3D打印技术在肿瘤型人工假体置换手术中的应用研究

原发恶性骨肿瘤最常见于青春期，肿瘤型人工假体置换手术是其主要治疗手段之一^[1]。肿瘤的完整切除与精准的外科操作在降低患者术后复发率及转移率、延长患者生存期和提高患者术后生活质量方面扮演着重要的角色。自国内实施第一例肿瘤型人工膝关节置换手术至今^[2]，对于骨肿瘤保肢手术的研究不断发展。然而在肿瘤型假体置换手术中，仍然存在假体感染、双侧肢体不等长、重要血管神经副损伤、下肢深静脉血栓等并发症^[3-4]。本研究将3D打印技术应用与肿瘤型假体置换手术中，分析应用3D打印技术进行肿瘤型假体置换手术的临床疗效，探讨3D打印技术在骨肿瘤手术中的应用价值。

1资料与方法

1.1一般资料 本研究回顾性分析2017年2月至2019年12月我科收治的28例肢体骨肿瘤行假体置换手术的患者，男16例，女12例，年龄13～77（44.4±19.6）岁。其中恶性肿瘤20例，良性肿瘤8例；肿瘤位于股骨远端12例、胫骨近端8例、肱骨近端6例、股骨近端2例（表1）。按照是否应用3D打印技术进行手术分为干预组和对照组各14例。两组患者手术均由同一术者完成，排除伴有严重高血压、糖尿病等伴随疾病的患者、病史及影像学资料不完整的病例以及包含可严重影响实验结果的不可控因素的病例，两组病例置换关节的部位相对应。

1.2研究方法

1.2.1图像收集与模型打印 所有患者术前均完善增强三维重建CT，扫描层厚1mm，采集原始医学数字成像和通信文件（Digital Imaging and Communications in Medicine，DICOM）数据并导入电脑，应用mimics软件在电脑上进行图像处理，将肿瘤连带周围正常的骨组织及血管进行建模，进行1:1实物模型打印，打印材料为聚乳酸（Polylactic Acid，PLA）。

1.2.2假体设计 依据增强MRI确定肿瘤反应区的大小，对于所有恶性骨肿瘤将截骨线确定在肿瘤反应区外3cm以上，对于中间型骨肿瘤将截骨线确定在肿瘤反应区2cm以上，以获得肿瘤完整切除的安全外科边界，降低肿瘤复发率及转移率。依据模拟图像测量出的数据定制肿瘤型假体。

1.2.3截骨导板打印 依据上述步骤打印实物模型后，依据影像学结果于安全外科边界外在电脑上设计截骨线，依据此处正常骨骼形状打印出与之相完全匹配的截骨导板。

1.2.4术前应用 手术团队在3D打印肿瘤模型上进行手术的模拟操作，并借助模型与患者进行术前沟通，使患者及家属能更加直观地了解手术的难度与可能存在的风险，提升患者及家属的依从性。

1.2.5术中应用 按照预设手术入路剥离显露肿瘤，将已经环氧乙烷消毒的3D打印模板固定，并用尺确认截骨长度，用摆锯或线锯依靠截骨导板直接截骨，而后进行假体安装。记录手术时间，通过比较术前术后患者血红蛋白变化计算术中失血量并记录。

1.3术后随访及功能评价 术后前2年每3个月复查1次，术后2～5年每半年复查1次，术后5年每1年复查1次。恶性骨肿瘤患者需复查局部DR、局部平扫CT、肺薄层CT；中间型骨肿瘤患者需复查局部DR、局部平扫CT。所有患者术后需进行双侧肢体长度测量，记录长度差异，术后3个月依据MSTS评分标准^[5]进行肢体功能评分。

1.4统计学分析 应用SPSS20.0软件进行统计学分析。两组病例的性别进行X²检验，其他数据进行t检验，检验标准α=0.05，P＜0.05表示差异有统计学意义。

表1干预组与对照组的基本信息及实验结果

2结果

2.1临床疗效 28例患者全部顺利完成手术，无血管神经副损伤。28例患者均获得定期随访，随访时间4～30（11.4±7.5）个月。无死亡及复发病例，1例患者出现切口脂肪液化延迟愈合，经换药处理后痊愈出院。两组年龄、性别等一般资料无统计学差异（P＞0.05）。两组病例手术时间及术后3个月MSTS评分无统计学差异；干预组病例术中失血量为400～800（500.0±101.9）mL，对照组病例术中失血量为400～900（610.7±140.3）mL，差异有统计学意义（P=0.024）；干预组患者术后双侧肢体长度差异为0～3（1.1±1.5）mm，对照组患者术后双侧肢体长度差异为0～5（2.5±2.1）mm，差异有统计学意义（P=0.048），见表2。

2.2典型病例 病例1：患者女性，35岁，右股骨远端骨肉瘤。术前CT示肿瘤与血管关系密切，腘血管受压移位（图1），经3D打印模型等比例还原肿瘤与腘血管的空间位置关系并进行术前模拟操作，完成肿瘤与血管的分离。术中截骨导板匹配良好，按照预设计长度截骨，截骨长度18cm（图2）。手术时间205min，术中失血500mL，腘血管无损伤，术后患者恢复良好，标本长度与预设一致（图3），双侧肢体长度差异0mm，MSTS评分93.3%，患者满意度良好。病例2：女性，15岁，左侧胫骨近端骨肉瘤（图4）。术前依据影像结果于软件中设计截骨长度，设计截骨导板（图5）。术中截骨导板贴附良好，截骨长度14cm（图6），手术时间235min，术中失血500mL。术后3个月MSTS评分86.7%，双下肢长度差异为0mm。

3讨论

3.1肿瘤型假体置换手术的优势与不足 原发性恶性骨肿瘤好发于儿童和青少年^[6]，其中骨肉瘤是最常见的病理类型，软骨肉瘤次之^[7-8]。骨肉瘤恶性程度较高，在新辅助化疗应用于骨肉瘤之前，骨肉瘤的5年生存率低于20%^[9]，随着外科技术的进步及各种辅助治疗方案的发展，恶性骨肿瘤的保肢手术技术逐渐完善，其5年生存率亦提高到60%以上^[10-11]。保肢手术的基本原则是肿瘤的安全外科边界^[12]，肿瘤的广泛切除应包括肿瘤的实体、包膜、反应区及其周围正常组织^[13]。肿瘤型假体置换手术提高了肢体长骨肿瘤的保肢率与生存率。Sharma等^[14]研究证实肿瘤型假体置换手术在肢体长骨肿瘤保肢治疗中有良好的临床疗效。然而肿瘤型假体置换手术创伤较大，术后并发症不可避免，而其术后并发症的发生与手术时间、失血量、引流管摆放时间等有关^[15-16]。

3.2 3D打印技术在肿瘤型假体置换手术中的应用 3D打印技术拥有精度高、生产时间短等优势^[17]，在创伤骨科等领域已经被广泛应用并取得了良好的临床疗效^[18-20]。在骨肿瘤手术中，由于肿瘤病例的个体化特征以及骨肿瘤手术对于外科边界的要求较高，3D打印技术具有更大的应用价值。将3D打印技术应用于肿瘤型假体置换手术中可有效提高手术的精准性，Wang等^[21]将3D打印技术应用于肿瘤型膝关节假体置换手术中，结果显示干预组病例在失血量、精确性方面优于对照组。在本研究中，3D打印技术在术前及术中的应用提高了手术的临床疗效，减少了患者的术后并发症。

骨肿瘤手术涉及到的解剖结构较复杂，3D打印模型更立体直观地向患者交代手术相关注意事项。杨龙等^[22]通过研究发现，3D打印模型可以有效提高医患沟通效率。本研究中，3D打印模型的应用使患者能更好地配合医生，提高了患者的依从性和对医生的信任程度，这在术后肢体功能康复锻炼中起到了指导作用。

3D打印技术可以应用于假体设计、入路选择等术前规划。刘宏伟等^[23]通过电脑模拟得出结论，3D打印设计的假体匹配度更好。在本研究中，应用3D打印模型重建肿瘤周围结构，便于术者评估肿瘤是否能完整切除，血管是否能得以保留，个体化制定手术方案。通过完整的手术流程设计与模拟，可以实现肿瘤型假体置换手术的规范化操作。3D打印截骨导板可提高手术的精准性和规范性。李建民等^[24]通过研究发现，3D打印截骨导板可以缩短手术时间、减少术中出血量。在本组病例中，3D打印导板的应用提高了术者操作的精准度，减少了术中失血量，降低截骨长度的误差。模型在术中为术者展示了肿瘤深部难以直视部位的解剖结构，避免损伤重要的血管神经。

4结论

在肿瘤型假体置换手术中应用3D打印技术，在手术时间和术后功能评分上与传统手术方式无统计学差异，在术中失血量和术后双侧肢体长度差异方面优于传统手术方式。3D打印技术在术前应用中可提高医患沟通效率，在术中可以引导术者精准化截骨，避免重要血管神经的副损伤。综上，3D打印技术的应用使得肿瘤型假体置换手术更加规范化与精准化，不仅可以减少手术失血，还可以提高假体置换的精度，提高患者的生活质量。