天津醫(yī)科大學(xué)總醫(yī)院

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3D打印假體在肢體骨腫瘤“極限”保肢保關(guān)節(jié)中的創(chuàng)新應(yīng)用一、3D打印技術(shù)的歷史：從概念到醫(yī)療革命3D打印，又稱為增材制造（材料逐層累加制作實(shí)體，比如蛋糕制作），相比于既往的減材制造（比如一塊布裁剪后制作衣服或一塊木裁剪后制作桌椅）和等材制造（比如一錠鐵塊融化后倒入模具制作成鐵器），是一項(xiàng)全新的技術(shù)革命。該技術(shù)誕生于20世紀(jì)80年代。1983年，美國(guó)科學(xué)家查克·赫爾（ChuckHull）發(fā)明了立體平版印刷，3D打印技術(shù)也由此正式誕生，因此ChuckHull被稱為“”3D打印之父“”。早期的3D打印主要用于工業(yè)原型制造，直到21世紀(jì)初，隨著材料科學(xué)和醫(yī)學(xué)影像學(xué)的進(jìn)步，該技術(shù)開(kāi)始進(jìn)入醫(yī)療領(lǐng)域。在骨科領(lǐng)域，3D打印的首次突破性應(yīng)用是2000年代初的個(gè)性化骨模型制作。通過(guò)CT或MRI數(shù)據(jù)重建患者骨骼三維模型，外科醫(yī)生得以在術(shù)前精準(zhǔn)規(guī)劃手術(shù)路徑。2010年后，金屬3D打印技術(shù)（如電子束熔融和選擇性激光熔融）的成熟，使得鈦合金等生物相容性材料的復(fù)雜結(jié)構(gòu)制造成為可能。2013年，荷蘭烏得勒支大學(xué)成功完成全球首例3D打印鈦合金顱骨植入手術(shù)，開(kāi)啟了骨科假體定制化時(shí)代。二、3D打印技術(shù)重塑惡性骨腫瘤保肢新模式在肢體惡性骨腫瘤治療中，對(duì)于腫瘤距離關(guān)節(jié)面尚有一定安全距離的情況，常規(guī)的假體柄無(wú)法固定，而3D打印技術(shù)通過(guò)以下創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)了“極限“保肢保關(guān)節(jié)最新理念：1.個(gè)性化解剖重建根據(jù)術(shù)前患者的CT和核磁數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)腫瘤精準(zhǔn)切除的切割導(dǎo)板，基于患者腫瘤切除后的骨缺損形態(tài)，3D打印可制造完全匹配的假體。比如3D打印的短粗柄，實(shí)現(xiàn)最大面積的界面-骨接觸，這種情況常采用外加輔助防旋鋼板，增加初始穩(wěn)定性。2.生物融合界面設(shè)計(jì)假體表面采用仿生松質(zhì)骨微孔結(jié)構(gòu)（孔徑300-600μm，孔隙率60-80%），促進(jìn)骨細(xì)胞長(zhǎng)入。鈦合金多孔結(jié)構(gòu)6個(gè)月內(nèi)骨長(zhǎng)入率達(dá)78%，顯著高于傳統(tǒng)噴砂表面（42%）。3.功能保留最大化3D打印假體保留了患者自身關(guān)節(jié)，可實(shí)現(xiàn)患者術(shù)后功能恢復(fù)最大化。三、3D打印假體在原發(fā)惡性骨腫瘤“極限保肢保關(guān)節(jié)中的應(yīng)用”3D打印假體在臨床上使用越來(lái)越廣泛，體現(xiàn)出其在保肢中的優(yōu)勢(shì)，許多患者得益于此技術(shù)達(dá)到了保肢保關(guān)節(jié)的目的。我在臨床使用中也體會(huì)很深，“極限”保肢保關(guān)節(jié)既體現(xiàn)了假體制作技術(shù)的進(jìn)步，也體現(xiàn)了個(gè)體化“精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)”的實(shí)施。以下是我精選的幾個(gè)典型病例和大家分享。典型病例1男性，16歲，術(shù)前穿刺活檢診斷為右肱骨近端軟骨粘液性纖維瘤，低度惡性腫瘤，放化療無(wú)效，廣泛切除可以達(dá)到治愈的目的如果采取肱骨近端瘤段截除，肱骨近端腫瘤假體置換，則由于肩袖止點(diǎn)切除，患者術(shù)后肩關(guān)節(jié)功能將嚴(yán)重受限。是否可以保留肱骨頭和肩袖止點(diǎn)？3D打印技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，術(shù)前根據(jù)CT和核磁檢查，設(shè)計(jì)導(dǎo)板和3D打印假體，輔助鋼板螺釘。假體為中空設(shè)計(jì)，插入自體腓骨，外加輔助鋼板防旋，為“熱狗”重建模式術(shù)中精確截骨，將瘤段完整切除，該手術(shù)的技巧在于既完整切除了腫瘤，又保留了肱骨頭和肩袖止點(diǎn)術(shù)后2年，腫瘤未復(fù)發(fā)，肩關(guān)節(jié)功能正常術(shù)后3年，腫瘤未復(fù)發(fā)，復(fù)查CT示假體-骨界面骨整合良好，自述可以做俯臥撐和引體向上典型病例2：33歲男性，右股骨遠(yuǎn)端腫瘤，穿刺活檢為軟骨肉瘤，懷疑骨軟骨瘤惡變?nèi)绻Ｒ?guī)行股骨遠(yuǎn)端瘤段截除，腫瘤性股骨遠(yuǎn)端假體置換手術(shù)，則犧牲膝關(guān)節(jié)。從術(shù)前核磁和CT上看，可以“地圖樣”完整切除腫瘤，保留股骨遠(yuǎn)端關(guān)節(jié)面。不規(guī)則3D打印假體設(shè)計(jì)術(shù)中“地圖樣”完整切除腫瘤，安裝假體術(shù)后3個(gè)月患者膝關(guān)節(jié)活動(dòng)正常，行走正常典型病例3女性，71歲，左股骨近端軟骨肉瘤在當(dāng)?shù)毓纬补莾?nèi)固定術(shù)后6年腫瘤復(fù)發(fā)，巨大腫瘤包塊截骨導(dǎo)板設(shè)計(jì)，既保證安全的腫瘤切除邊界，又保留股骨遠(yuǎn)端關(guān)節(jié)面和股骨干骺端術(shù)后4個(gè)月復(fù)查，患者行走正常典型病例423歲男性，左脛骨近端骨肉瘤化療后，化療反應(yīng)良好，復(fù)查CT和核磁腫瘤距離脛骨平臺(tái)尚有一定的安全距離，截骨后可以保留脛骨平臺(tái)和關(guān)節(jié)面典型病例514歲男性，右脛骨近端骨肉瘤化療后，腫瘤侵犯脛骨范圍較長(zhǎng)四、3D打印技術(shù)在假體翻修“極限”保肢中的應(yīng)用典型病例6（股骨柄松動(dòng)翻修）58歲男性，右股骨遠(yuǎn)端假體置換術(shù)后8年松動(dòng)，假體周圍皮質(zhì)如“紙樣薄”，翻修時(shí)只能截除，殘留的股骨近段較短，常規(guī)假體柄無(wú)法固定典型病例7（假體柄斷裂翻修）29歲男性，左股骨遠(yuǎn)端骨肉瘤，腫瘤假體置換術(shù)后10年，假體近端柄斷裂，患者無(wú)法行走。骨水泥固定的折斷假體柄取出非常困難，既往采取股骨開(kāi)槽方法耗時(shí)費(fèi)力，手術(shù)創(chuàng)傷大，或?qū)⒐晒沁h(yuǎn)端假體更換為全股骨假體，患者將犧牲正常的髖關(guān)節(jié)?，F(xiàn)采集患者CT掃描數(shù)據(jù)，通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬，采用創(chuàng)新性3D打印技術(shù)設(shè)計(jì)股骨外套筒，外加股骨近端解剖鋼板固定，不再將折斷股骨柄取出，大大減少了手術(shù)創(chuàng)傷、手術(shù)時(shí)間和術(shù)中出血。患者術(shù)后3周即可正常下地行走。五、總結(jié)與展望3D打印技術(shù)正推動(dòng)惡性骨腫瘤保肢從“結(jié)構(gòu)替代”邁向“生物功能重建”的新時(shí)代，挽救了諸多患者正常的關(guān)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了“極限”保肢保關(guān)節(jié)理念。未來(lái)，隨著生物材料、智能響應(yīng)系統(tǒng)和再生醫(yī)學(xué)的交叉融合，3D打印假體有望實(shí)現(xiàn)“個(gè)性化治療-動(dòng)態(tài)適應(yīng)-原位再生”的全鏈條突破，最終使更多患者不僅“保肢保關(guān)節(jié)”，更能“保功能、保生活質(zhì)量”。這一領(lǐng)域的進(jìn)步將深刻改寫(xiě)骨科腫瘤治療范式，成為精準(zhǔn)醫(yī)療與轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)的典范。當(dāng)然3D打印假體不僅僅局限于肢體骨腫瘤保肢中，在骨盆骶骨腫瘤的重建中也同樣發(fā)揮非常重要的作用。下次我重點(diǎn)講一講3D打印假體在骨盆骶骨或脊柱腫瘤重建中的應(yīng)用。
橈骨遠(yuǎn)端原發(fā)惡性腫瘤如何治療橈骨遠(yuǎn)端并不是腫瘤的好發(fā)部位，文獻(xiàn)報(bào)道比較多的是橈骨遠(yuǎn)端骨巨細(xì)胞瘤，橈骨遠(yuǎn)端的大段切除是主要的方式。但對(duì)于橈骨遠(yuǎn)端的原發(fā)惡性腫瘤，獲得廣泛邊界的大段切除是必要的，有時(shí)僅是橈骨遠(yuǎn)端大段切除是不夠的，根據(jù)侵犯的范圍，可能需要切除近排腕骨和/或鄰近尺骨段。由于切除的方式不一樣，重建的選擇可能也會(huì)不同。橈骨遠(yuǎn)端原發(fā)的惡性腫瘤較為少見(jiàn)，回顧文獻(xiàn)只有少量的個(gè)例報(bào)道：包括：骨肉瘤、軟骨肉瘤、血管肉瘤等。由于極少的病例經(jīng)驗(yàn)，外科醫(yī)生對(duì)于切除方式以及大段缺損的重建缺乏共識(shí)。橈骨遠(yuǎn)端大段缺損的重建方法包括保留關(guān)節(jié)的自體腓骨移植、異體橈骨遠(yuǎn)端骨移植以及3D打印假體，以及關(guān)節(jié)融合的自體髂骨移植，自體腓骨移植，3D打印假體以及同側(cè)尺骨移位融合等。對(duì)于單純切除橈骨的病例，自體腓骨頭移植和人工關(guān)節(jié)假體重建的方法適合應(yīng)用。由于橈骨遠(yuǎn)端惡性腫瘤預(yù)后不是很理想，人工假體的選擇可能更為適合，避免了取自身的腓骨頭，尤其3D打印假體可能會(huì)逐步起到更重要的作用。對(duì)于切除橈骨遠(yuǎn)端合并切除近排腕骨和/或尺骨遠(yuǎn)端的病例，同側(cè)尺骨移位融合的方法利用了自身同側(cè)尺骨，可以避免取自身的腓骨頭，而同側(cè)移位的尺骨段可以直接帶血管蒂，且不需要顯微外科技術(shù)，愈合好，并發(fā)癥少。對(duì)于腫瘤侵犯橈骨范圍較廣，超過(guò)了1/2，切除后重建較為困難，可以采用尺骨單骨固定尺腕融合的方法。