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Oncol Lett公司。2017年10月；14(4): 4581–4584.
2017年8月11日在线发布。 数字对象标识：10.3892/ol.2017.6749
预防性维修识别码：PMC5649697
PMID：29085456

3D打印手术指南在恶性骨肿瘤切除重建中的应用

王凤平,1 朱军（Jun Zhu）,2 彭学军,三和Jing Su公司4
作者信息 文章注释 版权和许可信息 PMC免责声明

摘要

研究三维打印手术指南在膝关节周围恶性骨肿瘤切除重建中的临床价值。为此，随机抽取2013年10月至2015年10月的66名患者作为样本，进一步分为对照组和观察组，每组33例。对照组采用常规肿瘤切除术，而观察组采用3D打印手术指南进行肿瘤切除。然而，两组均进行了肿瘤型铰链假体的重建，并对临床效果进行了比较。结果显示，两组手术时间差异无统计学意义（p>0.05）。然而，观察组的出血量、切除长度和并发症发生率均显著低于对照组（p<0.05）。在12个月的随访中，两组的阴性边缘率和复发率在统计学上是相同的（p>0.05），而在1、3、4、6、6、7、6、8、6、12个月后，观察组膝关节肌肉骨骼肿瘤学会（MSTS）评分明显优于对照组（p<0.05），6个月和12个月的操作。因此，3D打印的手术指南可以显著改善膝关节周围恶性骨肿瘤切除和重建后的术后关节功能，并可以降低并发症的发生率。

关键词：3D打印、膝骨肿瘤、假体重建

介绍

大多数原发性恶性骨肿瘤发生在膝关节及其周围(1). 几项研究(2,三)指出保肢手术患者的长期生存率与截肢手术患者相同；然而，他们显著改善了生活质量，减少了并发症。年轻的肿瘤患者由于长期使用术后关节功能，对保肢手术的要求近乎完美。准确完整的关节功能切除和重建是决定手术效果的关键因素。手术指导结合带3D打印的CT三维重建技术可以显著提高截骨的准确性，降低手术并发症的发生率，提高关节重建的稳定性(4,5). 目前，3D打印技术被用于骨科实验模型的制作、手术辅助材料的打印以及植入物和关节手术的打印(6). 例如，Won制作的三维髋臼模型等(7)用于严重髋关节畸形患者的全髋关节置换手术，图像证实假体部件植入准确。本研究旨在评估3D打印手术指南在膝关节周围恶性骨肿瘤切除和重建中的价值。

患者和方法

患者特征

2013年10月至2015年10月，我们纳入了66例经病理证实的膝关节恶性肿瘤患者。这些患者包括：i）膝关节原发恶性肿瘤、手术切除和肢体修复，其中3D打印完成；ii）单侧病变，无远处转移，生存期预计<12个月；iii）治疗依从性，完整的临床数据，获得知情同意。排除标准为：i）合并其他部位恶性肿瘤、膝关节疾病如骨关节炎、类风湿性疾病和膝关节畸形的患者；ii）严重骨质疏松或最近使用类固醇；iii）合并心脏、肝脏、肺、肾脏、大脑和其他器官功能障碍等潜在疾病以及自身免疫性疾病的患者。根据入院顺序，将患者随机分为对照组和观察组，每组33例。对照组包括20名男性和13名女性，年龄为22-58岁（42.5±13.6岁）。其中，左侧18例，右侧15例。此外，33例患者中，肿瘤位于股骨远端16例，胫骨近端17例。病理类型为骨肉瘤13例，软骨肉瘤11例，骨巨细胞瘤9例。根据Enneking肿瘤分期，I期15例，II期18例。最后，肿瘤直径为2.5–13.6cm，平均6.7±3.5cm。观察组包括18名男性和15名女性，年龄26–62岁（平均44.7±15.5）。左侧病变16例，右侧病变17例。肿瘤位于股骨远端13例，胫骨近端20例。其中骨肉瘤15例，软骨肉瘤10例，骨巨细胞瘤8例。关于Enneking肿瘤分期，17例处于I期，16例处于II期。肿瘤直径范围为3.0–12.5 cm，平均直径为6.6±3.2 cm。两组的基线数据具有可比性。本研究经临沂市人民医院伦理委员会批准。患者和/或监护人已签署书面知情同意书。

研究方法

所有程序都是在同一操作和护理团队的帮助下完成的。对照组采用传统的肿瘤反应方法，而观察组采用3D打印手术指南进行肿瘤切除。此外，两组均进行了定制的肿瘤铰链膝关节假体重建。

术前准备

为了建立三维肿瘤模型，采用GE 64层螺旋CT扫描仪（GE Medical Systems，Waukesha，WI，USA），从骨盆到足部扫描，层厚为0.625mm。原始图像数据以DICOM格式导入Mimics 10.01软件（Materialise，Leuven，Belgium）。为了建立三维骨骼模型，使用了阈值选择和区域生长函数。图像以STL格式保存。然后使用Imageware 13.2软件（Media Cybernetics，Silver Springs，MD，USA）进行模型匹配，从而测量长度、股骨远端、胫骨近端、髓腔直径和其他解剖参数。对同种异体骨移植物（中国陕西Orion生物材料有限公司）进行CT扫描，以修复大骨缺损。采用同样的方法，在这种情况下也建立了三维模型。

肿瘤切除术

使用Imageware 13.2将两个下肢骨骼模型与肿瘤模型精确匹配，确定肿瘤范围，设计手术切除边界，并根据下肢的特定解剖参数设计截骨位置和角度。

模拟手术切除和功能重建

为此，再次使用Imageware 13.2模拟肿瘤切除过程。根据对侧对异体骨和骨缺损的三维模型进行修剪和匹配。由于肿瘤切除标准应超过病变3-5厘米，而大骨缺损的修复应达到精确匹配，使下肢力量线和长度保持一致。

3D打印手术指南

肿瘤切除导航模板和同种异体移植修剪模板最初以IGES格式保存，并导入UG NX 7.0软件（美国德克萨斯州普莱诺市电子数据系统公司），“缝合”成实体，标记主要骨组织和肿瘤切除区域，设计了直径为3.0 mm的圆柱形导孔，并对最终导航模板的3D模型进行了处理，将其保存为STL文件，然后将其传输到3D打印工具。导航模板实体是以光敏树脂为原料创建的。

外科手术。对照组在连续硬膜外麻醉下，根据术前X线、CT和磁共振成像（MRI）数据进行广泛根治性切除。用钢尺测量截骨范围为肿瘤边缘外5cm，软组织切除范围为MRI信号变化外2-5cm。肿瘤切除后，将残端扩孔，用脉冲反复清洗伤口和骨髓腔，然后在蒸馏水中浸泡30分钟。为了处理股骨肿瘤类型，首先安装了胫骨平台肿瘤型铰链假体（北京利达康科技有限公司，中国北京），然后用骨水泥扩孔残端，安装髓内固定杆和同种异体骨假体，并保持正常力，直到水泥固化。然而，对于胫骨近端肿瘤类型，首先安装股骨表面假体，然后安装复合体，保持正常作用力，直到水泥固化。最后，用钢丝将髌韧带插入同种异体骨上，以重建膝关节装置。观察组肿瘤切除导航模板紧贴骨表面，用克氏针固定。用摆锯沿着导航模板的边界将肿瘤完全切除。

在异体骨修剪导航模板的指导下，对异体骨进行修剪，然后与膝关节假体结合。为了形成同种异体骨修复复合体，将两条同种异体肌腱（山西奥瑞生物材料有限公司）分别用锚栓固定在内侧副韧带和外侧副韧带附着点的一端。其余手术与对照组一致。

建议术后3至6个月戴上护膝以保护副韧带，并进行早期功能锻炼。

观察指标。观察指标方面，比较两组手术时间、出血量、切除长度、阴性切缘及并发症发生率。在12个月的随访期内比较患者的复发率。术后1、3、6和12个月记录软组织肿瘤协会（MSTS，肌肉骨骼肿瘤协会）的功能评分。MSTS系统包括6项指标，包括疼痛、肢体功能、满意度、支撑辅助、行走和步态，其中24-30分被视为优秀，18-23分被认为良好，12-17分被认为中等，12岁以下被认为较差。

统计分析。为了进行统计分析，使用SPSS 20.0（SPSS，Inc.，Chicago，IL，USA）软件进行数据输入和处理。对连续数据进行正态性和均匀性检验。此外，将连续量表数据表示为平均值±标准差（SD），然后应用进一步的独立样本t检验进行组间比较。此外，采用重复测量数据方差分析比较各组在不同时间点的MSTS评分。非连续数据以百分比（%）表示，然后使用χ进行组间比较2测试或Fisher精确概率。P<0.05被认为表明存在统计学上的显著差异。

结果

手术时间、失血量和切除长度

结果描述了(表一)两组手术时间无显著性差异（p>0.05）。然而，观察组的失血量和切除长度明显小于对照组（p<0.05）。

表一。

组间手术时间、失血量和切除长度的比较。

组运行时间（min）失血量（ml）切除长度（cm）
控制135.6±32.7689.3±123.413.5±4.8
观察144.8±45.2647.8±137.812.6±4.4
t吨0.4564.5294.659
P值0.6850.0370.034

负切缘率、并发症发生率和复发率

表二结果显示，两组的阴性率和复发率无显著性差异（p>0.05）。另一方面，观察组并发症的发生率明显低于对照组（p<0.05）。

表二：。

负切缘率、并发症发生率和复发率（例，%）。

组案例编号。负利润率免疫排斥反应感染延迟愈合假体松动、断裂骨折、神经和血管损伤并发症发生率重复率
控制3331 (93.9)12三三211 (33.3)5 (15.2)
观察3330（90.9）101114 (12.1)3 (9.1)
χ2–4.227–
P值10.0400.708

各组间MSTS评分的比较

通过比较MSTS得分，发现(表III)术后1、3、6、12个月，观察组膝关节MSTS评分分别显著高于对照组（F时间=6.532，P=0.003；F类组=5.528，P=0.019；F类之间=0.523，P=0.489）。

表三。

各组间MSTS评分的比较。

组1个月3个月6个月12个月
控制14.5±3.320.2±4.524.8±6.226.2±5.9
观察16.6±3.825.5±4.727.2±6.628.3±6.2

讨论

目前，全肿瘤切除联合旋转铰链假体是全世界最适用的治疗膝关节周围恶性骨肿瘤的方法(8). 肿瘤切除常导致大面积软组织丢失，这是术后不稳定和脱位的最重要原因之一(9). 通过计算机三维重建和测量，我们可以准确地划定手术边界，在肿瘤完全切除的前提下，尽可能保存软组织和骨组织，为术后关节重建和功能恢复提供保障(10). 同时，也有研究(11)指出使用大段同种异体骨修复骨缺损和建立三维导航模板轮廓模型可以提高匹配满意度，实现膝关节表面置换的最大生物结构相似性，并显著增加术后膝关节的运动范围。根据本研究的结果，两组之间的手术时间没有发现显著差异，这表明手术导板的术前3D打印并没有延长手术时间，但不同研究的结果可能有所不同(12). 事实上，观察组的失血量、切除长度和并发症发生率均显著低于对照组，表明3D打印手术指南可以减少手术创伤。两组的阴性率和肿瘤复发率无显著差异，表明两种方法在病灶切除术中具有同等的短期和长期效果(13). 此外，观察组术后1、3、6、12个月膝关节MSTS评分均显著优于对照组，提示三维打印技术在膝关节周围恶性骨肿瘤切除重建后，可以大大改善关节功能，减少手术并发症，具有重要的应用价值。

研究表明，保肢手术的主要并发症是感染、假体骨折、脱位、无菌性松动、周围骨折、神经和血管损伤以及骨延迟愈合(14,15)这些往往是手术失败的主要原因。如图所示(16)假体周围感染和无菌性松动是假体失败和翻修的最常见原因。手术导板3D打印的使用不仅通过避免大块骨缺损提高了手术切除的准确性，同时也提高了重建后膝关节的稳定性，假体与大段同种异体骨在重建骨结构和软组织平衡中的匹配度和植入精度提高了假体的机械强度和稳定性。

然而，这项研究的缺点是样本量小，随访时间短，以及许多其他影响手术效果的因素，如外科医生经验、患者状况和术后功能锻炼；因此需要进一步研究和验证。

工具书类

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文章来自肿瘤学信件由提供Spandidos出版物