引用本文： 徐磊磊, 田征, 艾克拜爾·尤努斯, 王曉帥, 陳江濤, 王翀, 宋興華. 3D 打印技術在骨腫瘤外科臨床中的應用. 中國修復重建外科雜志, 2017, 31(9): 1069-1072. doi: 10.7507/1002-1892.201703088 復制
隨著數字化技術及醫療科技的迅速發展，3D 打印技術逐漸被應用到醫學領域，其中利用 3D 打印技術制備骨科模型是較早開展的技術之一，尤其在骨腫瘤治療方面發揮了很好的輔助指導作用[1]。骨腫瘤是發生在骨內或起源于各種骨組織成分的腫瘤，可發生于任何部位，如發生在不規則骨，則大大增加了手術治療難度及風險。利用 3D 打印技術可以等比例打印解剖實體模型，立體、直觀地了解瘤體大小、形態及鄰近解剖關系，術者能在術前更全面地評估病變[2-3]，制定個體化手術方案及個體化腫瘤假體，提高骨腫瘤手術精準性和安全性。2015 年 10 月—2016 年 12 月，我們將 3D 打印技術用于 5 例骨腫瘤治療中，取得了滿意效果。報告如下。
1 臨床資料
1.1 一般資料
本組患者均為男性；年齡 9～58 歲，中位年齡 32 歲。術前患者均取活檢病理診斷明確骨腫瘤性質。其中左側骨盆、股骨近端囊型包蟲病合并股骨近端病理性骨折 1 例（病例 1）；左髂骨骨母細胞瘤合并動脈瘤樣骨囊腫 1 例（病例 2）；左股骨纖維結構不良（牧羊拐畸形）合并病理性骨折 1 例（病例 3）；右跟骨轉移癌 1 例（分期 T2N0M0，病例 4）；左股骨中段尤文肉瘤 1 例（分期 T2N0M0，病例 5）。病程 1 個月～10 年，平均 2.25 年。
1.2 術前設計及 3D 模型制作
使用雙源 CT（Siemens 公司，德國）薄層掃描（間距 0.3 mm，層厚 0.5 mm）及 MRI 檢查，將掃描獲得的病變骨骼斷面圖像保存為 DICOM 格式，輸入至 Mimics17.0 軟件（Materialise 公司，比利時）構建三維模型；然后導入 3D 打印機匹配軟件處理后進行 3D 打印，獲得 1∶1 實體比例模型。進一步了解病變的空間解剖結構，通過軟件構建并打印截骨導板。并在模型上模擬手術，制定詳細手術方案。
1.3 手術方法
病例 1：行左側半骨盆切除，手術截骨定位恥骨聯合、左側骶髂關節及部分病變骶骨，股骨近端病理性骨折處近端股骨一并切除，然后行組配式假體重建骨盆及左髖關節置換術，將模型術中鏡像比對定位髖關節假體髖臼具體位置。
病例 2：通過 3D 打印模型了解病變為蜂窩狀，骨盆剩余骨質結構尚穩定，采用病灶刮除植骨融合術。
病例 3：患者為嚴重畸形良性病變，長期畸形導致周圍肌肉萎縮，髖關節周圍解剖結構變異，矯形難度大。在患者 3D 打印模型上開展模擬手術后，最終采用楔形截骨術加髓內針內固定手術，并在術中使用 3D 打印模型指導截骨角度。
病例 4：患者跟骨無法保留，切除后重建難度較大；術前根據 3D 打印模型設計釘道位置，術中根據 3D 打印模型將骨水泥灌注至模具腔內，待骨水泥凝固后得到骨水泥模型替換切除的跟骨，保護周圍血管及神經，根據術前設計的釘道進行固定。
病例 5：根據 MRI 顯示的腫瘤病變上下邊界外 1 cm 為截骨線制作截骨導板，截骨時測量術中 X 線片顯示的截骨導板與骨骺距離，并與術前測量結果對比，驗證是否徹底切除病變范圍；同時術前3D打印制作股骨瘤段切除后的重建假體，個體化修復骨缺損。
2 結果
本組手術均順利完成。手術時間 2.6～7.5 h，平均 4.9 h；術中出血量 200～2 500 mL，平均 1 380 mL；術中透視次數 1～6 次，平均 3.8 次。術后切口無感染，血運及神經功能良好。5 例患者均獲隨訪，隨訪時間 3～16 個月，平均 5.4 個月。內固定物無松動或斷裂發生。術后 3 個月肢體功能評分采用 Enneking 評分系統[4]，為 15～26 分，平均 21 分；獲優 2 例、良 2 例、中 1 例。見圖 1。
圖1
病例 1，男，30 歲，左側骨盆、股骨近端囊型包蟲病合并股骨近端病理性骨折
a. 術前 X 線片；b. 術前 CT 三維重建；c. 術前 3D 打印模型；d. 術中髖關節定位參照；e. 術后 1 周 X 線片；f. 術后 8 個月功能
Figure1. Case 1, a 30-year-old male patient with cystic echinococcosis at left pelvis and pathological fracture of the proximal femura. Preoperative X-ray film; b. Preoperative CT 3D reconstruction; c. Preoperative 3D printing model; d. Intraoperative hip positioning reference; e. X-ray film at 1 week after operation; f. Limb function at 8 months after operation
3 討論
3D 打印模型是依照人體結構打印出的等比例實物模型，其精確度、材質、強度符合醫學要求。術者可在 3D 打印模型上設計手術方案并開展模擬手術操作，也可根據需要將模型用于術中觀摩、比對及內植物預調整、術中輔助定位等，該模型可輔助術者優化決策和方案，提高手術精確性和安全性[5]。
在骨腫瘤外科的手術操作中，腫瘤邊界的精確切除和保肢手術至關重要。本組患者中，3D 打印技術從模擬手術完成術前規劃，到術中導板精確截骨平面[6]，再到 3D 打印假體的植入物重建，更好地完成了惡性腫瘤的保肢治療。該技術在骨腫瘤外科的臨床工作中顯示了獨特優勢。
借助與人體骨骼完全一致的實體模型，骨腫瘤科醫生在診治過程中可更加直觀地認識病變，清晰了解病變與周圍組織的解剖關系，明確腫瘤切除范圍[7-8]，減少了術中憑經驗、目測、手感等主觀因素導致的誤差，從而達到準確切除骨腫瘤同時更好地保留周圍正常骨組織，為骨腫瘤患者的個體化手術設計提供了更多思路和可能[9]，也提高了手術的預判性，降低手術風險。其次，在模型上模擬手術還可將常規內固定裝置實施個體化塑形調整，減少術中透視時間，縮短手術時間，減少術中出血[10-13]。同時，術前與患者及家屬溝通時，借助 3D 打印模型可更直觀地講述手術情況，使其更加了解手術[14-15]。
本組病例 1 在術前通過 3D 打印模型對病情有了更詳細的了解，明確病變切緣，擬定手術方案，術中使用 3D 打印模型協助定位重建髖關節假體位置。病例 4 治療過程中，根據三維模具將骨水泥灌注至模具腔內，待骨水泥凝固后得到適形的骨水泥跟骨模型，將病變跟骨切除后用骨水泥跟骨完成重建，豐富了 3D 打印模型的應用方式[16]。3D 打印內植物可根據骨骼缺損形狀塑形，通過患側反求技術或健側鏡像轉換，制作出與原局部解剖形態一致的假體植入物，盡可能恢復骨骼的外觀和功能[17]。病例 5 是我科首例運用 3D 打印假體的手術，術中還使用了 3D 打印導板截骨，假體植入物聯合多孔仿生技術，使植入物不僅具有精確的三維空間結構，其內部微孔結構還具有良好的生物相容性，有利于細胞的黏附和增殖，使活體骨與假體牢固地結合起來，促進骨組織修復。這也是 3D 打印技術在骨腫瘤科應用的又一大進步，為骨腫瘤科特需的個體化手術設計提供了更多思路和可能，也提高了手術的預判性，為骨腫瘤科的手術治療提供了更多方式。
綜上述，3D 打印技術在骨腫瘤外科的臨床工作中能夠更好地實現術前規劃及評估[18-19]，做到腫瘤邊界的精確切除，縮短手術時間，減少術中出血量[20]，降低并發癥發生率，為骨腫瘤患者的個體化治療提供了新的參考依據。但其也存在一定局限性，如材料設備均較昂貴，操作及維護成本較高，加工周期較長[20]，目前急需研究出價格低且性能較好的材料；另外，本組病例數較少，結果缺少統計學處理，療效還需多中心大數據進一步證實。
志謝：空軍軍醫大學西京醫院王臻教授、郭征教授、李靖教授以及新疆唯美空間三帝智能科技有限公司
隨著數字化技術及醫療科技的迅速發展，3D 打印技術逐漸被應用到醫學領域，其中利用 3D 打印技術制備骨科模型是較早開展的技術之一，尤其在骨腫瘤治療方面發揮了很好的輔助指導作用[1]。骨腫瘤是發生在骨內或起源于各種骨組織成分的腫瘤，可發生于任何部位，如發生在不規則骨，則大大增加了手術治療難度及風險。利用 3D 打印技術可以等比例打印解剖實體模型，立體、直觀地了解瘤體大小、形態及鄰近解剖關系，術者能在術前更全面地評估病變[2-3]，制定個體化手術方案及個體化腫瘤假體，提高骨腫瘤手術精準性和安全性。2015 年 10 月—2016 年 12 月，我們將 3D 打印技術用于 5 例骨腫瘤治療中，取得了滿意效果。報告如下。
1 臨床資料
1.1 一般資料
本組患者均為男性；年齡 9～58 歲，中位年齡 32 歲。術前患者均取活檢病理診斷明確骨腫瘤性質。其中左側骨盆、股骨近端囊型包蟲病合并股骨近端病理性骨折 1 例（病例 1）；左髂骨骨母細胞瘤合并動脈瘤樣骨囊腫 1 例（病例 2）；左股骨纖維結構不良（牧羊拐畸形）合并病理性骨折 1 例（病例 3）；右跟骨轉移癌 1 例（分期 T2N0M0，病例 4）；左股骨中段尤文肉瘤 1 例（分期 T2N0M0，病例 5）。病程 1 個月～10 年，平均 2.25 年。
1.2 術前設計及 3D 模型制作
使用雙源 CT（Siemens 公司，德國）薄層掃描（間距 0.3 mm，層厚 0.5 mm）及 MRI 檢查，將掃描獲得的病變骨骼斷面圖像保存為 DICOM 格式，輸入至 Mimics17.0 軟件（Materialise 公司，比利時）構建三維模型；然后導入 3D 打印機匹配軟件處理后進行 3D 打印，獲得 1∶1 實體比例模型。進一步了解病變的空間解剖結構，通過軟件構建并打印截骨導板。并在模型上模擬手術，制定詳細手術方案。
1.3 手術方法
病例 1：行左側半骨盆切除，手術截骨定位恥骨聯合、左側骶髂關節及部分病變骶骨，股骨近端病理性骨折處近端股骨一并切除，然后行組配式假體重建骨盆及左髖關節置換術，將模型術中鏡像比對定位髖關節假體髖臼具體位置。
病例 2：通過 3D 打印模型了解病變為蜂窩狀，骨盆剩余骨質結構尚穩定，采用病灶刮除植骨融合術。
病例 3：患者為嚴重畸形良性病變，長期畸形導致周圍肌肉萎縮，髖關節周圍解剖結構變異，矯形難度大。在患者 3D 打印模型上開展模擬手術后，最終采用楔形截骨術加髓內針內固定手術，并在術中使用 3D 打印模型指導截骨角度。
病例 4：患者跟骨無法保留，切除后重建難度較大；術前根據 3D 打印模型設計釘道位置，術中根據 3D 打印模型將骨水泥灌注至模具腔內，待骨水泥凝固后得到骨水泥模型替換切除的跟骨，保護周圍血管及神經，根據術前設計的釘道進行固定。
病例 5：根據 MRI 顯示的腫瘤病變上下邊界外 1 cm 為截骨線制作截骨導板，截骨時測量術中 X 線片顯示的截骨導板與骨骺距離，并與術前測量結果對比，驗證是否徹底切除病變范圍；同時術前3D打印制作股骨瘤段切除后的重建假體，個體化修復骨缺損。
2 結果
本組手術均順利完成。手術時間 2.6～7.5 h，平均 4.9 h；術中出血量 200～2 500 mL，平均 1 380 mL；術中透視次數 1～6 次，平均 3.8 次。術后切口無感染，血運及神經功能良好。5 例患者均獲隨訪，隨訪時間 3～16 個月，平均 5.4 個月。內固定物無松動或斷裂發生。術后 3 個月肢體功能評分采用 Enneking 評分系統[4]，為 15～26 分，平均 21 分；獲優 2 例、良 2 例、中 1 例。見圖 1。
圖1
病例 1，男，30 歲，左側骨盆、股骨近端囊型包蟲病合并股骨近端病理性骨折
a. 術前 X 線片；b. 術前 CT 三維重建；c. 術前 3D 打印模型；d. 術中髖關節定位參照；e. 術后 1 周 X 線片；f. 術后 8 個月功能
Figure1. Case 1, a 30-year-old male patient with cystic echinococcosis at left pelvis and pathological fracture of the proximal femura. Preoperative X-ray film; b. Preoperative CT 3D reconstruction; c. Preoperative 3D printing model; d. Intraoperative hip positioning reference; e. X-ray film at 1 week after operation; f. Limb function at 8 months after operation
3 討論
3D 打印模型是依照人體結構打印出的等比例實物模型，其精確度、材質、強度符合醫學要求。術者可在 3D 打印模型上設計手術方案并開展模擬手術操作，也可根據需要將模型用于術中觀摩、比對及內植物預調整、術中輔助定位等，該模型可輔助術者優化決策和方案，提高手術精確性和安全性[5]。
在骨腫瘤外科的手術操作中，腫瘤邊界的精確切除和保肢手術至關重要。本組患者中，3D 打印技術從模擬手術完成術前規劃，到術中導板精確截骨平面[6]，再到 3D 打印假體的植入物重建，更好地完成了惡性腫瘤的保肢治療。該技術在骨腫瘤外科的臨床工作中顯示了獨特優勢。
借助與人體骨骼完全一致的實體模型，骨腫瘤科醫生在診治過程中可更加直觀地認識病變，清晰了解病變與周圍組織的解剖關系，明確腫瘤切除范圍[7-8]，減少了術中憑經驗、目測、手感等主觀因素導致的誤差，從而達到準確切除骨腫瘤同時更好地保留周圍正常骨組織，為骨腫瘤患者的個體化手術設計提供了更多思路和可能[9]，也提高了手術的預判性，降低手術風險。其次，在模型上模擬手術還可將常規內固定裝置實施個體化塑形調整，減少術中透視時間，縮短手術時間，減少術中出血[10-13]。同時，術前與患者及家屬溝通時，借助 3D 打印模型可更直觀地講述手術情況，使其更加了解手術[14-15]。
本組病例 1 在術前通過 3D 打印模型對病情有了更詳細的了解，明確病變切緣，擬定手術方案，術中使用 3D 打印模型協助定位重建髖關節假體位置。病例 4 治療過程中，根據三維模具將骨水泥灌注至模具腔內，待骨水泥凝固后得到適形的骨水泥跟骨模型，將病變跟骨切除后用骨水泥跟骨完成重建，豐富了 3D 打印模型的應用方式[16]。3D 打印內植物可根據骨骼缺損形狀塑形，通過患側反求技術或健側鏡像轉換，制作出與原局部解剖形態一致的假體植入物，盡可能恢復骨骼的外觀和功能[17]。病例 5 是我科首例運用 3D 打印假體的手術，術中還使用了 3D 打印導板截骨，假體植入物聯合多孔仿生技術，使植入物不僅具有精確的三維空間結構，其內部微孔結構還具有良好的生物相容性，有利于細胞的黏附和增殖，使活體骨與假體牢固地結合起來，促進骨組織修復。這也是 3D 打印技術在骨腫瘤科應用的又一大進步，為骨腫瘤科特需的個體化手術設計提供了更多思路和可能，也提高了手術的預判性，為骨腫瘤科的手術治療提供了更多方式。
綜上述，3D 打印技術在骨腫瘤外科的臨床工作中能夠更好地實現術前規劃及評估[18-19]，做到腫瘤邊界的精確切除，縮短手術時間，減少術中出血量[20]，降低并發癥發生率，為骨腫瘤患者的個體化治療提供了新的參考依據。但其也存在一定局限性，如材料設備均較昂貴，操作及維護成本較高，加工周期較長[20]，目前急需研究出價格低且性能較好的材料；另外，本組病例數較少，結果缺少統計學處理，療效還需多中心大數據進一步證實。
志謝：空軍軍醫大學西京醫院王臻教授、郭征教授、李靖教授以及新疆唯美空間三帝智能科技有限公司
