3D打印定制半骨盆假體置換治療原發性髖臼周圍惡性腫瘤的療效評估

張強，杜俊煒，戴志兵，武峻申，江仁兵

(新疆醫科大學附屬腫瘤醫院骨與軟組織科，新疆 烏魯木齊 830011)

骨盆腫瘤因位置較深且解剖結構復雜，在保證足夠手術切緣的同時重建骨盆及髖關節是外科治療上的難題。對于髖臼周圍的惡性腫瘤患者，除需切除髖臼周圍(Ⅱ區)的腫瘤組織，常常還需切除部分的髂骨(Ⅰ區)、坐骨及恥骨(Ⅲ)，如何重建切除后殘留的巨大骨缺損是功能恢復的關鍵。目前已報道了多種重建方式，包括高壓滅菌自體股骨重建[1]、結構性同種異體骨重建[2]、髂股融合或假關節重建[3]。髖臼周圍惡性腫瘤切除創傷大、出血多，手術操作有一定的難度，僅通過術前影像學或術者經驗估計截骨范圍，常難以在保證有足夠手術切緣的基礎上，達到精確截骨及穩定重建。近年來，半骨盆假體重建因其重建穩定性較好，功能恢復相對較快等因素逐漸被應用，已知的半骨盆假體主要有馬鞍式假體、冰激凌錐型假體、組配式假體。馬鞍式假體因其未與宿主骨形成穩定的連接，其整體功能較差且并發癥發生率較高[4，5]。冰激凌假體雖與宿主骨連接穩定，但對于Ⅰ區大部分切除的骨缺損重建并不適用[6，7]。組配式假體組裝靈活，但其組件間存在斷裂的風險，不匹配的假體和宿主接觸面將直接影響骨整合，容易導致假體松動[8，9]。我院根據患者不同情況進行了個體化術前規劃，為患者“量身定做”了3D打印手術導板及半骨盆假體，并應用于臨床治療。本研究通過單中心回顧性研究2018年2月至2019年2月實施en-bloc切除聯合3D打印定制假體重建治療髖臼周圍原發性惡性腫瘤22例患者資料，觀察并評價其臨床療效，旨在詳述假體的設計理念；介紹手術技巧；評價并討論該治療方式的療效。

1 資料與方法

1.1 納入及排除標準 納入標準：(1)接受en-bloc切除聯合3D打印定制假體重建的患者；(2)病理診斷明確原發髖臼周圍惡性腫瘤患者；(3)隨訪資料完整者。排除標準：(1)拒絕3D打印定制假體重建者；(2)惡性腫瘤有遠處轉移者；(3)合并其他嚴重疾病或經評估不能耐受手術者；(4)下肢存在其他疾病影響術后下肢功能評估者；(5)年齡<18歲的患者；(6)隨訪資料不完整者。

1.2 一般資料 本研究經由新疆醫科大學附屬腫瘤醫院倫理委員會批準，所有患者均簽署知情同意書。本研究共納入22例患者，男10例，女12例；年齡31～76歲，平均(53.64±10.55)歲。其中累及骨盆Ⅰ、Ⅱ區5例，Ⅱ、Ⅲ區10例，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ區7例。患者入院后均行活檢，其中普通型骨肉瘤12例，毛細血管擴張型骨肉瘤3例，軟骨肉瘤6例，尤文氏肉瘤1例，術前行PET-CT等檢查明確腫瘤均無遠處轉移。

1.3 個性化規劃及手術導板的設計 術前所有患者均行X片、CT、MRI檢查，以確定腫瘤的大小、侵蝕程度、需切除的范圍，根據MRI上T2WI信號初步確定截骨位置。術前行骨盆CT掃描(厚度1 mm)，將解析的DICOM文件導入Mimics軟件進行三維數字化重建，建立骨盆數字模型；在三維數字模型上結合確切的截骨位置進行手術模擬，進一步確定手術的立體截骨位置后將三維模型及截骨模擬數據發送至假體制造廠家，定制半骨盆假體；采用3D打印技術制作等比例骨盆實物模型，在實物模型上模擬截骨、半骨盆假體置入手術，確定假體置入的位置及解剖參數。骨肉瘤切除范圍通常應在腫瘤邊緣30 mm以外，但術中由于具體解剖結構復雜，偶有并未到達30 mm者，通常能保證在20 mm以外，且所有患者都達到了切緣陰性。共設計22個3D打印定制半骨盆假體，其中13例髂前下棘無法保留，9例髂前下棘可保留，14例恥骨上支無法保留，8例恥骨上支可部分保留。

1.4 手術方法 本組手術均由同一名資深主任醫師主刀完成。全身麻醉，患者取搖擺側臥位髂后入路聯合Smith-Petersen入路，根據腫瘤范圍是否加做腹股溝切口。在分離過程中髖關節周圍肌肉附著點應盡可能保留。骨表面軟組織盡可能分離，根據術前設計截骨平面放置導板輔助截骨。在大轉子后方切斷止點，暴露關節囊，切開關節囊，脫出股骨頭，于小轉子上方1.5 cm處垂直股骨頸截骨。存在軟組織包塊的患者需注意松解包塊與盆腔臟器、周圍血管神經的黏連，防止重要的臟器損傷。完成截骨后可使用假體模型驗證骨盆截骨的精確度。假體置入前采用脈沖水槍反復沖洗，順鉑浸泡術區。假體在截骨面處理完成后置入，調整角度與截骨面吻合后，根據術前設計的釘道置入螺釘固定假體。在骨盆重建完成后，將超半徑聚乙烯內杯以增加(5°～10°)前傾角的方式固定至髖臼內。股骨近端開口，由小到大依次使用髓腔銼準備股骨側植入床，直到銼頸內緣與股骨頸皮質相切，將頭頸試模安裝到髓腔銼的近端，復位關節，測試頭-臼聯合前傾角、穩定性及肢體長度滿意后，去除試模及髓腔銼。安裝股骨柄假體及復位關節。屈膝屈髖內收位時未見髖關節脫位，再次脈沖水槍反復沖洗術區后，使用人工補片重建髖關節囊，縫合周邊肌肉覆蓋假體。放置術區引流管，逐層關閉切口。記錄手術時長及術中出血量。

1.5 術后處理及隨訪 術后患者下肢保持旋轉中立位，外展15°～25°，髖關節屈曲位15°和膝關節屈曲位15°并佩戴髖部-大腿支具，鼓勵患者進行下肢肌肉鍛煉。術后3周內，進行不負重站立屈髖訓練。術后4周逐漸從10kg開始負重直到增加至全重，術后6～8周行髖部外展、內收、后伸訓練，并輔以助行器練習行走。術后3個月，鼓勵患者在沒有助行器的情況下行走，并進行為期1周的翹腿和下蹲訓練。斷層融合成像技術(tomosynthesis-shimadzu metal artefact reduction technology，T-SMART)檢查用于評估骨整合情況，術后當即1次，之后每3個月復查1次。在每次隨訪中，患者接受體格檢查和影像學評估。

1.6 觀察指標 手術情況包括手術時長、術中出血量。功能評估采用Harris評分、肌肉骨骼腫瘤協會評分(musculoskeletal tumor society，MSTS)。MSTS評分包括疼痛、活動功能、情感接受度、支具輔助、行走能力、步態，共六個項目，每項指標評分0～5分，總分為30分)。術后定期復查骨盆X線片，下肢長度測量標準為同側小轉子頂點至坐骨結節間線或至對側坐骨結節與中軸線垂線的距離。髖臼高度測量標準為髖臼頂點至坐骨結節間線或至對側坐骨結節與中軸線垂線的距離。承重力臂測量標準為髖臼中心到中軸線的距離。髖關節偏心距測量標椎為股骨頭或人工股骨頭旋轉中心至股骨干長軸的垂直距離。髖臼外展角測量標準為髖臼外側最高點與最低點連線和中軸線垂線之間夾角。髖臼前傾角測量標準為在CT髖臼最大橫斷面上，髖臼緣最前點與最后點連線和身體水平面垂線之間的夾角。腫瘤學評估包括局部復發、轉移和死亡。并發癥評估包括感染、脫位、假體松動、假體斷裂等。

2 結 果

所有患者在術前個性化規劃和截骨導板輔助下達到了R0切除并順利完成3D打印定制假體重建。9例患者保留了髂前下棘，無需進行股直肌重建，其余患者進行了股直肌重建；臀大肌、髂腰肌、縫匠肌均達到了良好重建。手術時間290～600min，平均(414.22±89.13)min；術中出血量1 200～7 540 mL，平均(2 682.22±1 909.93)mL。22例患者均獲隨訪，隨訪時間20～27個月，平均隨訪時間(23.78±2.54)個月。6例患者接受了術后化療，3例患者術前接受了新輔助治療，末次隨訪時所有患者無腫瘤復發及死亡。術后4例患者出現了切口感染，5例患者切口周圍脂肪壞死引起傷口延遲愈合，經清創術后一期縫合切口。末次隨訪時未見深部感染、假體脫位、螺釘斷裂、假體周圍骨折等并發癥。

末次隨訪時患者均獲得良好的骨整合，術后雙下肢長度方面，健側為(21.64±3.48)mm，患側為(22.29±3.55)mm，雙側對比差異無統計學意義(t=-1.879，P=0.097)；髖臼高度測量方面，健側為(82.59±8.35)mm，患側為(84.21±9.26)mm，雙側對比差異無統計學意義(t=-1.731，P=0.122)；承重力臂方面，健側(97.43±3.81)mm，患側(95.97±4.49)mm，雙側對比差異無統計學意義(t=1.132，P=0.290)。患側髖關節偏心距術前為(31.12±2.33)mm，術后為(30.33±2.12)mm，差異無統計學意義(t=2.123，P=0.067)；髖臼外展角術前為(42.76±8.11)°，術后為(40.54±7.01)°，差異無統計學意義(t=2.264，P=0.053)；髖臼前傾角術前為(17.79±4.28)°，術后(20.23±2.99)°，差異無統計學意義(t=-2.052，P=0.074)。

術后患者髖關節功能均有明顯改善，Harris評分術前(56.40±11.95)分，術后(73.56±8.41)分，術后前后比較差異有統計學意義(t=8.602，P<0.05)。MSTS評分手術前后比較差異有統計學意義(t=13.315，P<0.05，見表1)。

表1 22例患者手術前后MSTS評分比較分)

典型病例為一31歲女性患者，因騎車扭傷出現左髖部疼痛來我院就診，入院后病理明確診斷為骨肉瘤(毛細血管擴張型)、行左側Ⅱ+Ⅲ區骨盆骨肉瘤切除術+3D打印半骨盆假體置換術、術后恢復情況良好。手術前后影像學資料見圖1～8。

圖1 術前CT橫斷面可見左側髖臼周圍占位性病變 圖2 術前CT冠狀位可見左側骨肉瘤侵犯骨盆Ⅱ+Ⅲ區 圖3 術前MRI T1WI可見左側骨肉瘤范圍，其內呈低信號 圖4 術前MRI T2WI示左側骨肉瘤邊界，其內呈不均勻高信號

圖5 術前三維重建骨盆數字模型并模擬術中截骨位置

圖6 3D打印出1∶1骨盆實物模型及定制假體模型

圖7 術中安裝定制3D打印假體，切除的腫瘤標本

圖8 術后X線片示假體重建位置良好

3 討 論

3.1 個性化手術導板及假體設計是重建的關鍵 近年來，手術導板及定制假體逐漸在臨床應用，本研究設計個性化截骨導板，提高了截骨平面和方向的精度。以往定制假體常用涂層覆蓋甚至拋光假體表面導致假體-截骨面骨整合不良，進而出現假體機械失效[10-11]。隨著3D打印技術的發展和骨整合理論的提出，有研究證明類骨小梁多孔結構，能夠一定程度上促進骨整合[12-14]。假體置換的目標是為了恢復患者的功能進而提高患者生存質量，假體強度和骨整合能力是關鍵。為了提高假體強度，假體內部采用了實心構造，將骨盆支撐結構、髖臼、螺釘孔設計為一體。已有文獻證明3D打印鈦合金骨小梁具有較高的拉伸強度，拉伸破壞時破壞形式為絲徑斷裂，不會在骨小梁與假體的結合面發生斷裂[15]。骨整合能力與假體界面結構，連接穩定行和應力刺激相關，本研究假體界面均采用已被證實具有促進骨形成的多孔表面結構[16-18]。筆者團隊通過三維解剖模型為每位患者“量身定做”了具有類骨小梁結構多孔表面結構的定制假體，并應用于22例髖臼周圍原發性惡性腫瘤患者。手術中，盡可能增加截骨面與假體的連接，輔以股骨頭自體骨移植促進骨整合。術后康復期倡導早期行負重鍛煉，通過適當的應力刺激促進假體-截骨面骨整合，增加整體的穩定性。

3.2 重視術前手術方案設計和術中精準操作 本研究采用基于薄層CT生成三維數字化解剖模型，精準定位腫瘤邊界。術前通過3D打印實體模型模擬截骨，設計個性化手術導板幫助術中精準截骨；設計定制假體確保截骨面與假體接觸面達到最大限度，類骨小梁多孔表面結構促進骨整合；釘道的設計保證了假體的穩定固定，并且減少了術中攝片次數。正是嚴謹的術前個性化手術方案設計幫助術者在腫瘤R0切除的同時重建骨盆穩定性。骨盆腫瘤位于較深位置，解剖結構復雜，術中需分離眾多軟組織及肌肉，術前3D解剖模型的建立使得術者可選擇合適的手術入路，術中減少組織的損傷；術中應盡可能保留肌肉附著點骨組織，可保留髂前下棘的患者，應最大限度的保留髂前下棘，不破壞股直肌的生理結構；術中導板的應用減小了不必要的手術視野暴露；精準測量能夠保證術中最大限度達到髖臼原位重建，恢復正常應力傳導。此前采用定制半骨盆假體的臨床研究報道顯示術后患者平均MSTS評分為11～22分[12，19-21]，本研究中MSTS評分為21.22分。末次隨訪時，16例患者能無輔助措施行走，6例患者可借助單拐行走。

3.3 并發癥的防治 骨盆惡性腫瘤切除后假體重建最常見的并發癥包括腫瘤復發、感染和脫位[22-24]。本研究中僅出現了切口感染及脂肪液化壞死，并發癥較少。原因可能為：(1)采用表面類骨小梁多孔結構假體，為軟組織長入提供條件，減少術后死腔。(2)截骨導板可幫助減少術中截骨面暴露時間。(3)術中反復的脈沖水槍沖洗和化療藥物的浸泡幫助殺滅游離腫瘤細胞和避免創面感染。(4)為減少脫位，術前對髖關節進行了精準的測量，術中借助導板精準截骨并按術前設計方案重建，在適當增加前傾角情況下安置聚乙烯內杯，通過人工補片進行關節囊修補，并適當調整了肌肉軟組織張力。

本研究也有不足之處：(1)3D打印價格昂貴，術前準備周期長；缺乏相關的行業標準，訂制假體及導板仍需要大量的臨床試驗證明其有效性及安全性。(2)本研究為回顧性研究，存在選擇偏倚；本研究總體術后隨訪時間較短，可能會低估無菌性松動、螺釘斷裂等機械相關并發癥的發生率；3D打印材料的骨長入效能需要更長的隨訪時間去驗證。(3)對切除骨盆Ⅲ區的患者，是否需對恥骨支及坐骨進行重建以達到恢復骨盆的環狀結構尚不清楚。目前看來，在嚴謹的術前準備和評估下，3D打印定制半骨盆假體是髖臼周圍惡性腫瘤切除后骨盆重建的一種可靠方法。