泥，使用扩髓针于假体柄尖端由近端向远端反复敲打，顺利将假体柄打出髓腔。例6 仍不能打出，遂再于残留股骨中段开窗，并扩大近端股骨窗，使用骨水泥刀清除髓腔内的骨水泥，反复敲打，成功取出髓腔内断裂的假体柄。

结 果

本组10例均顺利完成翻修手术，切口均一期愈合，无血管神经损伤、切口裂开和延迟愈合、感染等手术相关并发症发生。末次随访时间为 2020年11月20日，平均随访 ( 26.23±21.03 )个月，随访期间内未发生再次断裂，假体周围骨折等假体并发症。翻修后双下肢等长，下肢功能恢复良好。翻修术后MSTS 评分为 ( 23.3±1.3 ) 分。本组10例中，例2与例8为较为典型的假体柄中下段断裂患者，对于该种发生率较高的股骨柄断裂，个性化的假体翻修手术效果良好，疗效确切。

本组中，例7与例10，翻修术中应用超声骨刀取出骨水泥，手术时间各为 6 h、3.5 h，较应用传统骨水泥凿清除骨水泥手术时间明显缩短。2例采用内镜辅助下探查髓腔内骨水泥残留情况，相较于 X 线影像，能更准确定位髓腔内骨水泥位置，以及能更彻底清除髓腔内残留骨水泥。

典型病例

例2，男，22岁，因“左大腿疼痛 3月余”入院，术前 X 线片显示假体股骨柄中段断裂，内侧骨块开裂，予行个性化假体翻修手术。手术中关键的步骤为采用股骨开窗与骨水泥刀将髓内假体股骨柄敲出，更换与其髓腔更适配的长柄定制假体，并用钢丝捆扎使骨折片及开窗的骨片复位固定。术后X线片见假体位置良好，钢丝捆扎固定可靠 ( 图1 )。术后8周起行部分负重康复治疗，目前患者下肢功能恢复良好，MSTS 评分为 24 分 ( 表2 )。

表2 本组 10例骨肉瘤患者随访结果Tab.2 Follow-up data of 10 patients

图1 例2，男，22岁，左膝关节肿瘤型假体断裂翻修 a、b：翻修前 X 线片，股骨假体柄中段断裂；c、d：翻修术后X 线片，假体位置良好，钢丝固定牢固可靠Fig.1 Male, 22 years old. Revision of tumor endoprosthesis fracture of the left knee a - b: X-ray imaging before revision showed fracture of the middle part of the stem; c - d: X-ray imaging after revision showed the position of the prosthesis was good and the steel wire was fixed firmly

例4，男，21岁，因“站立不稳 2月余”入院，术前 X 线片显示假体柄尖端锁定螺钉断裂，假体柄穿破骨质，予行个性化假体翻修手术。手术中关键步骤为更换成弯柄股骨近端假体，将其插入股骨颈内髓腔，取大段异体骨劈开后植在假体柄与残留骨质周围并用钢丝捆扎固定。术后X 线片见假体位置良好，异体骨固定可靠 ( 图2 )。术后8周起行部分负重康复治疗，目前患者下肢功能恢复良好，MSTS 评分为 24 分 ( 表2 )。

例6，女，25岁，因“外伤后左大腿疼痛伴功能障碍 1月余”入院，术前 X 线片显示假体柄下段断裂，假体柄松动，予行个性化假体翻修手术。手术中关键的步骤为采用股骨近端开窗与骨水泥刀将髓内假体股骨柄敲出，更换与其髓腔更适配的长柄定制假体，于假体周围股骨缺损处利用大段异体骨覆盖并用单皮质钉及钢丝捆扎固定。术后X 线片见假体位置良好，钢丝捆扎及螺钉固定可靠 ( 图3 )。术后7周起行部分负重康复治疗，目前患者下肢功能恢复良好，MSTS 评分为 24 分 ( 表2 )。

图2 例4，男，21岁，右膝关节肿瘤假体翻修术 a、b：翻修前 X 线片，假体柄尖端螺钉断裂，假体柄穿破骨质；c、d：翻修术后X 线片见假体位置良好，钢丝固定牢固Fig.2 Male, 21 years old. Revision of tumor endoprosthesis fracture of the right knee a - b: X-ray imaging before revision showed the screw at the top of the stem was broken, and the stem penetrated the bone; c - d: X-ray imaging after revision showed the position of the prosthesis was good and the steel wire was firmly fixed

图3 例6，女，25岁，左膝关节肿瘤假体断裂翻修 a、b：翻修前 X 线片，假体柄下段断裂，假体柄松动；c、d：翻修术后X 线片见假体位置良好Fig.3 Female, 25 years old. Revision of tumor endoprosthesis fracture of the left knee a - b: X-ray imaging before revision showed the lower part of the stem was broken with loosening; c - d: X-ray imaging after revision showed the position of the prosthesis was good

例8，男，56岁，因“摔伤后大腿下段疼痛并畸形 14年，加重 1月余”入院，术前 X 线片显示假体股骨柄远段断裂，膝关节后方有巨大肿物，我院为该患者实施个性化假体翻修手术并切除膝关节后肿物 ( 病理为骨化性肌炎 )。术中，取出假体柄后换用适配患者髓腔的定制长柄假体，并置入定制 3D 打印环，取自体骨植于 3D 打印垫片与股骨端接触处。术后X 线片见假体位置良好，患者双下肢基本等长( 图4 )。术后6周开始部分负重康复治疗，下肢功能恢复良好，MSTS 评分为 23 分 ( 表2 )。

例9，男，26岁，因“右胫骨骨肉瘤术后9年，扭伤致右小腿肿痛 1月”入院。术前 X 线片显示胫骨假体基底部断裂成角，胫骨近端骨质吸收及破坏，但髓腔内假体柄未见松动迹象。术中清除假体周围黑色金属颗粒及瘢痕组织后，胫骨髓腔内假体柄取出困难。术前设计外侧可固定钢板螺钉的套笼式胫骨近端假体，将胫骨近端套入假体柄骨外节段内并外侧钢板单皮质固定。术后4个月可见膝关节假体在位，无明显移位、断裂，假体周围骨质未见吸收 ( 图5 )，之后4周开始部分负重康复训练，直至功能恢复到可，MSTS 评分为 23 分 ( 表2 )。

图4 例8，男，56岁，右膝关节肿瘤假体翻修术 a：翻修前 X 线片见假体股骨柄下段断裂以及后方巨大肿物 ( 骨化性肌炎 )；b、c：翻修后X 线片见假体位置良好，双下肢基本等长Fig.4 Male, 56 years old. Revision of tumor endoprosthesis fracture of the right knee a: X-ray imaging before revision showed the lower segment of the femoral stem was broken and the posterior huge mass ( myositis ossificans ); b - c: X-ray imaging after revision showed the position of the prosthesis was good and the lower limbs were basically equal in length

图5 例9，男，26岁，右膝关节肿瘤假体翻修术 a：翻修前 X 线片见胫骨假体基底部断裂成角以及假体柄基底部周围骨质吸收；b：术中见胫骨假体基底部断裂；c：术中更换个性化定制套笼式胫骨端假体并于外侧行钢板螺钉内固定加固；d：翻修后X 线片见假体位置良好Fig.5 Male, 26 years old. Revision of tumor endoprosthesis fracture of the right knee a: X-ray imaging before revision showed the fracture of tibial prosthesis was angled and the bone was absorbed around the base of the stem; b: The base of the tibial prosthesis was broken; c: The personalized cage type prosthesis was replaced and internal fixation was performed with lateral plate; d: X-ray imaging after revision showed the prosthesis was in a good position

例10，女，23岁，因“左股骨骨肉瘤术后3年，左大腿疼痛 1年余”入院。术前 X 线片显示假体股骨柄远端断裂，断端周围骨质缺损，近端假体柄松动，骨质少量吸收。术中利用超声骨水泥刀将断裂假体柄及周围骨水泥取出。利用超声骨水泥刀及刮匙清理髓腔内骨水泥，内镜系统辅助探查髓腔内骨水泥残留情况，反复清洗后更换组配式假体，并于假体柄套入 3D 打印垫片。术后X 线片见假体位置良好 ( 图6 )，术后6周起行部分负重康复治疗，下肢功能尚未恢复完全，无明显疼痛等不适，MSTS 评分为20 分 ( 表2 )。

讨 论

假体断裂为保肢术后严重的假体相关并发症，有研究报道假体断裂的发生率为 2.2%～5.8%[19]。根据 Henderson 等[20]的研究，在膝关节假体置换术后的并发症中，感染占 34.1%，软组织损伤占 12.0%，无菌性松动占 19.1%，假体断裂的占比与发生率分别为 17.4% 与 4.3%；在 Zhang 等[21]的研究中，假体断裂在假体相关并发症中的占比为 9.5%，发生率为 1.9%；根据覃澍与董扬[13]的研究，假体断裂在膝关节假体置换术后假体相关并发症中占 8.5%，发生率为 2.14%；笔者的先前研究统计，本中心收入并进行保肢手术的骨肉瘤患者中，假体断裂在术后并发症中的占比为 11.9%，发生率为 4.2%，与其它中心的假体断裂比例和发生率处于同一水平，提示本组病例使用的假体质量与其它中心使用的假体质量相差无几[22]。

一、假体断裂的主要原因

1. 假体疲劳：疲劳破坏则是由应力较高的局部开始，形成损伤并逐渐累积，最终导致破坏发生。疲劳破坏是在足够多次的扰动载荷作用下形成裂纹或完全断裂[8]，本组例1、例2、例4、例5、例7 假体生存时间长，断裂前未受明显外伤，属于假体疲劳导致的假体断裂。

图6 例10，女，23岁，左膝关节肿瘤假体翻修术 a：翻修前 X 线片见股骨假体柄下段周围骨质吸收并假体断裂；b：术中见股骨假体柄下段部断裂；c：术中更换新股骨端假体并于假体与股骨连接处置入 3D 打印环以促进骨长入；d：翻修后X 线片Fig.6 Female, 23 years old. Revision of tumor endoprosthesis fracture of the left knee a: X-ray imaging before revision showed that the bone around the base of the stem was absorbed with a broken stem; b: The fracture of the lower part of the stem during the operation; c: The new endoprosthesis was replaced during the operation and the 3D-printing ring was placed into the connection between the prosthesis and the femur to promote bone growth; d: X-ray after revision

2. 应力不均或应力遮挡：根据王冀川等的研究，假体体柄交接部、旋转铰链轴、股骨假体柄周围是常见的断裂发生部位[14]，也是常见应力较为集中的部位[23-28]。在王冀川等[15]的研究中，7例假体断裂患者中5例为假体体柄交接处断裂，2例为旋转铰链轴断裂；李栋等[29]的研究中，4例假体断裂患者中3例发生假体柄断裂；本组 10例中，6例发生假体柄断裂。可以看出假体体柄交接处、旋转铰链轴与假体柄确实为断裂发生的主要部位，而在不同研究中断裂主要发生部位的不同，可能与假体类型的不同导致应力集中部位的不同有关。外伤和不恰当的使用假体可导致旋转铰链组件的聚乙烯衬垫额外磨损，继而导致应力的不均匀分布及旋转组件的损伤，反之又进一步加重对聚乙烯衬垫的破坏，最终导致假体断裂。在本研究中，例3、例6、例8、例9 在假体断裂前曾受跌倒、扭伤、外伤，属于外伤所致应力的不均并最终导致假体断裂。

3. 假体柄直径：有研究提示假体柄直径 ＜13 mm 是假体柄折断的高危因素[30-31]。本研究中儿童股骨髓腔较成人细，假体柄直径受限，大多数患儿肿瘤型假体柄直径均 ＜ 13 mm[13]。还有研究报道，假体柄直径越大，抗应力能力随之加强，截面直径的微小增加即可显著增加其抗弯强度[32]。

4. 手术放置失误：在手术中安放的角度不当，股骨柄末端缺乏中置器[33-35]，骨水泥的放置不合理等都会造成假体应力的改变，随着活动量的增加，当应力突然改变或超过金属的耐受力时，即发生金属柄的断裂。

5. 手术软组织重建困难及缺少骨支撑：由于恶性肿瘤局部破坏广泛，瘤段切除造成骨缺损较大，与宿主骨固定的髓腔柄短以及缺少重要肌肉的附着点。目前所用假体多为加长型人工关节，杠杆力量大同时缺乏周围软组织固定，易发生假体松动和关节功能受限。传统非肿瘤型假体全膝关节置换术( TKA ) 对软组织的损伤较小，其假体相关并发症的发生率为 17%[36]，而膝关节骨肉瘤保肢手术对软组织的损害较大，其假体相关并发症的发生率为27.4%～44.2%，显著高于传统非肿瘤型假体 TKA 术后的假体相关并发症发生率[20]。

6. 假体材料：人工假体在人体运动时，除了环境介质的作用，同时还有应力的作用，即使高强、耐腐蚀的钛合金，也有可能因应力作用及断裂，所以假体材料的选择还应该考虑在人体体内条件下应力腐蚀、疲劳和腐蚀疲劳问题。另外一个原因则是钛合金中各种元素比例的不合格，使合金的脆性增加等，都可以缩短假体的寿命[14]。钛合金假体的弹性模量也非常重要，有研究指出，使用接近于人类骨骼弹性模量 ( 10～40 Gpa ) 的钛合金植入物可以显著提高假体生存率，提高植入物的稳定性[37]。因此，理想的肿瘤型膝关节假体，既要有强度抗折断，又要有一定弹性以更好地与正常骨相结合[14,38]。

二、个性化设计的原则

取原手术切口并作适当延长，先取出股骨端假体柄，彻底刮除和清除假体周围的反应组织，仔细对假体周围的软组织进行松解至正常的软组织，分别安装全新的股骨假体和胫骨假体。笔者借鉴参考了主流的膝关节肿瘤型假体断裂的翻修手术方法，同时根据每位患者的具体情况进行个性化的手术方案设计，以改善每位患者的治疗效果。这些个性化设计包括：( 1 ) 更换长柄；( 2 ) 调整假体柄弧度；(3) 加用钢丝张力带；( 4 ) 加用大块异体骨；( 5 ) 加用钢板螺钉固定；( 6 ) 加入 3D 打印界面；( 7 ) 套笼式假体等。

三、选择个体化治疗方式的原则

( 1 ) 发生骨折或假体与骨质间有较大缺损的，宜使用异体骨进行修补，异体骨可建立良好的软组织及肌腱附着，从而改善关节稳定性、增加骨量，从而减少假体断裂的发生。加用钢丝张力带固定异体骨与碎骨，加强骨长入，帮助骨折愈合；( 2 ) 于外伤、坠落等外力因素导致的断裂，若患者骨骼情况良好，可仅更换相同假体；(3) 假体柄牢固，充分利用骨水泥刀，设计多种刀头适应有限空间 ( 髓腔 ) 内的操作，使用骨开窗及骨水泥刀后仍难以取出的，可使用套笼式假体。

骨肿瘤患者行保肢手术后，骨水泥常处于髓腔内较深的部位，使用传统方法进行骨水泥取出不仅效率低下，甚至容易损伤正常的骨皮质。如何在翻修断裂的膝关节假体时更高效安全地清除骨水泥是该手术值得思考改进的主要方向之一。如今，在膝关节肿瘤型假体翻修手术中可使用超声骨水泥刀并在内镜辅助下进行骨水泥的敲除取出，与传统的骨水泥清除方法相比，使用超声骨水泥刀与内镜可以准确定位骨水泥的位置，减少正常骨量的丢失，而且操作快捷，可以显著节约手术时间。3D 打印技术也在骨肿瘤外科手术中应用的越来越广泛[39]，在翻修手术时可在假体柄与骨皮质间加用定制 3D 打印环以促进骨愈合，且有望降低翻修术后假体松动，骨质吸收等并发症[40-42]。

根据笔者先前的研究，患者在膝关节肿瘤型假体翻修术后1年的 MSTS 评分为 ( 23.43±2.56 ) 分[43]；李远等[44]报告 3例儿童膝关节骨肿瘤假体翻修术后的 MSTS 评分分别为 24、24、20 分。本组 10例翻修术后的 MSTS 评分为 ( 23.3±1.3 ) 分，与其它中心的翻修术的疗效相当。

综上所述，针对每位假体断裂患者原进行不同方案的个性化翻修手术，效果良好，患者下肢功能恢复满意。本研究的不足是样本量有限。因此，治疗方案的疗效、并发症和注意事项等均有待长时间随访明确。