3D打印假体重建骨肿瘤术后大段骨缺损

doi:10.12307/2023.669

中国组织工程研究 ›› 2023, Vol. 27 ›› Issue (29): 4628-4634.doi: 10.12307/2023.669

• 人工假体 artificial prosthesis • 上一篇下一篇

3D打印假体重建骨肿瘤术后大段骨缺损

丹尼尔•赛德尔丁1 ，黄晓夏2，陈江涛1，田征1，艾克拜尔•尤努斯1

1新疆医科大学第一附属医院骨肿瘤外科，新疆维吾尔自治区乌鲁木齐市 830054；2新疆军区总医院骨科，新疆维吾尔自治区乌鲁木齐市 830099

收稿日期:2022-06-28 接受日期:2022-09-28 出版日期:2023-10-18 发布日期:2022-12-02
通讯作者: 陈江涛，主任医师，新疆医科大学第一附属医院骨肿瘤外科，新疆维吾尔自治区乌鲁木齐市 830054
作者简介:丹尼尔•赛德尔丁，男，1995年生，新疆维吾尔自治区伊宁市人，维吾尔族，2022年新疆医科大学毕业，硕士，主要从事骨与软组织肿瘤方面的研究。

3D-printed prostheses for large bone defect reconstruction following bone tumor surgery

Daniyar·Saderden1, Huang Xiaoxia2, Chen Jiangtao1, Tian Zheng1, Akbar·Yunus1

1Department of Bone Tumor Surgery, the First Affiliated Hospital of Xinjiang Medical University, Urumqi 830054, Xinjiang Uygur Autonomous Region, China; 2Department of Orthopaedics, Xinjiang Military Region General Hospital, Urumqi 830099, Xinjiang Uygur Autonomous Region, China

Received:2022-06-28 Accepted:2022-09-28 Online:2023-10-18 Published:2022-12-02
Contact: Chen Jiangtao, Chief physician, Department of Bone Tumor Surgery, the First Affiliated Hospital of Xinjiang Medical University, Urumqi 830054, Xinjiang Uygur Autonomous Region, China
About author:Daniyar ·Saderden, Master, Department of Bone Tumor Surgery, the First Affiliated Hospital of Xinjiang Medical University, Urumqi 830054, Xinjiang Uygur Autonomous Region, China

摘要/Abstract

摘要：

文题释义：

3D打印假体：通过影像学资料分析与数字化建模，最终由打印机制作出的植入物，普遍应用于骨缺损的重建。其可根据患者个体化设计并制作不同孔径与孔隙率的支架来获得更好的骨整合及机械性能。
骨缺损：由于创伤、感染、肿瘤等因素导致骨组织的缺失，大节段骨缺损因其跨度大、形态多样、局部力学稳定性受损严重而难于治疗，尤其是干骺端。严重影响肢体功能及生活质量。

背景：瘤段切除是治疗骨肿瘤的标准方法之一，然而，肿瘤切除后骨缺损的重建面临诸多挑战，3D打印假体在重建骨肿瘤切除后的骨缺损中逐渐得到重视。
目的：探讨3D打印假体在骨肿瘤术后大段骨缺损重建中的可行性，并评估术后疗效。
方法：回顾性分析2020年12月至2021年9月在新疆医科大学第一附属医院骨肿瘤外科完成骨肿瘤切除+3D打印假体植入的24例患者的临床资料，其中男19例，女5例；平均年龄为23.8(6-61)岁；股骨远端7例，骨盆5例，胫骨近端4例，股骨中段3例，胫骨远端1例，肱骨近端1例，肱骨中段1例，肩胛骨1例，尺骨1例；其中原发性肿瘤22例(包括骨肉瘤13例、尤文肉瘤4例、骨巨细胞瘤2例、软骨母细胞瘤1例、软骨肉瘤1例、骨母细胞瘤1例)，转移癌2例。术前及术后详细记录各项影像学资料，17例术前行新辅助化疗；术前及术后6个月采用肌肉骨骼肿瘤协会评分系统对肢体功能进行评估，以目测类比评分对疼痛进行评估，并记录并发症发生情况。
结果与结论：①所有患者均行瘤段切除+3D打印假体置入重建骨缺损，均获得随访，随访时间为6-49个月，截骨长度为(18.2±7.3) cm，术中出血量平均为740(100-3 000) mL；②2例患者全身转移死亡，其余22例在随访期间无肺转移、复发，1例患者术后25个月出现无菌性松动；③术后6个月，肌肉骨骼肿瘤协会评分高于术前，目测类比评分低于术前，差异均有显著性意义(P < 0.05)；④末次随访时22例患者肌肉骨骼肿瘤协会评分均评为优；⑤提示3D打印假体在重建骨肿瘤切除导致的大段骨缺损中是可行的，术后功能良好，并发症少，但是需要长期的随访来证明其远期结果。
https://orcid.org/0000-0003-1444-609X (丹尼尔•赛德尔丁)
中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节；骨植入物；脊柱；骨折；内固定；数字化骨科；组织工程

关键词: 骨肿瘤, 大段骨缺损, 3D打印假体, 骨重建, 疗效分析

Abstract: BACKGROUND: Tumor segment resection is one of the standard methods for the treatment of bone tumors. However, the reconstruction of bone defects after tumor resection faces many challenges. A growing number of researchers are focusing on 3D-printed prostheses for bone defect repair and reconstruction following bone tumor surgery.
OBJECTIVE: To explore the feasibility of 3D-printed prostheses in the reconstruction of large bone defect following bone tumor surgery and to evaluate the postoperative outcomes.
METHODS: Retrospective analysis of clinical data of 24 patients [19 males and 5 females, age 23.8 (6-61) years] who underwent bone tumor resection and 3D-printed prosthesis implantation in the Department of Bone Oncology, the First Affiliated Hospital of Xinjiang Medical University from December 2020 to September 2021 was conducted. There were 7 cases with distal femur tumor, 5 with pelvis tumor, 4 with proximal tibia tumor, 3 with middle femur tumor, 1 with distal tibia tumor, 1 with proximal humerus tumor, 1 with middle humerus tumor, 1 with scapula tumor, 1 with ulna tumor, and 22 cases with primary tumors (13 osteosarcoma, 4 Ewing sarcoma, 2 giant cell tumor of bone, 1 chondroblastoma, 1 chondrosarcoma, and 1 osteoblastoma), 2 metastatic carcinoma. Preoperative and postoperative imaging data were recorded and neoadjuvant chemotherapy was administered in 17 cases before surgery. The Musculoskeletal Tumour Society score was used to assess limb function before surgery and 6 months after surgery, and pain was assessed by the Visual Analog Scale, as well as the complications were recorded.
RESULTS AND CONCLUSION: (1) All patients undergoing resection of the tumor segment and 3D-printed prosthesis implantation for the reconstruction of the bone defect were followed for 6-49 months, and the results showed that the length of osteotomy was (18.2 ± 7.3) cm and an average intraoperative bleeding volume was 740 (100-3 000) mL. (2) Two patients died of systemic metastasis, the remaining 22 had no pulmonary metastasis or recurrence during the follow-up period, and 1 patient developed aseptic loosening of the prosthesis at 25 months postoperatively. (3) The Musculoskeletal Tumour Society scores were significantly increased, while Visual Analog Scale scores were significantly decreased (P < 0.05) at 6 months postoperatively. (4) The Musculoskeletal Tumor Society score was rated excellent in all 22 patients at the final follow-up. (5) These results suggest that 3D-printed prosthesis is suitable for the reconstruction of large bone defects caused by bone tumor resection. Patients have good postoperative function and few complications. However, further investigations are needed to explore long-term follow-up results.

Key words: bone tumor, large bone defect, 3D-printed prostheses, bone reconstruction, efficacy analysis

中图分类号:

丹尼尔•赛德尔丁, 黄晓夏, 陈江涛, 田征, 艾克拜尔•尤努斯. 3D打印假体重建骨肿瘤术后大段骨缺损[J]. 中国组织工程研究, 2023, 27(29): 4628-4634.

Daniyar·Saderden, Huang Xiaoxia, Chen Jiangtao, Tian Zheng, Akbar·Yunus. 3D-printed prostheses for large bone defect reconstruction following bone tumor surgery[J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2023, 27(29): 4628-4634.

图/表（结果） 5

2.1 参与者数量分析共纳入24例患者，有2例在术后6个月因全身转移而死亡，其余22例在随访期间无肺转移、复发，1例患者术后25个月出现无菌性松动。
2.2 试验流程图见图1。

2.3 一般临床结果 24例患者均获得随访，随访时间为6-49个月。有2例因全身转移而死亡，其余随访期间无肺转移病例、肿瘤复发；24例患者均无神经损伤、术区感染等术后并发症，切口均符合临床愈合标准；截骨长度为(18.2±7.3) cm，平均术中出血量为740(100-3 000) mL。
2.4 肢体功能及疼痛分析对24例患者术前及术后6个月肢体功能及疼痛评分结果进行分析。术前MSTS评分系统(12.08±3.92)分(5-20分)，术前目测类比评分(7±2)分(3-10分)。术后6个月MSTS评分优于术前，差异有显著性意义(P < 0.05)；术后6个月目测类比评分低于术前，疼痛明显减轻，差异有显著性意义(P < 0.05)，见表3。

下肢肿瘤(n=20)患者术后疼痛、下肢功能、情感接受度、行走能力和步态均明显优于术前，差异有显著性意义，行走时辅助术前与术后无差别；上肢肿瘤(n=4)患者中，手的位置、灵活性与提取重物能力术前与术后差异均无显著性意义(表4)。最后一次随访中，22例患者MSTS评分均评为优。

2.5 并发症及处理 1例右侧股骨远端骨肉瘤患者，术前患肢伴随病理性骨折，在瘤段切除及3D打印假体植入术后8个月出现患肢切口远端皮肤出现破溃，疼痛明显，可见假体外露，破溃周围皮肤红肿，少量脓性液体渗出，考虑为假体周围感染，遂取出原有假体并予以临时假体间隔器置入，下肢明显不等长。首次假体植入术后18个月行翻修术，取出间隔器并置入股骨3D打印假体，并予以万古霉素预防性抗炎治疗，1周后改用口服阿莫西林克拉维酸钾预防感染。定制增高鞋，复查平片假体位置良好(图2)。

2.6 典型病例男性患者，13岁，以“右肩关节疼痛伴活动受限1周”为主诉入院。随即完善检查并安排穿刺活检手术，病理结果回报“软骨母细胞瘤”，从X射线片、CT三维重建中可以看得出来肿瘤已经严重侵蚀破坏肱骨头(图3)，右侧肩关节上举、外旋、内旋、内收活动障碍，无法外展。但关节间隙清晰，关节面光滑，决定设计一种符合肱骨近端病灶刮除后导致的骨缺损大小类型的一种假体，髓腔内生物性填充，保留肩关节；术中三角肌覆盖假体，术后切口愈合良好，张力适中。术后复查X射线平片假体位置适合，术后8个月随访，肢体功能恢复好，MSTS评分为28分，基本生活能力不受影响。

参考文献

[1] MASQUELET AC, BEGUE T. The concept of induced membrane for reconstruction of long bone defects. Orthop Clin North Am. 2010;41(1): 27-37; table of contents.
[2] PHO RW. Free vascularised fibular transplant for replacement of the lower radius. J Bone Joint Surg Br. 1979;61-B(3):362-365.
[3] SHIH HN, CHEN YJ, HUANG TJ, et al. Semistructural allografting in bone defects after curettage. J Surg Oncol. 1998;68(3):159-165.
[4] HENDERSON ER, GROUNDLAND JS, PALA E, et al. Failure mode classification for tumor endoprostheses: retrospective review of five institutions and a literature review. J Bone Joint Surg Am. 2011;93(5): 418-429.
[5] LU M, LI Y, LUO Y, et al. Uncemented three-dimensional-printed prosthetic reconstruction for massive bone defects of the proximal tibia. World J Surg Oncol. 2018;16(1):47.
[6] DAHAKE S, KUTHE A, KULKARNI S, et al. Finite element analysis of customized implant in mandibular reconstruction after tumor resection with and without using customized surgical osteotomy guide. Int J Med Robot. 2018;14(1):10.1002/rcs.1854.
[7] RUGGIERI P, MAVROGENIS AF, PALA E, et al. Long term results of fixed-hinge megaprostheses in limb salvage for malignancy. Knee. 2012; 19(5):543-549.
[8] LI J, CHEN G, LU Y, et al. Factors Influencing Osseous Union Following Surgical Treatment of Bone Tumors with Use of the Capanna Technique. J Bone Joint Surg Am. 2019;101(22):2036-2043.
[9] GURSAN O, CELTIK M, YANIK B, et al. Three-Dimensionally-Printed Joint-Preserving Prosthetic Reconstruction of Massive Bone Defects After Malignant Tumor Resection of the Proximal Tibia. Cureus. 2021; 13(3):e13784.
[10] WONG KC, KUMTA SM, GEEL NV, et al. One-step reconstruction with a 3D-printed, biomechanically evaluated custom implant after complex pelvic tumor resection. Comput Aided Surg. 2015;20(1):14-23.
[11] WANG B, HAO Y, PU F, et al. Computer-aided designed, three dimensional-printed hemipelvic prosthesis for peri-acetabular malignant bone tumour. Int Orthop. 2018;42(3):687-694.
[12] WANG J, MIN L, LU M, et al. What are the Complications of Three-dimensionally Printed, Custom-made, Integrative Hemipelvic Endoprostheses in Patients with Primary Malignancies Involving the Acetabulum, and What is the Function of These Patients? Clin Orthop Relat Res. 2020;478(11):2487-2501.
[13] 闵理,王杰,张瑀琦,等. 3D打印定制一体化半骨盆假体治疗髋臼周围原发恶性骨肿瘤短期疗效的评估[J].中国骨与关节杂志,2021, 10(8):592-600.
[14] DOROZHKIN SV, EPPLE M. Biological and medical significance of calcium phosphates. Angew Chem Int Ed Engl. 2002;41(17):3130-3146.
[15] GUDER WK, HARDES J, GOSHEGER G, et al. Ultra-short stem anchorage in the proximal tibial epiphysis after intercalary tumor resections: analysis of reconstruction survival in four patients at a mean follow-up of 56 months. Arch Orthop Trauma Surg. 2017;137(4):481-488.
[16] HOUDEK MT, ROSE PS, MILBRANDT TA, et al. Comparison of Pediatric Intercalary Allograft Reconstructions with and without a Free Vascularized Fibula. Plast Reconstr Surg. 2018;142(4):1065-1071.
[17] KAA AK, JORGENSEN PH, SOJBJERG JO, et al. Reverse shoulderreplacement after resection of the proximal humerus for bone tumours. Bone Joint J. 2013;95-B(11):1551-1555.
[18] KING JJ, NYSTROM LM, REIMER NB, et al. Allograft-prosthetic composite reverse total shoulder arthro-plasty for reconstruction of proximal humerus tumor resections.J Shoulder Elb Surg.2016;25(1):45-54.
[19] BONNEVIALLE N, MANSAT P, LEBON J, et al. Reverseshoulder arthroplasty for malignant tumors of proximal humerus.J Shoulder Elb Surg. 2015;24(1):36-44.
[20] LIN CL, FANG JJ, LIN RM. Resection of giant invasive sacral schwannoma using image-based customized osteotomy tools. Eur Spine J. 2016; 25(12):4103-4107.
[21] JEYS LM, GRIMER RJ, CARTER SR, et al. Periprosthetic infection in patients treated for an orthopaedic oncological condition. J Bone Joint Surg Am. 2005;87(4):842-849.
[22] DOROZHKIN SV, EPPLE M. Biological and medical significance of calcium phosphates. Angew Chem Int Ed Engl. 2002;41(17):3130-3146.
[23] 张昭,朱东泽,党竞医,等.3D打印技术在骨肿瘤精准化治疗中的研究进展[J].生物骨科材料与临床研究,2022,19(3):81-85.
[24] 丁昊,邵显昊,杨强,等.LARS韧带联合3D打印假体在肿瘤切除桡侧半腕关节重建术中的应用研究[J].中国修复重建外科杂志, 2022,36(7):822-827.
[25] 黄晓夏,赵岩,彭聪,等.3D打印辅助改良前外侧双肌间隙入路治疗后外侧柱胫骨平台骨折[J].创伤外科杂志,2021,23(10):734-739.
[26] HOLLANDER DA, VON WALTER M, WIRTZ T, et al. Structural,mechanical and in vitro characterization of individually structured Ti-6Al-4V produced by direct laser forming. Biomaterials. 2006;27(7):955-963.
[27] LEE SS, SANTSCHI M, FERGUSON SJ. A Biomimetic Macroporous Hybrid Scaffold with Sustained Drug Delivery for Enhanced Bone Regeneration. Biomacromolecules. 2021;22(6):2460-2471.
[28] HOLLISTER SJ. Scaffold design and manufacturing: from concept to clinic. Adv Mater. 2009;21(32-33):3330-3342.

引言

一直以来，由于肿瘤、创伤、感染等诸多因素导致的长骨骨缺损是骨科医生普遍遇到且挑战性极强的问题，如治疗不当或后期并发症，甚至会导致终身残疾。目前治疗下肢骨缺损的方法有很多，如牵引成骨移植、Masqulet诱导膜技术[1]、自体骨移植[2]、人工骨移植等[3]，但这些传统方法都存在治疗周期长、不能及早负重、医疗费用高、效果不理想等缺点，当使用传统肿瘤假体时，无菌性松动是最常见的失败原因，其次为感染与假体周围骨折[4]。因此，术前精确的影像学评估、严格控制无菌环境与规范的设计是手术成功和获得良好随访的关键途径。保肢手术在治疗四肢原发性和转移性骨肿瘤中变得普遍。
自20世纪80年代初3D打印技术问世，在骨科手术中引起了强烈兴趣，并迅速应用在脊柱、肿瘤、创伤手术中。3D打印假体是由骨科医生与工程师一并讨论设计，再由快速成型技术制造出预先设计形状的植入物。通过计算机断层扫描(CT)和磁共振成像(MRI)扫描，获得3D模型数据(Dicom格式)，再将数据导入到Materialise Mimics 17.0软件(Materialise
Corp，比利时)，逆向数据重建患骨的三维图像，并采用不同规格的打印机完成假体的印刷。LU等[5]对4例胫骨近端骨巨细胞瘤患者行肿瘤切除后3D打印假体置换术，该研究的创新点在于以标准膝关节肿瘤假体的基础上再结合3D打印胫骨块来填补胫骨缺损，并在设计的过程中为膝关节副韧带设计了附着点，保证了膝关节的稳定。先前的研究表明，植入物和宿主骨之间没有缝隙可以显著提高重建结构的稳定性[6]。3D打印技术可能会为骨整合提供更好的解决方案，它可以制造一个多孔的金属表面，允许骨骼生长，这可能会显著降低假体相关的并发症。3D打印假体重建似乎是替代同种异体移植物重建的一种很有前途的方法，不仅可以早期进行功能锻炼并减少与同种异体移植相关的并发症，还可以达到机械-生物重建[7]。
此次研究旨在回顾性分析在新疆医科大学第一附属医院接受3D打印假体置入的24例骨肿瘤患者，评估术后功能、并发症等疗效指标，探索影响假体存活率的诸多因素，探究3D打印假体在骨肿瘤术后大段骨缺损填充方面具有的临床价值以及作者心得。中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节；骨植入物；脊柱；骨折；内固定；数字化骨科；组织工程

材料方法

1.1 设计回顾性病例分析，配对t检验，非参数Wilcoxon符号秩检验。
1.2 时间及地点试验于2020年12月至2021年9月在新疆医科大学第一附属医院骨肿瘤外科完成。

1.3 材料植入物介绍见表1。

1.4 对象收集于2020年12月至2021年9月在新疆医科大学第一附属医院骨肿瘤外科完成骨肿瘤切除+3D打印假体植入的24例患者的临床资料。
纳入标准：①通过X射线片、CT、MRI等影像学检查证实四肢骨或骨盆存在肿瘤侵犯；②行病变部位穿刺活检术；③满足保肢治疗指征(病灶解剖上是局限、可广泛切除者，Enneking分期ⅡB 期及以下)；④手术采用3D打印假体重建骨缺损；⑤资料完整且有随访记录。
排除标准：①合并其他严重疾病或全身状况无法耐受手术者；②对金属植入物过敏者；③伴有严重骨质疏松者；④患侧其他关节功能不足影响肢体功能评分者。

按上述标准，回顾性分析新疆医科大学第一附属医院从2017年2月至2021年4月收治的3D打印假体重建瘤段切除后大段骨缺损患者24例，其中男19例，女5例；平均年龄23.8(6-61)岁；其中股骨远端7例，骨盆5例，胫骨近端4例，股骨中段3例，胫骨远端1例，肱骨近端1例，肱骨中段1例，肩胛骨1例，尺骨1例。患者临床资料见表2。20例患者术前主要临床表现为患区疼痛，以夜间痛为显著，伴或不伴四肢感觉、运动功能障碍。根据目测类比评分准确评估静息疼痛，肢体功能由肌肉骨骼肿瘤协会(Musculoskeletal Tumor Society，MSTS)量表记录。原发性肿瘤22例，其中骨肉瘤 13例，尤文肉瘤4例，骨巨细胞瘤2例，软骨母细胞瘤1例，软骨肉瘤1例，骨母细胞瘤1例；转移癌2例。

此次研究由新疆医科大学第一附属医院伦理委员会批准。所有患者或监护人在同意使用3D打印假体时，签署了书面知情同意书。
24例患者均经X射线平片、计算机断层扫描(CT)和磁共振成像(MRI)检查，并通过胸部薄层CT扫描和全身骨显像检查评估远处转移，根据MIMICS上的MRI数据对周围骨质量和安全边界进行评估，肺转移灶和骨转移灶分别通过肺部CT扫描和全身骨扫描获得，所有病例均无远处转移。
1.5 方法所有患者均行穿刺活检术，仔细评估手术入路，确定穿刺位置。
病理结果：骨肉瘤13例，4例尤文肉瘤，2例转移癌(肺癌、甲状腺癌)，1例软骨母细胞瘤，1例骨母细胞瘤、1例软骨肉瘤、2例骨巨细胞瘤。其中骨肉瘤患者均给予术前新辅助化疗[多美素(石药集团欧意药业有限公司)40 mg，顺铂(江苏豪森药业集团有限公司)100 mg，盐酸吡柔比星(深圳万乐药业有限公司)30 mg，1-27 顺铂90 mg，异环磷酰胺(齐鲁制药有限公司)3 g，共4次]为一周期；硫酸长春地辛(深圳万乐药业有限公司)2 mg/次，共2次；甲氨蝶呤[Pfizer(Perth)Pty Limited]8 000 mg/次，共1次；异环磷酰胺2 g /次，共1次；3 g/次，共1次，间隔1 d)为一周期。尤文肉瘤(异环磷酰胺3.5 g，共4次；盐酸吡柔比星30 mg，共3次；随后给予异环磷酰胺3.5 g 一次。14 d后给予环磷酰胺(Baxter Oncology GmbH)2 000 mg 共2次；硫酸长春地辛 2 mg 共1次；盐酸吡柔比星30 mg 2次。再1周后给予异环磷酰胺3.5 g，共4次；依托泊苷0.1 g，共4次。
所有患者术前完善血常规、凝血功能、炎症指标、心电图、心肺功能等，均无手术禁忌证，术前认真评估影像学检查，确定肿瘤边界、涉及范围、与周围重要血管神经关系以及截骨范围。术前每个病例均行3D打印模型的制作，在医患沟通、术前计划、术中辅助、医学教育等方面具有重要价值。
提取患者CT和MRI扫描数据，数据以常用的医学文件格式DICOM(医学中的数字成像和通信)输出，导入到Materialise Mimics 17.0软件(Materialise Corp.，比利时)，逆向数据重建患骨的三维图像，并使用打印机完成假体的印刷。拓扑优化假体，并确定软组织附丽通道以及结合内固定装置。所有假体均为钛合金材料，由中国北京力达康科技有限公司采用电子束熔融技术制作。值得一提的是，所有假体都是为每位患者量身订做的，假体为孔径为500 μm和70%孔隙率的多孔结构，此组采用的定制假体均由北京力达康科技有限公司提供。
1.6 主要观察指标记录MSTS-93 年版量表整体影响患者的因素(包括疼痛、活动功能、满意度等)及影响上肢(如手的位置、手灵活度、上举能力)或下肢的特殊因素(如是否应有外部辅助器械、行走能力、步态等)，MSTS的总分为30分。优良率：24-30 分为优，18-23 分为良，12-17分为可，低于12分为差。
采用目测类比评分对患者术后主观的疼痛感觉进行量化，最小值为0分，表示无任何疼痛。1-3分表示轻度疼痛，不影响患者的睡眠质量；4-6分表示中度疼痛，睡眠质量受到影响；7-10分表示重度疼痛，患者因疼痛无法入眠，最大值为10分，表示剧痛。
分别于术前与术后6个月对每一例患者使用上述评分系统进行量化评分，并记录假体相关并发症。
1.7 统计学分析运用SPSS 22.0软件对上述评分数据进行收集和统计学分析，术前与术后肢体功能评分与疼痛评分以x±s形式表示，符合正态分布的连续变量采用配对t检验，不符合正态分布采用非参数Wilcoxon符号秩检验。检验水准a值取双侧0.05，若P < 0.05 则表明差异性存在，统计分析结果具有统计学意义。文章统计学方法已经新疆医科大学第一附属医院生物统计学专家审核。

讨论

大多数原发性恶性骨肿瘤发生在长骨干骺端，主要围绕膝盖和股骨近端，广泛切除被认为是原发性或单发转移恶性骨肿瘤的关键治疗方式。在广泛的骨盆骨肿瘤、负重骨肿瘤累积一侧关节等切除术中，经常需要复杂的多平面切骨，并有足够的切缘。即使在广泛切除成功后，重建也是另一个挑战，考虑到步态功能的恢复和预防，尤其是髋臼周围或骨盆环结构，重建往往是必要的，以维持负重和步态功能。修复节段性骨缺损的技术有同种异体腓骨移植、带血管腓骨移植、大段同种异体腓骨移植和带血管腓骨髓内联合移植(Capanna技术)，在骨间节段重建中保留了骨骺及关节面，具有一定的优势。然而，生物重建的并发症包括移植物骨折、骨不连和感染，在无血管移植技术和接受化疗的患者中发生率较高[8]。在下肢骨缺损中重要的是要考虑取腓骨后膝关节和踝关节不稳定的可能性和足够的同种异体移植物的可用性，以及需要一支专门的外科医生团队对患侧进行腓骨微血管移植，这使得这些操作具有很高的要求，且不适用于罕见和特殊的解剖情况，如儿童肱骨、桡骨远端或成人骨盆切除术。
节段性假体修复骨缺损比其他生物重建更受欢迎[9]。WONG等[10]介绍了在1例21岁患者尤文氏肉瘤切除术后用3D打印植入物重建锁骨的证据。使用定制的3D打印锁骨，能够重建并实现锁骨对称，以满足对年轻患者重要功能重建和美容要求。由于解剖结构的复杂性和超荷负重，肿瘤切除后的重建仍然是骨科肿瘤医生面临的最大挑战之一。然而，使用定制3D打印骨盆假体进行复杂骨盆重建的2年随访中显示出良好的功能结果[11-13]，3D打印技术可以通过构建骨小梁结构以促进骨整合，植入材料的孔隙率、孔径大小和弹性成分与患者植入物相结合，这些元素可以提供符合手术和患骨生物机械要求的解决方案。作者使用3D打印定制植入物进行骨盆重建术的经验证明，它在功能恢复、美容效果和生活质量方面具有巨大的潜力，值得注意的是，毗邻神经血管束或重要器官植入物表面需要抛光处理。此组研究中，有7例骨肉瘤患者、2例尤文肉瘤患者术后引流较多，作者决定适当延长术后化疗时间，待切口愈合良好，拔出引流管后开始化疗同时监测生命体征，肢体功能恢复满意。
3D打印假体符合解剖结构，具有多孔的金属表面，允许骨生长，使骨-植入物生物-机械连接[14]。因此，从理论上讲，3D打印假体结合了假体重建和生物重建的优点，这可能会减少假体相关的并发症。在此次研究中，12例膝关节周围的干骺端和胫骨骨干恶性骨肿瘤患者在3D打印截骨导板的辅助下，采用保留关节的肿瘤切除，并使用3D打印的假体进行重建。作者评估了使用3D打印的截骨导板进行目标骨切除的准确性，以及使用3D打印的节段性假体重建后的功能结果、并发症和肿瘤状态。GUDER等[15]用定制的超短柄假体治疗了4例胫骨近端干骺端肿瘤，经过平均56个月的随访，他们报告MSTS-93平均得分优良率为93%，并发症发生率为50%。WONG等[10]描述了定制的保留关节假体在6例干骺端恶性骨肿瘤患者中的应用，平均随访41个月，平均MSTS评分优良率为97%，仅有1例并发症。两种不同假体的并发症发生率差异较大，可能与假体与骨的界面有关。此次研究中，结果与上述研究结果相似，仅3例(2例已死亡)患者出现并发症，且其中1例的假体松动不严重，剩余22例患者在最后一次随访的功能评分(MSTS评分)及疼痛(目测类比评分)评分中表现为优，取得了良好的短期
效果。
此组研究中，所有患者都因为相当精准可靠的重建而允许早期部分负重，这比其他保留关节的假体重建要早得多[16]，作者观察到与以往传统肿瘤假体相比，肢体功能与步态有了明显改善。然而手的灵活度、提取重物方面无明显改变，这是由于纳入上肢的病例仅为4例且单个部位病例少，这难免会造成偏倚，也是此次研究的局限性之一。肩关节重建的功能结果与几个因素有关，包括是否保留肩袖和肩带肌肉，以及是否涉及腋神经[17]。如图3所示，在术中将切断的三角肌止点与胸大肌止点以及肩袖缝合至假体周围预先设计好的孔道，来增加关节囊与肩袖周围的稳定性，这样可防止术后肩袖再次破裂；之后评估了功能结果、肿瘤状况和重建相关的并发症，此患者在最后一次随访时疼痛明显缓解，能够恢复正常生活。肩关节不稳定是一个主要并发症[18-19]，可能与三角肌功能障碍(如三角肌麻痹和部分三角肌缺失)和假体相对较短有关。为了提高肩关节的稳定性，术中术者仔细保护了腋神经，并用定制的肱骨近端“鸟巢”假体重建了肿瘤切除后的缺损，在最后的随访中，没有观察到不稳定现象。
以前的研究表明，植入物和宿主骨之间没有缝隙可以显著提高重建的稳定性。3D打印技术可以更准确地切除肿瘤，并使植入物和残余骨之间能够精确匹配[5，20]。在此次研究中，术后3个月MSTS-93评分平均为81%，与一些研究中保留关节的肿瘤切除、间歇性假体或同种异体骨重建的结果相当。可见，3D打印的节段性假体重建似乎是一种很有前途且可以是同种异体骨重建的替代方法。假体周围感染和无菌性松动是与假体重建相关的最常见的并发症[4]。此次研究中仅有1例股骨远端骨肉瘤患者术后发生深部感染，经分泌物检查，确定为表皮葡萄球菌感染，可能是患者免疫力低下等因素导致的，经积极的抗感染治疗与翻修手术，病情得到有效控制。JEYS等[21]报道，感染失败的时间平均为47个月，然而一半的感染发生在前2年内，且大多数感染发生在手术后的前十年。另一方面，辐射也已经被证明是一个重要的危险因素，但化疗不是，其次，感染与肿瘤复发进展也是截肢的主要原因。恶性肿瘤、既往手术和长时间手术是假体关节周围感染的主要危险因素。在胫骨近端，感染的风险与相对缺乏伤口覆盖和伸展机构重建的不可靠选择有关。腓肠肌内侧瓣对于重建伸肌系统和充分覆盖假体方面均有价值，还可能降低感染率[22]。此次研究采取的3D打印假体均在术前经过精确设计并适当增加软组织附丽通道，以尽可能减少组织间腔隙及增大软组织稳定性，从而减少术后肌肉、韧带、假体间摩擦引起组织损伤导致的无菌性炎症，这也许是减少感染率的可行方法。无菌性松动是以往文献中另一种常见的假体重建术后并发症，占所有假体失败的19%。股骨远端无菌性松动占假体重建失败的6.8%，是所有部位中最高的[4]。软组织剥离、正常邻近肌肉和骨骼的广泛切除容易导致关节不稳定，这些假体的长度很长，在假体-骨界面处产生很高的弯曲应力，并可能导致松动和假体周围或假体骨折。在此次研究中有1例患者术后25个月出现无菌性松动，但经观察与讨论，考虑患者痛苦与经济负担，建议随访观察。
理想的骨支架应具有连通的多孔结构、足够的力学性能、良好的生物相容性和骨诱导活性[23-26]。支架的生物力学性能主要取决于其化学成分、结晶度、晶体织构和微观结构。自然骨的研究成果为人工骨支架的设计和制备提供了一种方法和思路。骨支架的三维孔径和适当的孔隙率使骨组织的生长与活骨充分结合，并使营养物质、氧气和生长因子能够运输到再生组织的中心，此次研究中，假体为孔径500 μm和70%孔隙率的多孔结构。到目前为止，制备与天然骨相匹配的力学性能良好的多孔羟基磷灰石/聚合物支架仍然是一个挑战。许多研究表明，用于骨再生的支架孔隙大小在100-500 μm之间[27]，因此大多数研究人员都试图在支架制作过程中实现这样尺寸的孔洞，但支架也不能过度设计，比周围组织和再生组织更坚硬的支架会引起不良的生理反应，如组织吸收等[28]。尽管如此，通过传统制造方法制造的支架仍在使用，并且这种方法不能控制孔的大小。微孔设计的界面不仅可以提供扭转阻力，还可以限制骨/种植体界面的剪切力。HOLLANDER等[26]报道了多孔钛合金支架与人成骨细胞体外共培养2周后，大量成骨细胞在支架表面和孔隙中黏附并存活。作者相信，骨小梁多孔结构的设计将会对假体的长期生物固定产生良好的效果，未来的工作应在动物模型中复制目前的研究，以检查全多孔植入物的长期骨重建。
此组24例均使用普通螺钉来完成骨/种植体复合材料的固定，因为它提供了即刻的稳定性。假体的形状必须根据骨骼的原始解剖和形态，对于长骨缺损，近关节侧为不规则形干骺端，骨干端多为圆柱形，这样做可以限制软组织撞击的可能性，保留更多的活骨，特别是股骨髁上部分。此外，假体的大小应恰好等于或小于残存近端和远端骨的大小，这样不会影响骨组织的爬行。假体远端距邻近关节太近或远端残骨质量差时，需打印3.5-4.0 mm厚的侧板或采取骨小梁结构，与假体加强件连接以保证强度，使用6.5 mm松质骨螺钉加压固定。对于神经血管和创面覆盖不良的患者，在种植前应采用皮瓣或移植技术重建软组织。
首先，这项研究有几个局限性，相对较短随访期的回顾性研究不足以解释这种有前景假体的长期有效性。其次，这一群体的病例数量相对较少，这可能会存在选择偏倚从而致结果与真实数据有偏差。因此应继续随访与研究，充分总结假体在骨肿瘤术后骨缺损重建方面存在的长期并发症。作者认为，3D打印假体可用于各个部位的复杂、挑战性骨缺损，但也可能会吸引骨科医师将其用于不严重的骨缺损。以作者经验来看，假体适用于长骨以及骨盆任何不规则的大段骨缺损，尤其是骨盆不连续的情况，多节段组配式假体可以最大程度地还原力学支撑。当然，髋臼部缺损，例如髋臼上边缘和穹窿顶部大量骨缺失的情况下，3D打印假体是可行的办法。对于禁忌证，作者认为深部组织活动性感染以及大量软组织、韧带丢失的情况下不可盲目行3D打印假体置入。
综上所述，3D打印假体在重建骨肿瘤切除导致的大段骨缺损中是可行的，术后功能良好，并发症少。但是需要长期的随访来证明其结果，值得临床医生进一步探索。
中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节；骨植入物；脊柱；骨折；内固定；数字化骨科；组织工程

3D打印假体重建骨肿瘤术后大段骨缺损

3D-printed prostheses for large bone defect reconstruction following bone tumor surgery

PDF

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

图/表（结果） 5

参考文献

相关文章 15

引言

材料方法

讨论

文章快阅

延伸阅读

编辑推荐

Metrics

本文评价

[1]	温星花, 丁焕文, 成凯, 闫晓楠, 彭元昊, 王宇宁, 刘康, 张挥武. 比格犬股骨大段骨缺损髓内钉固定方案设计的三维有限元建模分析[J]. 中国组织工程研究, 2023, 27(9): 1371-1376.
[2]	邱皓, 朱云, 翁政, 刘盾, 陈诗谋, 靳国荣, 陈渝. 老年股骨转子间骨折治疗过程中氨甲环酸的应用[J]. 中国组织工程研究, 2023, 27(22): 3550-3554.
[3]	黎淼, 何琪, 曾嘉旭, 陈柏豪, 黎少聪, 潘兆丰, 杨均政, 肖嘉聪, 王海彬. 骨科相关疾病发生发展中的铁超载[J]. 中国组织工程研究, 2023, 27(17): 2723-2728.
[4]	何国文, 胡栢均, 高大伟, 陈亮. 3D打印术前规划联合双反牵引装置治疗SchatzkerⅤ、Ⅵ型胫骨平台骨折[J]. 中国组织工程研究, 2022, 26(36): 5764-5769.
[5]	张竞心, 刘林枫, 张士文, 林洁. 镁离子促进骨再生的分子机制[J]. 中国组织工程研究, 2022, 26(33): 5384-5392.
[6]	李宏元, 杨柳, 靳宪辉. 缺氧诱导因子与骨稳态失衡类疾病的相关性[J]. 中国组织工程研究, 2022, 26(33): 5393-5399.
[7]	杨琼琼, 李萍, 王倩. 牙种植体周围骨组织修复中microRNA的作用及调控机制[J]. 中国组织工程研究, 2022, 26(28): 4539-4545.
[8]	申震, 郭英, 姜自伟, 张严, 李紫阁, 陈泽华, 叶翔凌, 陈国茜. 基于骨组织工程技术比较骨碎补总黄酮两种给药方式修复大鼠大段骨缺损模型的效果[J]. 中国组织工程研究, 2022, 26(27): 4346-4352.
[9]	陈巧玲, 白亦光, 刘康, 林涛, 罗栩伟. 条件性敲除骨髓间充质干细胞中3-磷酸肌醇依赖蛋白激酶1基因后的成骨细胞分化[J]. 中国组织工程研究, 2022, 26(24): 3785-3789.
[10]	汤吉祥, 荆琳, 张洪美, 闫奇, 潘丽. 活动平台单髁置换后下肢力线矫正早中期效果分析[J]. 中国组织工程研究, 2022, 26(18): 2834-2838.
[11]	高原, 夏铁男 , 刘金鑫, 商冠宁. 胫骨近端肿瘤型人工假体保肢治疗中肌瓣的作用[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(33): 5329-5334.
[12]	贺杰, 常祺. 四肢恶性骨肿瘤骨切除后大段骨缺损的生物重建[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(3): 420-425.
[13]	周佺, 张亚男, 白亦光, 张琼, 农海斌, 刘明富, 曾高峰, 宗少晖. 3-磷酸肌醇依赖性蛋白激酶 1调控破骨细胞对骨质疏松小鼠骨密度的影响[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(29): 4680-4684.
[14]	李钊, 蔡玉强. 骨源性外泌体miRNAs主要物理特性及在骨重建和骨代谢中的应用潜力[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(29): 4697-4702.
[15]	王秋霏, 顾叶, 彭育沁, 薛峰, 巨荣, 朱锋, 王熠军, 耿德春, 徐耀增. 人工假体磨损颗粒作用下Wnt/β-catenin信号通路对成骨细胞的影响[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(24): 3894-3901.