3D打印技术辅助下定制型假体修复重建股骨远端骨缺损*

黄余森 莫勇新 刘 斌 袁振超 谭家昌

(广西医科大学附属肿瘤医院骨软组织外科,南宁 530021)

股骨远端是原发性恶性骨肿瘤最常见的发病部位[1]。为确保手术能切除至安全的外科边界,股骨远端肿瘤切除经常需延伸至远端髁。由于切除后股骨残端较短,以往常采用铰链式关节置换,但传统假体术后远期膝关节功能欠佳且无菌性松动发生率高[2]。近年来,研究[3, 4]显示保留股骨髁的假体重建技术可以有效改善术后肢体功能。2019年6月～2021年9月我们采用3D打印技术辅助下保留股骨髁的定制型假体重建股骨远端恶性肿瘤切除后骨缺损,现报道如下。

1 临床资料与方法

1.1 一般资料

本组12例,男7例,女5例。年龄11～32岁,平均18.5岁,左侧5例,右侧7例。8例以股骨远端疼痛就诊,疼痛时间2～6个月;4例以股骨远端局部肿胀伴疼痛就诊,肿胀伴疼痛时间1～3个月。12例术前均行穿刺活检或切开活检,病理诊断为骨肉瘤6例,尤文肉瘤4例,软骨肉瘤1例,血管肉瘤1例。1例骨肉瘤、1例软骨肉瘤为Enneking ⅡA期,其余患 者均为Enneking ⅡB期。10例骨肉瘤、尤文肉瘤患者术前均按标准方案进行新辅助化疗。术前均行血管彩超了解有无血栓或者瘤栓,根据局部X线(图1A)、CT、MRI(图1B)检查确定髓腔内累及范围及骨外软组织包块范围。全身CT、骨ECT检查均未见远处转移病灶。

图1 女,17岁,左股骨远端骨肉瘤,行左股骨远端瘤段切除后使用保留股骨髁的定制型假体重建骨缺损 A.术前X线示左股骨远端骨质缺损;B.术前MRI示左侧股骨远段内侧皮质旁不规则骨质破坏伴周围软组织肿胀;C.术前规划设计截骨位置及范围,尽可能保留股骨远端髁;D.充分显露肿瘤后,术中使用3D打印截骨导板确保精确截骨;E.术中安装假体后效果;F.假体远端使用钢板螺钉辅助固定;G.术后1年4个月X线示左侧股骨人工假体在位,股骨近端与假体连接处有少量骨痂形成;H.术后1年4个月患侧膝关节功能良好

病例选择标准:①肿瘤切除后股骨远端至少保留有2 cm骨残端;②高级别恶性肿瘤在新辅助化疗期间临床或MRI上均无肿瘤进展的证据;③保留股骨髁的定制型假体重建手术。排除标准:①主要神经、血管受侵犯;②局部或全身存在感染病灶,假体感染风险高;③全身状况差,难以耐受手术。

1.2 方法

全身麻醉,仰卧位。常规消毒、铺巾。根据术前活检位置选择切口,依次切开皮肤、皮下、筋膜及深层肌肉,按无瘤原则在肿瘤外将肿瘤周围软组织与正常组织完全分离,术中仔细探查分离保护神经束及血管。根据术前CT、MRI异常信号范围确定安全的切除边界及切除范围(截骨端距肿瘤边缘至少3～5 cm或截到骨骺,图1C),安装术前定制的3D打印截骨导板(北京力达康公司,聚十二内酰胺材质,批文号:京械注准20232040319)于股骨髁上(图1D),用摆锯或超声骨刀进行截骨。根据术前测量的截骨长度对股骨近端进行截骨后,将包括整个病灶骨组织、任何受累肌肉的间室及活检切口完整切除。均达到广泛/边缘切除,外科边界切缘术后病理证实均为阴性。在股骨近端髓腔扩髓,置入试模,冲洗髓腔,根据术前测量的股骨近端髓腔长度和形状选用生物型或水泥型髓针进行固定。袖口处使用2～3 cm 3D打印项圈与髓针进行连接,周围使用同种异体骨植骨。安装定制型股骨远端假体(北京力达康公司,批文号:国械注准 20153130598)重建骨缺损(图1E),在股骨远端内外侧钢板上使用螺钉固定(图1F),检查肢体长度及下肢力线。冲洗创面,放置引流管,关闭切口。

术后常规抗生素预防感染。待引流量<50 ml/d后拔除引流管。拔除引流管后加强下肢主动功能锻炼,鼓励患者早期下床活动。术后切口愈合后根据患者肿瘤类型及分期情况给予不同的术后化疗方案。

1.3 评价指标

术后第1、2年内每3个月复查1次,第3年每4个月复查1次。主要评估肿瘤学结果(复发、转移)、肢体功能及影像学结果。肢体功能采用美国骨骼肌肉肿瘤协会(Musculoskeletal Tumor Society,MSTS)评分[5]评价,该系统从疼痛、功能活动、情绪接受、是否需要扶持、行走能力和步态等6个方面评估,每项0～5分,满分30分。X线和CT评估是否存在假体的断裂、松动、感染以及骨整合情况等。

2 结果

手术均顺利,术中无并发症。手术时间80～270 min,平均200 min。术中出血量300～800 ml,平均450 ml。12例随访12～50个月,平均21.9月。2例术后12、16个月因肿瘤肺部转移死亡,1例术后3个月肺转移,经化疗后肺部情况稳定,目前带瘤生存。1例术后1年出现关节假体周围感染,经多次清创、抗感染治疗后情况好转出院。未发生影像学假体机械性失败相关并发症(假体松动、脱位、假体周围骨折等)。10例影像学示假体及钢板位置良好,无松动、断裂及骨吸收征象(图1G),股骨近端3D打印项圈固定在位,未见透亮区,均有骨痂生成,其中4例有连续骨痂形成;末次随访患肢功能状态良好(图1H),膝关节屈曲105～135°,平均115°,伸直无受限,MSTS评分22～28分,(24.3±1.8)分。

3 讨论

随着影像学、化疗、外科技术及假体设计的进步,90%～95%四肢原发恶性骨肿瘤可以施行保肢手术,复发风险低,无病生存期与截肢相同,保肢手术已经取代截肢成为主要的手术方式[6,7]。最常用的保肢方法是使用肿瘤型人工关节假体重建,具有可以早期负重及术后即刻稳定的特点,同时具有相对较好的短期功能[8]。对于股骨远端恶性骨肿瘤,肿瘤切除后股骨髁剩余残段较短,以往常使用铰链式膝关节假体进行重建[9],但铰链式膝关节假体远期无菌性松动发生率较高,发生率为5%～27%[10],无菌性松动是膝关节假体翻修的主要原因[11]。由于膝关节韧带及周围肌腱软组织切除过多,造成膝关节远期功能受到影响,过大且缺失软组织覆盖的假体也容易遗留感染的隐患。

采用保留骨骺或关节的定制型假体重建股骨远端骨缺损,辅助皮质外钢板进行固定,效果并不逊于标准长度的关节假体固定的效果,可以最大限度减少无菌性松动的发生率[12,13]。Cobb等[14]报道14例困难翻修或保留关节肿瘤手术中使用3块小钢板固定,术后随访至少4年,钢板很好地融入重塑的皮层,实现骨力学整合。Gupta等[15]使用羟基磷灰石涂层的皮质外钢板用于股骨远端的保留关节手术,在假体-远端骨界面处具有出色的骨整合,并在股骨近端周围形成了新骨。董扬等[3]采用保留骨骺的定制肿瘤型假体重建3例儿童股骨远端骨肉瘤后骨缺损,经过12～24个月随访患儿肢体功能良好且术后2例患儿双下肢长度相差<2 cm。对于肿瘤未侵犯骨骺或关节髁时,术前根据患者情况定制假体可精确匹配骨缺损,同时使用辅助钢板固定可以提高固定强度,实现早期稳定并可降低远期假体松动率。本组12例在随访时间内均未见早期无菌性松动的发生。另一方面,由于保留膝关节的骨与软组织,避免切除两侧副韧带、前后交叉韧带、关节囊等结构,确保术后膝关节的稳定和天然的膝关节功能。此外,对于有潜在的生长发育能力的青少年患者,部分可以保留骨骺,可最大限度保留生长潜力,减少对植入假体延长的需要[16]。

为降低假体近端无菌性松动发生率,有学者尝试在假体近端使用羟基磷灰石项圈增加骨整合程度。Coathup等[17]采用肩部具有羟基磷灰石涂层的股骨远端假体治疗61例股骨远端肿瘤,通过长期随访证实羟基磷灰石涂层的凹槽轴项圈可增加骨-植入物接触和骨长入能力,有利于降低假体的无菌性松动率。王顺利等[18]使用具有定制个性化3D打印项圈的假体与股骨残端连接治疗20例股骨远端原发恶性骨肿瘤,术后3D打印项圈和股骨残端发生骨整合,重建后膝关节功能良好。本组使用具有多孔骨小梁结构的项圈以期增加骨长入及骨整合,并在项圈周围使用同种异体骨植骨,随访时间内项圈固定在位,10例均有骨痂生成,4例有连续骨痂形成,术中植入的同种异体骨增加骨小梁项圈周围新骨形成的数量和程度,明显提高骨-假体界面骨整合程度,增加固定效果。假体远端内外侧辅助钢板固定的设计将假体固定于股骨残端而不会出现横向松动,故可以显著提高固定强度,为早期骨愈合和重建提供了稳定的基础,也降低假体松动、假体周围骨折发生率。

选择生物型或水泥型固定方式主要根据患者髓腔形状及截骨后是否可以保留股骨狭部,对于股骨假体髓针能够固定于峡部的患者可使用生物型固定方式。由于股骨髓腔为“两边宽,中间窄”的结构,对于截骨长度超过股骨峡部时,生物型固定可能无法牢固进行固定,这时可使用水泥型固定方式。为保证术中的精确截骨,术者可在术前根据影像学设计截骨位置,采用塑料快速成型技术3D打印出截骨导板,实现术中的精确截骨和定制假体的顺利安装[19]。

综上所述,在保证足够肿瘤切缘的前提下,使用保留股骨髁的定制型假体重建股骨远端骨缺损,在不增加手术创伤及风险的前提下,可以精确地切除肿瘤并进行有效的解剖重建,术后肢体功能大为改善,并可潜在减少远期并发症的发生,可作为能够保留股骨髁的股骨远端肿瘤切除后骨缺损的理想重建方式,但需严格掌握手术的适应证。