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        3D打印膝關(guān)節(jié)組配式假體在股骨遠端惡性腫瘤保肢手術(shù)中的應用

        2019-06-11 14:27:00王順利史迎賓張林鋒趙曉博楊延良辛曉林婁高杰王愛國
        關(guān)鍵詞:保肢假體自體

        王順利,史迎賓,喻 斌,張林鋒,趙曉博,楊延良,辛曉林,婁高杰,王愛國

        保肢手術(shù)目前被視為治療大部分股骨遠端惡性腫瘤的最佳選擇。然而假體的使用壽命是一個主要問題,特別是年輕患者,活動量大,對假肢要求較高,人工關(guān)節(jié)可能因過度磨損而影響使用年限[1];中遠期隨訪研究亦顯示,腫瘤假體無菌性松動發(fā)生率較高,10年發(fā)生率約為67.4%[2]。為降低無菌性松動的發(fā)生風險,2013年英國學者通過長期隨訪研究證實,假體肩部羥基磷灰石(hydroxyapatite,HA)的應用可促進假體與宿主骨整合,通過生物學固定減少假體柄在水泥套內(nèi)的應力[3]。本研究在保肢手術(shù)術(shù)前應用3D打印技術(shù)個體化制作仿松質(zhì)骨多孔表面結(jié)構(gòu)袖套,通過自體骨移植將袖套與股骨殘端連接,改善植入物固定方式,實現(xiàn)生物學固定和骨水泥固定,以期降低腫瘤假體無菌性松動的發(fā)生率。

        1 資料與方法

        1.1 一般資料

        2016年5月至2019年4月鄭州市骨科醫(yī)院共收治20例股骨遠端原發(fā)惡性骨腫瘤患者。年齡14~79歲,平均年齡(34.5±2.6)歲。術(shù)前CT引導下活檢示骨肉瘤8例、尤文肉瘤4例、惡性纖維組織細胞瘤4例、軟骨肉瘤3例,余1例為股骨遠端骨肉瘤術(shù)后假體無菌性松動。發(fā)生部位:右下肢11例、左下肢9例;Enneking腫瘤分級[4]:Ⅰa 1例、Ⅰb 2例、Ⅱa 6例、Ⅱb 10例;除2例軟骨肉瘤、1例骨肉瘤術(shù)后假體無菌性松動外,其余患者均在術(shù)前進行新輔助化療。

        所有假體均由北京力達康公司提供(圖1),根據(jù)患者具體情況定制個性化3D打印袖套(圖2),其軸桿和髓內(nèi)桿由鈦合金(Ti 318[Ti-6Al-4V])制成。本研究已獲本院倫理委員會批準,并告知患者及家屬,簽署知情同意書。

        圖1 組配式膝關(guān)節(jié)腫瘤假體圖23D打印袖套

        1.2 手術(shù)方法

        根據(jù)術(shù)前穿刺活檢點設(shè)計手術(shù)切口,以便剝離腫瘤周圍正常軟組織并將活檢切口連同瘤段一起切除。患者多取膝關(guān)節(jié)前內(nèi)側(cè)切口,同時向近端或遠端延長,按照化療后影像學圖片制定腫瘤外科邊界,術(shù)中仔細分離神經(jīng)血管后行腫瘤廣泛切除。

        根據(jù)術(shù)前測量長度確定原始截骨平面,在其上2~3 cm處截骨并取其斷端髓腔組織做病理檢査。由于3D打印袖套(長度設(shè)計為3 cm)的加入,殘留股骨段需再截取3 cm,以便行自體骨橋接,截骨時應保留一部分骨膜袖套,以利于骨愈合。常規(guī)情況下股骨柄長度最短為12 cm,加上截取的3 cm,故術(shù)前計劃殘留骨長度至少超過15 cm。截骨完成后準備髓腔。插入假體后觀察假體與骨組織吻合程度、肢體力線和長短、關(guān)節(jié)活動和穩(wěn)定性等;滿意后取出假體,采用第三代骨水泥技術(shù)植入假體。將多截取的3 cm骨段制作成寬約0.5 cm的骨板,分散置于3D打印袖套及股骨殘端結(jié)合處,以2根鈦纜捆扎固定。反復沖洗后留置負壓引流,逐層縫合,關(guān)閉切口。

        1.3 術(shù)后處理

        圍手術(shù)期預防性使用抗生素。術(shù)后2周拆線,指導患者非負重狀態(tài)下進行膝關(guān)節(jié)功能鍛煉,必要時給予鎮(zhèn)痛藥物,以減輕疼痛不適癥狀。術(shù)后3周按骨肉瘤推薦化療方案[5]進行化療,扶雙拐部分負重,術(shù)后2個月可完全負重。

        1.4 療效觀察

        術(shù)后1、3個月,之后每隔半年復查肺部CT及患肢正側(cè)位X線片。記錄隨訪期間并發(fā)癥發(fā)生情況,末期隨訪時按照Enneking骨腫瘤術(shù)后肢體功能客觀標準進行療效評估[6]。

        2 結(jié)果

        1例股骨遠端骨肉瘤患者術(shù)后半年因腫瘤局部復發(fā)失訪,余19例均獲隨訪,其中遠處轉(zhuǎn)移、帶瘤生存者3例。隨訪期間無1例出現(xiàn)假體周圍感染。4例切口內(nèi)脂肪液化,經(jīng)換藥處理后順利愈合;其余患者傷口愈合良好。

        平均隨訪時間1.6年(0.6~2年)。根據(jù)Enneking骨腫瘤術(shù)后肢體功能客觀標準,優(yōu)11例、良3例、中4例、差1例,優(yōu)良率14/19。影像學復查結(jié)果提示,所有患者自體骨板與3D打印袖套及股骨殘端固定良好,均可見皮質(zhì)外骨橋形成,骨水泥-假體界面、假體-骨界面均無進行性透亮影。典型病例見圖3。

        3 討論

        隨著新輔助化療方法的出現(xiàn)以及骨腫瘤手術(shù)技術(shù)的進步,保肢治療成為膝關(guān)節(jié)周圍惡性腫瘤患者的首選治療[7]。盡管局部復發(fā)風險有所增加,但現(xiàn)有研究表明,與截肢患者相比,保肢患者總體生存率更高,同時可避免身體殘疾對患者造成的不良影響[8-9]。然而,如何提高腫瘤假體生存率,對于骨腫瘤醫(yī)生而言,仍是一項艱巨的挑戰(zhàn)。

        Henderson等[10]將假體失效分為5個類型,其中Ⅱ型即為假體無菌性松動。有研究者對335個股骨遠端骨腫瘤保肢術(shù)后假體的中長期存留情況進行回顧性分析,結(jié)果發(fā)現(xiàn)假體無菌性松動發(fā)生率為3%~13.6%[11]。Myers等[12]報道335例股骨遠端假體置換患者,隨訪發(fā)現(xiàn)無菌松動是固定鉸鏈式腫瘤假體失效的主要原因,而當使用旋轉(zhuǎn)鉸鏈植入物時,翻修總風險降低了52%。可見假體類型是影響骨腫瘤保肢手術(shù)成功率的一個重要因素。

        圖3 3D打印膝關(guān)節(jié)組配式假體應用于左側(cè)股骨遠端惡性腫瘤保肢手術(shù)前后圖片(男,16歲)3A術(shù)前正側(cè)位X線片3B術(shù)中假體安裝3C可吸收縫線編排自體骨3D自體骨安裝于截骨殘端與3D袖套表面3E術(shù)后4個月隨訪X線片顯示截骨殘端處自體骨與3D打印袖套產(chǎn)生皮質(zhì)外骨橋

        為降低水泥型假體無菌性松動的發(fā)生率,國內(nèi)外學者致力于對腫瘤假體進行改良,目前研究方向多集中在膝關(guān)節(jié)生物力學及其在假體設(shè)計方面的應用[13-15]。需要強調(diào)的是,正常膝關(guān)節(jié)生物力學與假體設(shè)計參數(shù)的吻合更多的是通過優(yōu)化假體在人體靜息狀態(tài)或運動狀態(tài)下的力學傳導來實現(xiàn)的,具體體現(xiàn)在假體受力時應力分布的均一性。但由于股骨偏心受力的解剖結(jié)構(gòu),較長的假體固定柄可導致假體與水泥界面、水泥與骨界面在某一處應力集中,進而引起膝關(guān)節(jié)腫瘤假體固定失敗或出現(xiàn)斷裂[16]。此外,體質(zhì)量指數(shù)、截骨平面及術(shù)后患者行走步態(tài)也是影響膝關(guān)節(jié)假體力學傳導的重要參數(shù)[17]。隨著相關(guān)研究的不斷深入,假體的設(shè)計及固定方式不斷優(yōu)化,近年來水泥型假體的無菌性松動發(fā)生率有所下降。比如,旋轉(zhuǎn)鉸鏈式假體在水泥-假體界面的應力明顯低于單純鉸鏈式設(shè)計[18];而將假體與骨連接處的假體領(lǐng)部設(shè)計為HA噴涂,亦能有效降低無菌性松動的發(fā)生率[19]。

        目前假體固定方式仍以骨水泥固定方式為主,Ahlmann等[20]發(fā)現(xiàn),骨水泥固定膝關(guān)節(jié)周圍假體5年生存率為78%,10年生存率達60%。3D打印袖套具有仿松質(zhì)骨多孔表面結(jié)構(gòu),在人工髖關(guān)節(jié)置換中,具備這種金屬骨小梁結(jié)構(gòu)可實現(xiàn)有效的生物學固定[21]。從理論上講,應用3D打印袖套,可在膝關(guān)節(jié)腫瘤假體骨水泥牢固固定的同時,實現(xiàn)自體骨在多孔結(jié)構(gòu)表面的骨長入,從而形成皮質(zhì)外骨橋,而皮質(zhì)外骨橋與長節(jié)段骨腫瘤假體的整合,提供了長期穩(wěn)定的生物力學環(huán)境,也進一步增強了骨水泥固定界面的穩(wěn)定性[19,22]。2013年英國學者應用裝配有HA袖套的骨水泥假體對膝關(guān)節(jié)周圍惡性腫瘤患者進行保肢治療,結(jié)果發(fā)現(xiàn)由無菌性假體松動而導致的翻修率為8%,在2~18年的隨訪期內(nèi),70%患者的影像學資料有骨整合的證據(jù),組織學分析亦提示帶HA涂層結(jié)構(gòu)的假體表面與骨骼發(fā)生了直接接觸[3]。本研究術(shù)后影像學復查結(jié)果提示,自體骨板與3D打印袖套及股骨殘端有愈合跡象,皮質(zhì)外骨橋已形成,骨水泥-假體界面、假體-骨界面均無進行性透亮影。

        在實際手術(shù)操作時,建議先選用最小號試模插入髓腔透視,查看假體肩部與股骨截骨平面的間隙,以及股骨柄在髓腔內(nèi)是否中置;可通過處理保證假體肩部與截骨平面相契合,以及股骨柄在髓腔內(nèi)的中置,以盡可能實現(xiàn)股骨與假體解剖軸線的相互吻合,利于下肢力學傳導的重現(xiàn)。年齡段不同的患者其股骨髓腔寬度也不同,應盡量選擇直徑大的股骨柄,以避免術(shù)后假體斷裂。研究還發(fā)現(xiàn),將髓腔擴髓至與假體柄粗細相同的尺寸,在水泥固定前插入假體即可獲得穩(wěn)定固定,隨后用水泥填充假體與骨骼之間的微小間隙,可進一步提高固定的可靠性[23]。

        本研究存在以下局限性:①僅對患者短期療效作回顧性分析;②未設(shè)立對照組,無法觀察比較骨整合對無菌性松動的影響,但所有患者都有骨整合的影像學證據(jù);③不同患者切除骨和軟組織的量有所不同,即使是類型、級別相同的患者,也存在差異,這會對植入物的穩(wěn)定性和功能造成影響;患者身高、體重、年齡、化療劑量等因素均有可能影響假體的存活,這也是今后研究工作的重點方向之一。

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