【解析】應(yīng)用3D打印假體重建下肢腫瘤性長(zhǎng)節(jié)段骨缺損

目的 ：探討鈦合金3D打印假體復(fù)合帶血管蒂腓骨及生物陶瓷重建下肢瘤段切除后長(zhǎng)節(jié)段骨缺損的可行 性。
方法 ：2015年8月至2016年11月采用瘤段切除后長(zhǎng)節(jié)段管狀鈦合金3D打印假體重建5例,，男1例,，女4例；年齡16~ 56歲,，平均（32±19.3）歲,。腫瘤病理類型：高分化軟骨肉瘤1例，尤文肉瘤1例,，單發(fā)轉(zhuǎn)移瘤1例,，骨肉瘤2例�,；�于患者術(shù) 前CT掃描,、MRI以及骨掃描的影像學(xué)資料，使用MaterialiseMimics17.0加載dicom格式的數(shù)據(jù),，設(shè)計(jì)假體,、導(dǎo)板及手術(shù)方 案,，并經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)輔助有限元力學(xué)驗(yàn)證假體強(qiáng)度。假體通過(guò)鈦合金3D打印方法加工后,，按設(shè)計(jì)方案完成骨缺損重建,，假 體內(nèi)部復(fù)合帶血管腓骨及生物陶瓷。

結(jié)果
2例采用選擇性激光熔化技術(shù),、 3例采用電子束熔融技術(shù)3D打印加工假體,； 假體均做多孔化減重處理，長(zhǎng)度（210.98±66.16）mm,，容積（26901.76±12903.96）mm3,。均按計(jì)劃實(shí)施手術(shù)，遠(yuǎn),、近端髓腔 內(nèi)組織術(shù)中冰凍病理均未見(jiàn)明確腫瘤組織,。術(shù)中假體安裝牢固， 4例進(jìn)行腓骨瓣及多孔磷酸三鈣顆粒復(fù)合植入,，腓骨瓣 長(zhǎng)度為（168.75±49.07）mm,，均未折疊，多孔磷酸三鈣顆粒植入量為（10±4.08）g,； 1例轉(zhuǎn)移瘤的假體內(nèi)使用骨水泥填充,。平 均手術(shù)時(shí)間為（261±85）min，平均出血量為（540±182）ml,。隨訪時(shí)間1~15個(gè)月,，平均6.4個(gè)月。5例均存活,，腫瘤未見(jiàn)局部 復(fù)發(fā)及肺轉(zhuǎn)移,，世界骨與軟組織腫瘤協(xié)會(huì)（TheMusculoskeletalTumorSociety，MSTS）93評(píng)分為17~26分,， 2例帶血管蒂腓骨 移植者術(shù)后3個(gè)月骨掃描證實(shí)腓骨血運(yùn)良好,。1例股骨假體近端固定釘孔的第2枚螺釘發(fā)生斷裂，未影響穩(wěn)定性,。

結(jié)論：
應(yīng)用鈦合金3D打印假體復(fù)合帶血管蒂腓骨及生物陶瓷的方式可以應(yīng)用于長(zhǎng)節(jié)段骨缺損的修復(fù),，短期隨訪結(jié)果證實(shí)這種 復(fù)合重建方式修復(fù)下肢瘤段切除后的長(zhǎng)節(jié)段骨缺損穩(wěn)定性可靠，安全性高,，可獲得良好的下肢功能。

隨著醫(yī)學(xué)技術(shù)的進(jìn)步,，越來(lái)越多的骨腫瘤可以 完整切除,，但是如何修復(fù)瘤段切除后所遺留的大段 骨缺損的問(wèn)題還未能完美解決。以往臨床處理方 案包括異體骨重建,、滅活骨,、骨延長(zhǎng)、假體重建等， 但這些方法均存在不足,。異體骨受到來(lái)源限制,，有 感染、排異等風(fēng)險(xiǎn),；滅活骨如滅活不徹底,，易導(dǎo)致 感染、復(fù)發(fā)等嚴(yán)重并發(fā)癥,；骨延長(zhǎng)的周期長(zhǎng),、不可 知因素多、感染風(fēng)險(xiǎn)大,；傳統(tǒng)機(jī)械加工的假體多為 實(shí)心結(jié)構(gòu),，在體內(nèi)為大段異物，易造成感染,、假體松 動(dòng)等,。這些傳統(tǒng)重建方法保證了重建的強(qiáng)度，但 很難保證生物學(xué)活性,，特別是對(duì)于生長(zhǎng)發(fā)育期的兒 童,、青少年，重建材料與重建的可靠性之間的矛盾 更為明顯,，同時(shí)還伴有各種復(fù)雜并發(fā)癥的風(fēng)險(xiǎn),。尤 其對(duì)于腫瘤性下肢長(zhǎng)節(jié)段負(fù)重骨缺損的重建，仍然 是骨骼修復(fù)重建領(lǐng)域的難題與焦點(diǎn),。

以3D打印技術(shù)為代表的數(shù)字化技術(shù)近年來(lái)發(fā) 展迅速,，其中個(gè)體化定制的鈦合金3D打印假體已經(jīng) 進(jìn)入臨床試驗(yàn)階段，并開始成功嘗試,。每例腫瘤患 者的病理類型及分化程度,、腫瘤大小及位置均不 同，切除后重建的需求也不同,，所以更需要進(jìn)行個(gè) 體化手術(shù)設(shè)計(jì),。醫(yī)生可以根據(jù)腫瘤生長(zhǎng)情況及個(gè) 體實(shí)際需求設(shè)計(jì)手術(shù)方案及假體形態(tài)，同時(shí)可以在 設(shè)計(jì)階段控制假體的強(qiáng)度,、重量,、表面形態(tài)等重要 參數(shù)，甚至可以將假體設(shè)計(jì)成中空,、多孔化等復(fù)雜 結(jié)構(gòu),，使個(gè)體化的3D打印假體成為替代傳統(tǒng)方法解 決大段骨缺損的良好選擇。但鈦合金畢竟為金 屬材料,，在體內(nèi)沒(méi)有生物學(xué)活性,，設(shè)計(jì)成中空,、多孔 等結(jié)構(gòu)，雖然可以部分增加腔內(nèi)血運(yùn),，但其周圍及 內(nèi)部的遠(yuǎn)期成骨效果也并不盡如人意,。

因此，我們考慮嘗試使用患者自體帶血管腓骨 加強(qiáng)金屬假體的生物學(xué)活性,，以3D打印的長(zhǎng)節(jié)段管 狀鈦金屬假體為基礎(chǔ)元件,，在其內(nèi)復(fù)合腓骨瓣及生 物陶瓷等人工骨粒，形成長(zhǎng)節(jié)段骨生物重建修復(fù) 體,，即一種體內(nèi)的組織工程生物反應(yīng)器,。這樣可以 使假體內(nèi)部有充足的血運(yùn)，周圍的人工骨材料可作 為傳導(dǎo)支架,，以擺脫臨床對(duì)于異體骨的依賴,。

但目 前國(guó)內(nèi)外尚無(wú)該方法在臨床應(yīng)用的相關(guān)報(bào)道。因此本研究團(tuán)隊(duì)2014年提出人體骨骼體內(nèi)生物制造 的概念與相關(guān)技術(shù),，并通過(guò)前期體外及體內(nèi)實(shí)驗(yàn)進(jìn) 一步研究和探討,。 本研究選取下肢長(zhǎng)骨骨腫瘤患者，通過(guò)針對(duì)每 個(gè)病例的個(gè)體化設(shè)計(jì),，完成假體設(shè)計(jì)并按計(jì)劃進(jìn)行 手術(shù),，對(duì)個(gè)體定制化的長(zhǎng)節(jié)段管狀鈦合金3D打印假 體復(fù)合帶血管腓骨及生物陶瓷技術(shù)進(jìn)行臨床實(shí)例 應(yīng)用，之后隨訪并分析其影像學(xué)資料以及臨床療 效,，旨在：
①闡明金屬3D打印假體的設(shè)計(jì)理念,；
②分 析鈦合金3D打印假體的臨床效果；
③探討腓骨瓣結(jié) 合金屬3D打印假體的優(yōu)勢(shì),。

資 料 與 方 法
納入及排除標(biāo)準(zhǔn)
納入標(biāo)準(zhǔn)：
①接受治療的股骨,、脛骨惡性腫瘤 患者，有明確病理學(xué)診斷,，包括單發(fā)骨轉(zhuǎn)移瘤患者 （預(yù)期生存時(shí)間＞6個(gè)月）,；
②腫瘤位于骨干，腫瘤范 圍距關(guān)節(jié)＜5cm,；
③原發(fā)性惡性骨腫瘤,，對(duì)新輔助化 療有效者；
④愿意接受瘤段切除,、 3D打印假體復(fù)合 帶血管腓骨重建手術(shù),，簽署知情同意書。

排除標(biāo)準(zhǔn)：
①多發(fā)骨轉(zhuǎn)移瘤,、多發(fā)性骨髓瘤者,；
②復(fù)發(fā)的惡性原發(fā)性骨腫瘤、局部軟組織條件不適 合保肢治療的患者,；
③年齡＜8歲的患兒,。
本項(xiàng)目經(jīng)過(guò)西京醫(yī)院倫理委員會(huì)批準(zhǔn)，所有患 者均簽署“西京醫(yī)院骨科金屬3D打印假體植入知情 同 意 書 ”,。 患 者 獲 益 ：費(fèi) 用 由 國(guó) 家 863 項(xiàng) 目 （2015AA033702）,、陜西省科技攻關(guān)項(xiàng)目（2016SF⁃ 136）、第四軍醫(yī)大學(xué)第一附屬醫(yī)院（西京醫(yī)院）重點(diǎn) 助推計(jì)劃（424110211）支付,。

一般資料
依上述納入及排除標(biāo)準(zhǔn),，收集自2015年8月至 2016年11月我院收治的四肢長(zhǎng)骨腫瘤43例，其中 位于股骨,、脛骨骨干的惡性腫瘤9例,，排除全身多發(fā) 轉(zhuǎn)移者3例及局部軟組織條件不佳者1例，最終5例 納入本研究,，男1例,，女4例；年齡為16~56歲,，平均 （32±19.3）歲,。 腫瘤病理類型分類：原發(fā)腫瘤4例，包括骨肉瘤2例,、尤文肉瘤1例,、軟骨肉瘤1例；骨轉(zhuǎn)移瘤1例,。 原發(fā)腫瘤按Enneking分期,，Ⅱb期2例、Ⅰb期2例,； 骨轉(zhuǎn)移瘤患者為肺腺癌轉(zhuǎn)移,，患處為單發(fā)轉(zhuǎn)移灶， 肺癌化療（培美曲塞+順鉑） +靶向治療（EGRF外顯 子21突變,，使用EGFR⁃TKi治療）效果良好,；尤文肉 瘤及普通型骨肉瘤均在術(shù)前進(jìn)行規(guī)范新輔助化療。 所有患者術(shù)前均常規(guī)攝X線片,，行MR檢查,、胸 部CT掃描及全身骨掃描。記錄受試者人口學(xué)特征,、 診斷與分期,、既往史和病灶評(píng)估等一般資料（表1）。

腫瘤切除手術(shù)的數(shù)字化設(shè)計(jì)
將所有患者的CT掃描,、MRI及骨掃描的數(shù)據(jù)輸 入計(jì)算機(jī),，使用MaterialiseMimics17.0（Materialise 公司，比利時(shí)）加載dicom格式的數(shù)據(jù),，以CT掃描為 主要設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)來(lái)源,，將MRI及骨掃描數(shù)據(jù)與其融 合,，判斷腫瘤邊界、水腫反應(yīng)區(qū)域,，并在軟件中標(biāo) 示,。按＞1cm的邊緣進(jìn)行手術(shù)規(guī)劃，設(shè)計(jì)截骨平 面,，在軟件中完成模擬腫瘤切除,。以截骨部位周 圍骨面為中心，根據(jù)骨性組織的的表面特性,，以面 形態(tài)反求的方法設(shè)計(jì)出接觸骨面的導(dǎo)板,，再根據(jù)截 骨平面以逆向工程方法設(shè)計(jì)截骨導(dǎo)向?qū)О澹瑢⒐敲?導(dǎo)板與導(dǎo)向?qū)О暹B接即可完成手術(shù)導(dǎo)板設(shè)計(jì),，以便 手術(shù)中精確還原術(shù)前設(shè)計(jì),。

3D打印假體的設(shè)計(jì)、制作與質(zhì)量控制
在完成腫瘤模擬切除后,，根據(jù)局部骨質(zhì)缺損情 況設(shè)計(jì)鈦合金3D打印假體,。 假體為個(gè)性化設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)與制造過(guò)程中基于 以下理念與規(guī)范：
①形狀,，與斷端骨骼形態(tài)匹配,；
② 強(qiáng)度，滿足人體負(fù)重生物應(yīng)力需求,；
③牢固性,，固定 方式確保假體穩(wěn)定；
④表面,，對(duì)于接觸不同組織,，需 要設(shè)計(jì)不同表面；
⑤成骨活性,， 3D打印假體內(nèi)部血運(yùn)的重建,；
⑥重量，滿足上訴要求的基礎(chǔ)上,，重量減 至最低,。
⑦質(zhì)量控制，兩名高級(jí)職稱醫(yī)師及至少一名工程人員按照上述標(biāo)準(zhǔn)共同鑒定,，確認(rèn)合格后方 可使用,。

綜合以上個(gè)體化設(shè)計(jì)理念，完成5例假體設(shè)計(jì),， 對(duì)于四肢長(zhǎng)骨的大段骨缺損,，基本為管狀骨缺失， 本組的2例股骨及3例脛骨均設(shè)計(jì)成圓筒狀，一邊 開槽,，以方便帶血管腓骨瓣植入,，并在假體與骨骼 連接處設(shè)計(jì)螺釘釘孔以固定，在腓骨與假體間留植 骨空間,。 假體設(shè)計(jì)完成后,，使用計(jì)算機(jī)輔助的有限元力 學(xué)分析，通過(guò)軸向給予1000N的應(yīng)力,，查看假體應(yīng) 力分布情況，分析假體最大應(yīng)力處應(yīng)力與鈦合金斷 裂強(qiáng)度之間的關(guān)系,，以確保假體設(shè)計(jì)的可靠性,。 加工分別由西安鉑力特、北京國(guó)康加工,，加工 方式分別為選擇性激光熔化技術(shù)（selectivelaser melting,，SLM）和電子束熔融技術(shù)（electronicbeam melting，EBM）,。假體3D打印加工制備后,，需要進(jìn) 行熱處理、除粉,、徹底清洗,、消毒、封裝,。

手術(shù)方法
手術(shù)前再次通過(guò)MR檢查判斷腫瘤范圍是否有 擴(kuò)大,，如果無(wú)異常，按計(jì)劃進(jìn)行手術(shù),。 常規(guī)手術(shù)準(zhǔn)備,，按照術(shù)前規(guī)劃設(shè)計(jì)切口，顯露 放置導(dǎo)板的骨面,，由導(dǎo)板引導(dǎo)進(jìn)行截骨,，并完成腫 瘤的切除。術(shù)中在遠(yuǎn),、近端分別取髓內(nèi)組織送冰凍 病理,，如未見(jiàn)明確惡性證據(jù)，按計(jì)劃繼續(xù)進(jìn)行,。 在缺損處安置假體,，固定假體上的螺釘。腓骨 的設(shè)計(jì)根據(jù)部位不同選擇不同方式,，股骨選擇游離 腓骨瓣,，脛骨選擇轉(zhuǎn)移腓骨瓣。腓骨放置于假體腔內(nèi),，腓骨與假體的間隙使用生物陶瓷人工骨粒填 充,。

假體旁使用接骨板加強(qiáng)固定,，遠(yuǎn)、近端螺釘固 定于骨骼上,。骨轉(zhuǎn)移瘤患者可以僅用骨水泥填 充,。兒童患者腓骨取骨區(qū)采用同種異體腓骨重建。 術(shù)中常規(guī)放置2根以上負(fù)壓引流管,，術(shù)后引流 管放置2周,，并持續(xù)保持負(fù)壓。術(shù)后患者使用充氣 式下肢泵以預(yù)防下肢深靜脈血栓發(fā)生,。常規(guī)應(yīng)用 抗生素3d,，拆線后繼續(xù)按計(jì)劃化療。術(shù)后3周拄雙 拐部分負(fù)重行走,，10~12周開始逐步完全負(fù)重,。

主要觀察指標(biāo)和療效評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)
所有患者于術(shù)后1個(gè)月及每3個(gè)月來(lái)院復(fù)查X 線片，術(shù)后每6個(gè)月行胸部CT檢查,，術(shù)后3個(gè)月復(fù)查 骨掃描,，觀察腓骨瓣血運(yùn)。 療效評(píng)價(jià)指標(biāo)包括生存狀態(tài),、疾病狀態(tài),、假體 并發(fā)癥情況、肢體功能等,， 3個(gè)月以上患者隨訪時(shí)應(yīng) 用世界骨與軟組織腫瘤協(xié)會(huì)（TheMusculoskeletal TumorSociety,，MSTS）骨腫瘤保肢術(shù)后肢體功能評(píng) 分量表評(píng)估患者下肢功能。 3D假體安全性從假體固定可靠性,、周圍組織炎 癥反應(yīng),、網(wǎng)格結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、手術(shù)中使用方便性等方 面進(jìn)行評(píng)價(jià),。其中,，瘤段假體容積比：假體容積/被 切除腫瘤瘤段容積，比值越低說(shuō)明假體在體內(nèi)的占 用空間越小,，越容易在假體內(nèi)部植入生物材料,。

結(jié)果
一般結(jié)果
5例均在手術(shù)前進(jìn)行數(shù)字化手術(shù)設(shè)計(jì)，同時(shí)完 成假體及手術(shù)導(dǎo)板的設(shè)計(jì),。假體設(shè)計(jì)通過(guò)有限元 分析驗(yàn)證后,，分別使用SLM（2例）和EBM（3例）技術(shù) 3D打印加工假體，經(jīng)過(guò)清洗,、高溫高壓消毒后備用 （表2）,。手術(shù)導(dǎo)板使用聚乳酸（polylacticacid，PLA） 材料進(jìn)行3D打印，清洗,、低溫消毒后備用,。 5例均按術(shù)前計(jì)劃實(shí)施手術(shù)，導(dǎo)板安裝于唯一 位置,，穩(wěn)定于骨面,，按術(shù)前計(jì)劃引導(dǎo)截骨。術(shù)中冰 凍病理均提示未見(jiàn)明確惡性證據(jù),。假體安裝牢固,，4例進(jìn)行腓骨瓣植入，腓骨周圍剩余的空間植入多 孔磷酸三鈣顆粒（上海貝奧路生物材料有限公司,， 中國(guó)）,； 1例為轉(zhuǎn)移瘤，使用骨水泥填充,。 本組手術(shù)時(shí)間平均為（261±85）min，平均出血 量為（540±182）ml,。

腫瘤學(xué)結(jié)果
本組術(shù)后隨訪時(shí)間1~15個(gè)月,，平均6.4個(gè)月。 此5例術(shù)后均存活,，原發(fā)腫瘤未見(jiàn)局部復(fù)發(fā)及肺轉(zhuǎn) 移,，無(wú)進(jìn)展生存時(shí)間＞5個(gè)月。 本組5例中,， 3例進(jìn)行了MSTS93評(píng)分,，評(píng)分為 17~26分。其中2例隨訪時(shí)間＞12個(gè)月的患者（1例 股骨中段尤文肉瘤及1例脛骨中段骨肉瘤）評(píng)分為 優(yōu),； 1例隨訪3個(gè)月者評(píng)分為良,。其余2例處于部分 負(fù)重鍛煉階段，手術(shù)部位相鄰關(guān)節(jié)活動(dòng)度均正常,， 因隨訪時(shí)間＜3個(gè)月而未進(jìn)行MSTS93評(píng)分,。

3D打印假體重建效果
術(shù)后按照計(jì)劃對(duì)5例進(jìn)行影像學(xué)隨訪，鈦合金 3D打印假體均完整,、位置穩(wěn)定,，周圍內(nèi)固定材料牢 固，肢體重建穩(wěn)定,。至末次隨訪時(shí),， 2例已下地行 走， 3例還未完全負(fù)重（圖1~4）,。 術(shù)后影像學(xué)隨訪可見(jiàn)瘤段截骨均按照術(shù)前設(shè) 計(jì)進(jìn)行,，假體按設(shè)計(jì)位置安裝，骨斷端與假體吻合 良好，假體自身固定結(jié)構(gòu)使用下肢皮質(zhì)骨螺釘固 定,，再使用接骨板加強(qiáng)固定遠(yuǎn)近端骨段,。所有假體 均設(shè)計(jì)植骨用的開窗結(jié)構(gòu)，并設(shè)計(jì)多孔化減重處 理,，平均長(zhǎng)度為（210.98±66.16）mm,，平均容積為 （26901.76±12903.96）mm3。與腫瘤切除容積相比,， 假體的平均容積比為0.27±0.19,。

腓骨瓣重建效果
本組采用腓骨瓣重建的4例均未進(jìn)行腓骨瓣折 疊，腓骨瓣的平均長(zhǎng)度為（168.75±49.07）mm,。術(shù)后 3個(gè)月對(duì)2例腓骨瓣轉(zhuǎn)移者行全身骨掃描檢查,，其中 1例股骨腫瘤為腓骨瓣游離移植， 1例脛骨腫瘤為帶 血管原位移植,。復(fù)查X線片可見(jiàn)2例移植骨均位置 良好,，固定牢靠；骨掃描檢查顯示腓骨全段內(nèi)均有代謝信號(hào),，且明顯強(qiáng)于周圍植骨區(qū)域,。

術(shù)后并發(fā)癥
本組5例均內(nèi)固定牢固，肢體功能良好,，均無(wú)發(fā) 熱,、傷口滲液、感染等情況,，均未見(jiàn)影響肢體功能的 術(shù)后并發(fā)癥發(fā)生,。1例術(shù)后12個(gè)月隨訪發(fā)現(xiàn)股骨假 體近端固定釘孔的第2枚螺釘斷裂，但未影響假體 穩(wěn)定,，未進(jìn)行特殊處理,。

討論
金屬3D打印假體的設(shè)計(jì)理念
數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展使精確的手術(shù)前設(shè)計(jì)及個(gè) 體化假體的設(shè)計(jì)成為可能，通過(guò)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)患 區(qū)的三維重建CT薄層掃描,，準(zhǔn)確提取人體骨骼斷層 截面數(shù)據(jù),，并導(dǎo)入醫(yī)學(xué)專用影像處理軟件，可得到 清晰的人體骨骼三維圖像,，以制訂個(gè)體化手術(shù)方 案,，還可在術(shù)前根據(jù)缺損范圍設(shè)計(jì)個(gè)性化假體。假 體設(shè)計(jì)成型后,，并不是所有的設(shè)計(jì)元素都可以通過(guò) 傳統(tǒng)加工方式實(shí)現(xiàn),。

對(duì)于假體內(nèi)部結(jié)構(gòu)，機(jī)械加工 方法就難以觸及,。近年來(lái)3D打印技術(shù)獲得了飛速 的發(fā)展,，其中具有代表性的SLM和EBM取得了豐碩 的研究成果,，能夠?qū)崿F(xiàn)具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的高性能金屬 零件的無(wú)模具、快速,、高致密度近凈成形,。結(jié)合 目前最先進(jìn)的金屬3D打印技術(shù)，可以完全還原假體 設(shè)計(jì),，使個(gè)體定制化假體的設(shè)計(jì)制備成為可能,。 依托于當(dāng)前的數(shù)字化技術(shù)和先進(jìn)加工技術(shù)，個(gè) 性化假體設(shè)計(jì)“所得即所想”的愿望得以實(shí)現(xiàn),，醫(yī)生 可以根據(jù)實(shí)際需求設(shè)計(jì)材質(zhì),、形狀、結(jié)構(gòu)更優(yōu)化的 假體,，使其更適合于人體生物力學(xué)和運(yùn)動(dòng)功能,。 根據(jù)本研究團(tuán)隊(duì)數(shù)字化設(shè)計(jì)的臨床工作基礎(chǔ)以及 10余例鈦合金個(gè)性化3D打印假體的相關(guān)設(shè)計(jì)經(jīng) 驗(yàn)，總結(jié)出以下設(shè)計(jì)理念,。

1.形狀：對(duì)于肢體管狀長(zhǎng)骨假體,，遠(yuǎn)、近端需要 與截骨端相接觸,，形狀需要與斷端骨骼形態(tài)完全匹 配,。在考慮強(qiáng)度、植骨,、安裝方式等方面因素后，可 簡(jiǎn)化過(guò)度結(jié)構(gòu),，以求減低整體重量,。

2.強(qiáng)度：管狀長(zhǎng)骨假體在體內(nèi)需要承受一定的 生物應(yīng)力，設(shè)計(jì)時(shí)多考慮結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)接骨板一同使 用,，但還需注意假體的強(qiáng)度,，包括即時(shí)強(qiáng)度以及疲 勞強(qiáng)度，通過(guò)有限元分析能夠得到假體的應(yīng)力分布 圖,，改良應(yīng)力集中區(qū)域的形狀可提高強(qiáng)度,。

3.牢固性：對(duì)于管狀假體而言，設(shè)計(jì)時(shí)還需考慮 安裝時(shí)與骨骼斷端的連接方式,，確保即時(shí)牢固,，使 用接骨板固定可增強(qiáng)假體與骨骼間的牢固性。

4.表面：全新的金屬3D打印技術(shù)使得假體可以加工成多孔結(jié)構(gòu),，在設(shè)計(jì)時(shí)需要根據(jù)周圍接觸組織 情況調(diào)整表面形態(tài),，比如成骨區(qū)、不必要的減重區(qū),， 都可以設(shè)計(jì)成多孔狀,，滿足骨組織長(zhǎng)入的需要,，另 一方面可減少假體表面產(chǎn)生積液的可能性。

5.成骨活性：為了增強(qiáng)3D打印金屬假體的遠(yuǎn)期 固定效果,，我們采用改善假體內(nèi)部血運(yùn)的方式提高 假體內(nèi)成骨活性,，使無(wú)生物活性的金屬假體變成一 種“體內(nèi)生物反應(yīng)器”，結(jié)合周圍的植骨,，獲得良好 的遠(yuǎn)期固定效果,。

6.重量：在體內(nèi)假體的質(zhì)量、體積越大,，將來(lái)發(fā) 生骨吸收,、假體排異的概率也越大。在假體設(shè)計(jì)過(guò) 程中,，在保證必要的形狀匹配及強(qiáng)度等因素后,，應(yīng) 通過(guò)優(yōu)化形狀、適當(dāng)增加多孔結(jié)構(gòu)減輕假體重量,。

7.質(zhì)量控制： 3D打印為新技術(shù),，還沒(méi)有相關(guān)的 技術(shù)規(guī)范。我們認(rèn)為,，手術(shù)及假體的設(shè)計(jì)方案需由 兩位高級(jí)職稱醫(yī)生審核,，其中至少一人需要參加手 術(shù)，假體的設(shè)計(jì)及應(yīng)力分析至少由一名工程人員審 核,，確認(rèn)合格后方可在臨床使用,。

3D打印假體的臨床效果
本組5例手術(shù)均按照術(shù)前設(shè)計(jì)，在導(dǎo)板輔助下 完成精準(zhǔn)瘤段切除,。安裝假體時(shí),，斷端與假體容腔 匹配準(zhǔn)確，均未發(fā)生偏移,、微動(dòng),。假體安裝后，臺(tái)上 活動(dòng)關(guān)節(jié)發(fā)現(xiàn)假體位置穩(wěn)定,、固定牢靠,，再使用接 骨板對(duì)骨端進(jìn)行加強(qiáng)固定。假體與骨端之間的容 腔可使假體緊密地與骨骼結(jié)合在一起,，再結(jié)合接骨 板固定,，可以得到良好的即時(shí)穩(wěn)定。本組平均手術(shù) 時(shí)間為（261±85）min,，平均出血量（540±182）ml,，明 顯優(yōu)于同種異體骨復(fù)合腓骨瓣重建手術(shù)。

傳統(tǒng) 的瘤段切除,、腓骨復(fù)合異體骨手術(shù)需要有確定腫瘤 范圍,、測(cè)量瘤段長(zhǎng)度,、修整異體骨、準(zhǔn)備腓骨等環(huán) 節(jié),，而應(yīng)用鈦合金3D打印假體只需要顯露一定的骨 骼表面即可完成截骨,，直接安裝假體，省去了三個(gè) 環(huán)節(jié),，從理論上講可以縮短手術(shù)時(shí)間,、減少出血量 及術(shù)中透視次數(shù)。 通過(guò)術(shù)后影像學(xué)觀察,， 5例假體均完整,、位置穩(wěn) 定、內(nèi)固定牢靠,。通過(guò)準(zhǔn)確的術(shù)前設(shè)計(jì)和導(dǎo)板引導(dǎo) 下的術(shù)中還原,，缺損重建可完全按術(shù)前設(shè)計(jì)進(jìn)行， 假體受力情況均已通過(guò)術(shù)前有限元分析并優(yōu)化,，再 結(jié)合多孔的外在成骨及腓骨瓣的內(nèi)在成骨作用,，使 假體能夠獲得較好的遠(yuǎn)期固定效果。本組5例均未 見(jiàn)影響肢體功能的術(shù)后并發(fā)癥,，考慮與手術(shù)時(shí)間縮 短及假體體積小并廣泛采用多孔化設(shè)計(jì)有關(guān),。

腓骨瓣結(jié)合金屬3D打印假體的優(yōu)勢(shì)
通過(guò)鈦合金3D打印技術(shù)，可以將設(shè)計(jì)者的思路完美地實(shí)現(xiàn),，但在以往的鈦合金假體應(yīng)用中遠(yuǎn)期多 會(huì)發(fā)生假體松動(dòng)及斷裂等,。其根本原因就是鈦合 金沒(méi)有生物學(xué)活性，即便設(shè)計(jì)成多孔結(jié)構(gòu),，遠(yuǎn)期成 骨效果也差強(qiáng)人意,。 本研究嘗試使用患者自體帶血管腓骨加強(qiáng)金 屬假體的生物學(xué)活性，以3D打印的長(zhǎng)節(jié)段管狀鈦金 屬假體為基礎(chǔ)元件,，在其內(nèi)復(fù)合腓骨瓣及生物陶瓷 等人工骨粒，形成長(zhǎng)節(jié)段骨生物重建修復(fù)體,。一方 面可以使假體內(nèi)部有充足的血運(yùn),，另一方面可以擺 脫臨床對(duì)于異體骨的依賴。

本研究5例中的4例為 原發(fā)腫瘤,，采用了復(fù)合腓骨瓣,，遠(yuǎn)期固定效果均良 好。其中術(shù)后3個(gè)月對(duì)2例行腓骨瓣轉(zhuǎn)移的患者行 全身骨掃描檢查,，結(jié)果可見(jiàn)腓骨內(nèi)有代謝信號(hào),，證 明2例腓骨均成活。 本研究的手術(shù)及假體設(shè)計(jì)均為個(gè)體化,，病例數(shù) 量較少,，隨訪時(shí)間較短,，可能會(huì)低估假體松動(dòng)、內(nèi)固 定斷裂等相關(guān)并發(fā)癥的發(fā)生率,。 長(zhǎng)節(jié)段管狀鈦合金3D打印假體復(fù)合帶血管腓 骨及生物陶瓷技術(shù),，對(duì)重建骨腫瘤切除術(shù)后造成的 長(zhǎng)節(jié)段缺損療效良好，是一種很有前景的下肢保肢 手術(shù)精準(zhǔn)生物重建方法,，有望實(shí)現(xiàn)下肢長(zhǎng)節(jié)段負(fù)重 骨缺損的永久可靠生物重建,。

編輯：南極熊
作者：付軍
單位：西安第四軍醫(yī)大學(xué)西京醫(yī)院骨腫瘤科