3D打印技術在骨腫瘤科中的應用

樊笑 王佳友 鮑樹森 惠元 曾欽梅 鄧夢延 雷雨龍 吳智鋼

摘 要：目前3D打印技術在醫(yī)學領域的應用已越來越多，尤其在骨科領域，得到了廣泛的應用和發(fā)展。該文綜述了3D打印技術在骨腫瘤科的應用現(xiàn)狀，闡明了該項技術的優(yōu)勢，同時總結了目前該技術存在的不足，并提出了展望。

關鍵詞：3D打印；骨腫瘤；手術方案

中圖分類號：R738.1 文獻標識碼：A DOI：10.3969/j.issn.1006-1959.2018.06.001

文章編號：1006-1959（2018）06-0001-03

Application of 3D Printing Technology in Bone Oncology

FAN Xiao1，WANG Jia-you1，BAO Shu-sen2，HUI Yuan2，ZENG Qin-mei2，DENG Meng-yan2，LEI Yu-long2，

WU Zhi-gang2

（1.Department of Outpatient，the 63762 Army of PLA，Weinan 714000，Shaanxi，China；

2.Department of Orthopaedics，518 Hospital of PLA，Xi'an 710043，Shaanxi，China）

Abstract：At present，3D printing technology has been applied more and more in medical field，especially in orthopedics.This paper reviews the application status of 3D printing technology in bone oncology，and expounds its advantages.At the same time，the shortcomings of the technology are summarized，and the prospect is put forward.

Key words：3D printing；Bone tumor；Surgical scheme

惡性骨腫瘤常呈彌漫性、浸潤性生長，與正常組織界限不清，其體積與手術方案的選擇及治療效果等密切相關[1]。隨著近年來新輔助化療的發(fā)展，骨腫瘤患者一般采取保肢手術治療，如何精確切除腫瘤組織一直是骨腫瘤科醫(yī)師所面臨的挑戰(zhàn)；切除大面積腫瘤組織后缺損骨組織的修補、功能重建等也是保肢手術治療所面臨的難點[2]。隨著現(xiàn)代計算機技術及影像學技術的發(fā)展，通過3D打印技術，患者身體內部的解剖、病理情況可以在手術前清楚地向醫(yī)生呈現(xiàn)，避免了以往依靠臨床醫(yī)生經(jīng)驗的粗略性，讓醫(yī)生可直觀、準確地按照病變情況進行數(shù)字化手術設計，并可以預期手術效果。同時還可以將CT數(shù)據(jù)進行三維重建，進而再行切割、移動、旋轉等手術操作預演，但使用傳統(tǒng)手術方式很難在術中準確實現(xiàn)這些設計[3-5]。現(xiàn)就3D打印技術在骨腫瘤科中的應用現(xiàn)狀進行綜述。

1 3D打印技術在骨腫瘤科中的應用

1.1頭頸骨腫瘤 頭頸部骨性支架對于外貌以及面部功能至關重要，頭頸部骨腫瘤可引起咀嚼功能的障礙、病理性的感染損傷以及面貌缺陷，不但增加患者痛苦和心理障礙，而且降低了患者的生活質量[6，7]。傳統(tǒng)方法是用軟組織修復患者的面部骨骼，但外形與功能恢復均不佳。修復時切多少腓骨、放在什么位置，主要靠醫(yī)生的經(jīng)驗；而現(xiàn)在利用3D打印技術，可先用計算機設計好，提前打印出仿真模型，使實際手術操作更準確、更安全，使頭頸腫瘤患者的生存質量得到極大的提高。王芬等[8]在治療1例腫瘤侵及眶底，顴骨顴弓等骨骼的上頜骨腫瘤患者時，利用3D打印技術制作了上頜骨假體，并將這一個性化修復體植入患者體內，準確修復了缺失部位，并減輕了患者手術痛苦，最大限度保留了組織[9]。周燁等[10]在治療8例下頜骨腫瘤患者時，利用3D打印技術制作出模型板，進而制作出手術導板，術中進行參考和使用，選擇了最佳重建方案，在對于此8例患者進行36個月的隨訪后，發(fā)現(xiàn)均無局部復發(fā)，無假體周圍感染、松動及斷裂事件發(fā)生，效果良好。

1.2鎖骨及肩胛骨腫瘤 鎖骨和肩胛骨屬于肩胛帶部位的不定形骨，對于上肢活動與外表美觀性至關重要，但患惡性腫瘤時常常需要完整切除，使用傳統(tǒng)重建技術常難以獲得滿意的外觀和功能。裴延軍等[11]采用金屬3D打印技術制備出與患者鎖骨和肩胛骨完全一致的鈦合金假體，并成功植入骨腫瘤患者體內，成為世界上肩胛帶不定形骨重建的首次應用。該研究采用3D打印技術制備的鎖骨、肩胛骨等不定形骨個體化鈦合金假體與腫瘤切除部位完全匹配，功能及外形滿意；多孔設計使骨及軟組織附著長入率高；強度不變時彈性模量降低，減少了應力遮擋并發(fā)癥；產(chǎn)品質量穩(wěn)定，精確度高；制備周期短，費用大幅降低。

1.3脊柱腫瘤 脊柱具有支持軀干、保護內臟、保護脊髓和進行運動的功能，是肢體的支柱，因此脊柱因腫瘤受損后，為保證機體的正常活動，必須完成功能的重建。3D打印人工椎體能量身定制，將信息輸入3D打印機，選擇合適的材料打印出所需的椎體[12]。岳麗娜等[13]利用3D打印技術量身訂做了超長人工椎體植入人體以治療脊柱脊索瘤，手術跨越5個椎體，達19 cm，涉及節(jié)段多，術后患者步行出院，功能恢復良好。Wu等[14]利用3D打印技術應用于一名頸2椎體骨腫瘤患者，并將個性化打印鈦合金假體植入骨缺損區(qū)，術后隨訪情況較好。

1.4骨盆腫瘤 骨盆解剖結構復雜，與多個重要臟器、血管、神經(jīng)相比鄰。骨盆區(qū)域的原發(fā)惡性腫瘤因早期無特殊癥狀，一旦發(fā)現(xiàn)體積已較大，切除已較困難。目前，骨盆腫瘤治療仍圍繞切除和重建展開，切除是盡可能在安全邊界取出腫瘤，防止腫瘤播散，降低復發(fā)率，功能重建則是為了提高患者生存質量。郭衛(wèi)教授帶領其團隊利用3D打印技術為一名骶骨惡性腫瘤患者定制了人工全骶骨假體并進行了精準安裝，術后患者可步行，功能恢復良好。施鳳偉等[15]術前根據(jù)患者骨盆薄層CT三維重建患者骨盆結構，模擬手術并設計導板并用于術中，完成半骨盆切除、釘棒重建骨盆環(huán)、全髖關節(jié)置換術，以完成骨盆腫瘤的切除與重建，根據(jù)分析得出3D打印髖臼導板應用于骨盆原發(fā)惡性腫瘤的切除重建手術中，減少了手術時間，術中出血量及透視次數(shù)，術后髖臼位置良好，具有不錯的手術效果。Sun等[16]治療患者骨盆腫瘤時，結合3D打印技術制作出與患者骨盆1∶1的模型，并利用模型預演出切除術后骨盆殘留形狀，制作出個體化骨盆假體，術中植入后發(fā)現(xiàn)完全匹配，術后效果較好。Wong等[17]利用3D打印技術，術前打印骨盆腫瘤患者手術部位的3D模型，明確各解剖層次之間的關系，明確手術入路及手術方案，并且打印出骨缺損后所需的個性化假體；該患者術后病理提示腫瘤切除干凈徹底，腫瘤切除范圍及假體放置位置最大誤差不超過4 mm，術后隨訪11個月，患者髖關節(jié)活動功能正常，未發(fā)現(xiàn)腫瘤復發(fā)及假體松動等。

1.5四肢骨關節(jié)腫瘤 骨腫瘤以四肢居多[18]，傳統(tǒng)關節(jié)周圍骨腫瘤的切除多憑借臨床醫(yī)生經(jīng)驗，切除為大致范圍，常造成定制的假體與缺損骨質匹配不完全，甚至造成手術失敗，且四肢關節(jié)因承擔人體運動等功能，韌帶、肌肉等軟組織的重建也更應受到重視。3D打印技術可通過計算機完成術前設計，精確測量出切除部位大小，制作出個性化假體。而且3D打印技術可輔助個體化韌帶、肌肉的設計，使定制假體更符合個人要求，以免影響患者術后功能恢復。馬立敏等[19]將3D打印技術應用于股骨遠端腫瘤患者，通過設計手術導板，制作實體導板等完成患者腫瘤切除及功能重建，術后平均隨訪48個月，患者無局部腫瘤復發(fā)，無假體周圍感染、松動及斷裂事件發(fā)生。付軍等[20]通過計算機完成個體化手術、導板設計，同時采用3D打印技術，術前完成腫瘤切除設計及重建手術，術后X線或CT掃描均顯示腫瘤完整切除。程維等[21]在1例脛骨近端外側骨肉瘤患者、1例股骨遠端骨肉瘤患者治療中，在3D打印假體上對于韌帶附麗點進行調整，以確保骨質與假體的穩(wěn)定固定，使關節(jié)的功能得到大部分的保留，而根據(jù)患者的實際病情調整假體形態(tài)、韌帶及肌肉的附麗點是傳統(tǒng)定制的關節(jié)假體無法做到的。真正為患者做到了“個體化”，同時也可使假體及韌帶、肌肉更適應患者。

2 3D打印技術在骨腫瘤科應用的不足

雖然3D打印技術在骨腫瘤科有如此廣泛的應用，且具有傳統(tǒng)治療手段無可比擬的優(yōu)點，但仍有一些存在的問題：①3D打印假體制作要求高。打印出的假體最終目的是成功植入患者體內，因此假體的設計和制作需要極富經(jīng)驗的臨床醫(yī)生進行把關，首先需確保三維重建時數(shù)據(jù)保存完好，在CT圖像中，因松質骨成像與軟組織結構很難徹底分離，若三維重建時數(shù)據(jù)有所損失，那制作出的假體必然與人體所需的假體無法完全契合；其次需處理好假體的固定方式，即釘?shù)篮徒孛妫纫ＷC入釘后不會損傷患者自身的神經(jīng)及血管，還需保證固定的牢固性。②人才儲備不足。目前假體的制作多為醫(yī)院提供通過CT、MRI等影像技術，重建得到的骨骼三維圖像，再由廠家負責假體的加工和制作，這一過程中，若廠家的工作人員不具有足夠的醫(yī)療知識和技術水平，很有可能制作出的假體與理想假體存在較大誤差。因此，應盡快加強教育培訓，配備專業(yè)的人才，培養(yǎng)懂醫(yī)療且掌握3D打印技術的復合型人才，為醫(yī)院今后應用和發(fā)展3D打印技術儲備足夠的人才。

3 小結

3D打印技術在骨腫瘤科個體化手術治療方面發(fā)揮了無可替代的作用。不僅為骨科醫(yī)師提供了更為合理的術前手術方案，實現(xiàn)了更為直觀的術前模擬，減少了術中透視次數(shù)，保護了醫(yī)護人員，降低了出血量，提高了手術效率，實現(xiàn)了更為優(yōu)良的功能重建。目前，3D打印技術應用還未發(fā)揮最大價值，相信隨著技術的發(fā)展，人才建設與法律制度的完善，這項技術在醫(yī)學領域必將發(fā)揮強大的作用。

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收稿日期：2018-3-1；修回日期：2018-3-9

編輯/楊倩