導板聯合導航技術用于骨盆腫瘤切除術后髖臼重建定位的研究

蔡青，黨競醫，付軍，劉冬，朱東澤，張昭，劉鑫成，范宏斌

(1.空軍軍醫大學臨床醫學系，陜西 西安 710032；2.空軍軍醫大學附屬西京醫院骨科，陜西 西安 710032)

大約10%～15%的原發惡性腫瘤會累及骨盆環結構，其中最為常見的瘤種包括骨肉瘤、軟骨肉瘤、尤文肉瘤和未分化多形性肉瘤[1-2]。由于這一區域結構復雜，與多個重要臟器、血管、神經相鄰，就診時往往瘤體巨大，使得腫瘤切除與肢體重建技術面臨挑戰[3]。20世紀80年代前，半骨盆截肢術是處理骨盆原發腫瘤的標準手術方式，這一技術的缺陷在于以犧牲下肢功能來提高局部疾控率。近30年來，由于放、化療技術、影像學技術和外科手術技術的迅猛發展，骨盆腫瘤的保肢手術得以開展并取得了令人欣慰的結果，患者的生活質量得以提升[4-5]。

由于腫瘤所累及的髂骨、恥骨、坐骨和髖臼均被截除，嚴重破壞了骨盆環的解剖結構和穩定性，造成對側恥骨和骶骨的空間位置漂移，這些因素極大地影響了患側重建時髖臼假體的空間定位。如何確定髖臼的旋轉中心、外展角和前傾角成為困擾腫瘤外科醫生的一大難題[6]。近年來，我們使用3D打印導板輔助術中髖臼假體定位取得了不錯的臨床效果。但是也發現包括消毒變形、組織卡壓變形、軟骨組織影響貼合度等諸多因素可造成導板定位的準確度下降，產生位置偏移[7]。為此，我們在使用導板定位髖臼位置的病例中加入導航技術以便校正單純導板帶來的誤差。

本研究回顧性分析了在空軍軍醫大學附屬西京醫院骨科接受半骨盆切除和釘棒-髖臼支架重建的29例患者，比較了導板組和導板聯合導航組的腫瘤控制效果、肢體功能和髖臼重建后的影像學數據，探討了導板聯合導航技術在半骨盆切除術后用于髖臼重建定位的可行性，現報告如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料 本研究共納入2013年1月至2015年12月間在我科治療的29例骨盆原發惡性腫瘤患者。納入標準：診斷為骨盆原發惡性腫瘤并接受腫瘤整塊切除、假體植入重建患者；排除標準：(1)骨盆轉移瘤或是血液系統來源腫瘤；(2)首診時已發現有其他臟器轉移；(3)預期生存期<3個月。所有患者均經術前穿刺活檢確診。本研究納入病例均實施了腫瘤整塊切除、釘棒重建骨盆環、人工全髖關節置換術。其中1例患者因腫瘤累計骨盆Ⅳ區，需一期行后路骶骨截骨，二期行超半骨盆切除、釘棒重建骨盆環、全髖關節置換術；剩余28例患者均為一期手術。將29例患者分為兩組。導板組(僅使用導板指導重建)13例，女5例，男8例；平均年齡(40.4±7.6)歲；其中骨肉瘤4例，未分化多形性肉瘤3例，尤文肉瘤1例，軟骨肉瘤5例。導板聯合導航組(聯合導板和導航技術指導重建)16例，女8例，男8例；平均年齡(35.6±5.6)歲；其中骨肉瘤4例，軟骨肉瘤11例，未分化多形性肉瘤1例。所有患者(軟骨肉瘤除外)均行術前新輔助化療、術后輔助化療。

1.2 手術方法 術前行骨盆X線、薄層CT、MRI確定腫瘤的侵犯部位及范圍，CT血管造影(CT angiography，CTA)檢查重要血管腫瘤侵犯情況。將骨盆薄層CT(層厚0.625mm)醫學數字成像和通信(digital imaging and communications in medicine，DICOM)格式數據導入Mimics軟件，對切除部位的解剖結構進行三維重建。同時導入MRI影像數據進行圖像融合，進一步確定軟組織侵犯范圍以便確定安全的切除邊界，在計算機上模擬半骨盆切除，并將相關數據導入計算機手術導航工作站(史塞克)。

根據健側髖臼的解剖位置、前期力學研究優化后的釘棒植入點、腫瘤切除后殘余的骨盆形態設計切除導板和髖臼重建定位導板，將導板的STL文件導入3D打印設備(EZAU 3D打印機)，使用聚乳酸基材3D打印導板，隨后滅菌、封裝，備手術中使用。

術前1天行腫瘤滋養血管栓塞以減少術中出血。取常規髂腹股溝-髂股聯合切口，游離并保護男性精索、髂血管神經束和輸尿管。骨盆內側從腹膜外髂肌、外側從臀肌處進行分離，同時保證腫瘤被正常肌肉袖套包裹。沿髂股切口的闊筋膜張肌和股直肌間隙分離，切斷股直肌反折頭，顯露并切開髖關節囊，脫位股骨頭，行股骨頸截骨，顯露髖臼及坐骨支，切斷附驪在坐骨支上的肌肉止點以及骶棘韌帶、骶結節韌帶。依據腫瘤侵犯范圍前側從恥骨聯合或經恥骨支、坐骨支截骨，后側經骶髂關節完整切除腫瘤。

將3D打印導板兩端分別嵌插于骶骨翼和對側恥骨聯合或殘存的坐骨支、恥骨支上，同時將特制的鈦合金髖臼重建假體放入導板中以確定解剖重建髖臼位置。從椎體側方向S1、S2植入2枚椎弓根釘，向殘存的坐骨、恥骨支或者對側恥骨上下支各植入2枚椎弓根釘，用鈦棒將螺釘與髖臼支架相連。導板組僅使用術中透視證實髖臼假體的安放位置，滿意后去除導板；導板聯合導航組經初步使用導板確髖臼假體安放位置后，使用導航(史塞克)對安放髖臼的旋轉中心，偏心距、前傾角和外展角進一步驗證并做微調。最后使用骨水泥對釘棒和髖臼支架涂覆進行加強，在髖臼支架內安裝超半徑聚乙烯臼。股骨側進行髓腔處理后安裝生物型股骨假體柄和球頭，復位髖關節，檢查穩定性和活動度滿意后逐層閉合創面。術后穿抗旋鞋，防止關節脫位；給予抗感染、抗凝及相關對癥、支持治療。

1.3 隨訪及評價 術后2年內每3個月隨訪1次，2年后每半年隨訪1次。每次隨訪時拍攝X線片，行肢體功能評價，必要時行增強CT和超聲檢查排查局部復發。術后2年內每3個月，2年后每6個月行胸部CT掃描排查轉移。末次隨訪采用國際肌肉骨骼腫瘤學會評分(musculoskeletal tumor society，MSTS)評分標準[8]進行評價。該評分包括6個方面內容，即疼痛程度、肢體功能喪失情況、患者滿意度、是否需要使用工具輔助、行走受限情況及有無步態異常等，每項0～5分，滿分為30分。使用Radiant DICOM Viewer軟件對X線片和CT的DICOM數據進行分析測量，主要包括4項指標：(1)旋轉中心距離雙側小轉子上緣連線距離評價雙側下肢是否等長；(2)旋轉中心與身體中線距離評價重建髖臼的偏心距是否等長；(3)重建髖臼的外展角和健側外展角；(4)重建髖臼的前傾角與健側前傾角。

2 結 果

2.1 切除和重建 29例患者均成功進行了術前設計、導板制作、術中定位和導航驗證。術中發現2例導板在消毒后出現輕微變形，通過C型臂透視調整位置后放置髖臼假體位置滿意。余27例均成功放置髖臼重建假體。導板組手術時間(5.5±0.8)h，術中出血量(4 800±580)mL；導板聯合導航組手術時間(4.7±0.6)h，術中出血量(4 600±477)mL，兩組間比較差異無統計學意義(P>0.05)。

2.2 腫瘤控制及功能評價 29例患者均獲得隨訪。其中導板組13例隨訪時間24～54個月，平均(39.2±10.3)個月，3例復發合并轉移，其中2例末次隨訪時死亡，1例帶瘤存活；2例局部復發，目前帶瘤存活；其余8例隨訪期間未發現復發及轉移。末次隨訪時MSTS評分為15～26分，平均(21.3±3.9)分。導板聯合導航組16例隨訪時間6～54個月，平均(38.3±13.1)個月。隨訪期間3例出現復發和轉移，其中2例末次隨訪時死亡，1例帶瘤存活；1例出現肺轉移，目前帶瘤存活。其余12例隨訪期間未發現復發及轉移。末次隨訪時MSTS評分為18～26分，平均(22.5±2.7)分。兩組MSTS評分比較，差異無統計學意義(P>0.05)。

2.3 并發癥 4例患者術后出現切口脂肪液化，經清創、抗感染等對癥支持治療后切口愈合；1例患者術后因協助翻身不當出現髖關節脫位，行切開復位后給予髖支具臨時固定4周，未發生再脫位。

2.4 髖臼重建的影像學評價 兩組髖臼重建術后數據采用X線片及CT測量。其中，與身體中線距離和外展角度的測量依據X線片，前傾角的測量依據CT。兩組重建數據對比分析結果見表1，結果顯示無論是旋轉中心與身體中線距離還是髖臼安放角度，導板聯合導航組較單獨使用導板組更接近于生理性重建，兩組間比較差異有統計學意義(P<0.05)，3D打印髖臼導板的應用具有不錯的效果。

表1 兩組髖臼安放位置參數比較

典型病例一為導板組36歲男性患者，右側超半骨盆未分化多形性肉瘤(I+Ⅱ+Ⅲ+Ⅳ)，術前CT顯示右側超半骨盆病變(見圖1)，術前常規新輔助化療后，I期俯臥位，行后路經骶骨中線縱行截骨；Ⅱ期側臥位，采用髂腹股溝—髂股聯合切口，行超半骨盆切除、釘棒重建骨盆環、全髖關節置換術。術中將3D打印的髖臼導板兩端分別嵌插于殘存骶骨和對側恥骨上，將特制的髖臼重建支架放入髖臼導板中進行定位(見圖2)，將釘棒與髖臼支架重建固定后拆除導板(見圖3)。使用骨水泥在髖臼支架內內固定聚乙烯髖臼襯墊，行全髖關節置換。手術后復查X線、CT評價髖臼假體位置。患側和健側股骨頭旋轉中心距離小轉子上緣水平線垂直距離分別為43.4 mm和50.6 mm，相差7.2 mm；距正中線距離分別為69.8 mm和99.0 mm，相差29.2 mm?；紓群徒鹊耐庹菇欠謩e為29.4°和46.8°，相差17.4°；前傾角分別為21.6°和12.8°，相差8.8°(見圖4～5)。末次隨訪時局部復發，無肺轉移，MSTS評分18分。

圖1 術前CT示腫瘤范圍超過骶髂關節，侵犯骶骨 圖2 術中使用導板定位髖臼假體

圖3 釘棒替換導板后最終固定髖臼假體 圖4 旋轉中心距離和外展角測量示意圖 圖5 CT上測量前傾角示意圖

典型病例二為導板聯合導航組45歲男性患者，右側半骨盆骨肉瘤(I+Ⅱ+Ⅲ)，術前X線片和CT顯示右側半骨盆病變(見圖6)，術前常規新輔助化療后，側臥位，采用髂腹股溝—髂股聯合切口，行半骨盆切除、釘棒重建骨盆環、人工全髖關節置換術。術中將3D打印的髖臼導板兩端分別嵌入骶骨耳狀面和對側恥骨上，將特制的髖臼重建支架放入導板中進行定位(見圖7)，將釘棒與重建網杯連接，使用導航筆針驗證，對位置進行微調后最終連接釘棒固定(見圖8)。在網杯內使用骨水泥固定聚乙烯髖臼襯墊，行全髖關節置換。手術后復查X線、CT評價髖臼假體位置?；紓群徒裙晒穷^旋轉中心距離小轉子上緣水平線垂直距離分別為54.8 mm和54.4 mm，相差0.4 mm；距正中線距離分別為97.0 mm和96.5 mm，相差0.5 mm。患側和健側的外展角分別為39.5°和41.8°，相差2.3°；前傾角分別為16.3°和14.3°，相差2.0°(見圖9～10)。末次隨訪時無局部復發，有肺轉移，MSTS評分24分。

圖6 術前X線片及CT示腫瘤侵犯髖臼，臨近髂骨 圖7 術中使用導板對髖臼初步定位

圖8 使用導航微調髖臼位置 圖9 旋轉中心距離和外展角測量示意圖 圖10 CT上測量前傾角示意圖

3 討 論

按照腫瘤在骨盆解剖位置分布的不同可分為Ⅰ區：累及髂骨；Ⅱ區：累及髖臼周圍；Ⅲ區：累及坐骨、恥骨；Ⅳ區：累及骶骨。Ⅰ區腫瘤切除后若骨盆環連續性不受影響則不重建，若連續性中斷可使用髂骨瓣或腓骨進行生物重建；Ⅲ區腫瘤切除后因未對髖關節造成影響，早期的觀點認為可以不用重建，但對于恥骨聯合在腫瘤切除中離斷的病例建議進行重建，維持骨盆環的連續性，否則易導致骶髂關節受力增加，造成骶髂關節分離和疼痛；Ⅱ區腫瘤切除后造成骨盆與下肢的連續性中斷，影響負重與行走，必須進行重建。目前切除后的重建方法主要包括同側的髂骨-股骨或坐骨-股骨關節融合術，但手術方式最大缺點是可能造成肢體短縮和跛行；使用大塊異體骨或自體瘤骨滅活后回植行生物重建，該方法的缺點是排異反應和局部復發率升高，并且經處理后的骨質力學強度降低；個性化定制鈦合金假體與殘余的骨盆做到了最大程度的骨質貼合，但因設計復雜、制備時間長且假體昂貴，無法普及；馬鞍狀假體或組配假體近年來也多有應用，但該方法對骨盆的殘余骨量有一定要求，并且殘余的骨盆缺失了很多解剖標志，對于準確安放髖臼假體有一定影響[9-11]。

我科在國內較早使用標準椎弓根釘棒系統聯合定制髖臼假體進行Ⅱ區腫瘤切除后骨盆環和髖關節重建，取得了不錯的中短期隨訪結果[12]。該重建方法是用鈦棒連接椎弓根釘(置于同側骶骨、同側殘余恥骨、坐骨或者對側恥骨)與定制髖臼假體上的“U”形帽，可以靈活地調節髖臼的偏心距、外展角和前傾角，從而確定重建髖臼的位置。但由于腫瘤切除術后大量的骨性解剖結構喪失，對于上述髖臼安放參數的調整來源于術者的經驗和術中透視，術中需要反復多次調整，費時費力，精度和可重復性均較差。

近年來計算機輔助外科手術導航系統逐漸應用于臨床各種復雜手術，其精確的術中定位、靈活多變的應用場景和適時地影像反饋都給了手術醫生極大的幫助。然而其先期投資高、學習曲線長、術中裝配復雜等短板也有待進一步改進。3D打印導板的出現可在一定程度上從另一途徑解決術中髖臼定位這一難題。既往有關3D打印導板用于椎弓根螺釘植入、四肢精確截骨矯形和微創經皮處理深部病灶等方面已有諸多報道[13-14]。我們前期的研究已經積累了使用3D打印導板進行髖臼定位和骨盆環重建的經驗。整個流程包括：(1)根據患者的薄層CT掃描數據重建患者骨盆結構，模擬切除，并根據對側髖臼的鏡像結構設計髖臼定位導板；(2)3D打印導板、消毒、封裝以備手術中使用。使用該導板的優勢：(1)術中快速確定髖臼位置、減少透視次數、出血量和手術時間；(2)導板采用鏤空設計既能臨時輔助髖臼定位，又便于拆除。前期我們研究組報道了髖臼導板輔助8例原發性惡性骨盆腫瘤患者病變切除后骨盆環精確重建中的作用，結果表明導板能輔助正確安放髖臼杯位置、減少手術時間、出血量和透視次數。

在前期研究結果上進一步優化方案，設想能否在導板初步定位的基礎上加入導航進一步微調？為此，本研究目的是比較單純使用導板組和導板聯合導航組在髖臼重建定位中的準確性。結果提示，導板組術后影像學測量健側和患側的旋轉中心位置，其距離正中線和距離小轉子上緣連線的距離差分別為(9.96±7.98)mm和(6.48±3.46)mm，患側、健側髖臼外展角度差和前傾角度差分別是(5.59±5.28)°和(3.56±2.33)°；導板聯合導航組相應的數據分別是(2.19±0.64)mm、(1.86±1.09)mm，(1.46±0.61)°和(1.57±0.65)°。導航聯合導板組的準確性顯著高于單純導板組(P<0.05)。導板組的定位產生偏移，可能原因如下：(1)在消毒、包裝過程中導板易產生輕微形變；(2)在有限手術操作空間內安放導板時易造成導板與組織之間的卡壓、變形；(3)導板按照骨組織切除后的結構來設計，但術中導板的兩端分別與恥骨聯合或骶骨耳狀面結合，這些部位有較厚的軟骨層，從而造成導板貼合的誤差。上述因素最終造成髖臼定位的漂移。目前3D打印導板的使用越來越普遍，對于復雜的解剖結構部位，例如骨盆，即使在設計階段注意了手術方式、手術部位、術野軟組織等幾方面問題，但是由于軟骨層阻礙了導板與骨質貼合，仍然存在定位漂移，而加入導航和后期的微調校正，確保了髖臼定位的準確性。末次隨訪時導板聯合導航組MSTS功能評分為(22.5±2.7)分，比導板組的(21.3±3.9)分略高，雖然差異無統計學意義，但是前者更接近于生理性重建，可能會獲得更好的功能。末次隨訪時兩者的無病生存率差異無統計學意義表明，無論是導板組還是導板聯合導航組都能獲得較好的無瘤邊界，保證了腫瘤切除的安全性。

綜上所述，盡管3D打印髖臼導板用于骨盆原發惡性腫瘤的切除后髖臼重建定位有較好的臨床效果，但由于諸多因素易造成髖臼定位的漂移，聯合導航進行微調既避免了單純使用導航的費時和繁瑣，又避免了因單獨使用導板漂移而造成的誤差，術后評估顯示髖臼位置良好，患肢功能恢復好，臨床療效明顯，該方法預期有良好的應用前景。