安超，王優(yōu)麗，張成

淄博市第七人民醫(yī)院 a. 骨科；b. 藥學(xué)部，山東 淄博 255000

引言

3D打印，又稱為添加制造或快速成型技術(shù)，是一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，利用黏合材料，通過逐層打印的方式來創(chuàng)建實(shí)體的技術(shù)。在臨床上當(dāng)對(duì)骨腫瘤進(jìn)行手術(shù)切除時(shí)，切除面積不足會(huì)導(dǎo)致腫瘤復(fù)發(fā)；切除面積過大會(huì)對(duì)患者造成很大創(chuàng)傷，甚至?xí)绊憴C(jī)體的功能。此外，對(duì)于骨科醫(yī)生來說如何填充骨腫瘤切除后的巨大骨缺損是相當(dāng)棘手的問題。3D打印技術(shù)應(yīng)用于骨腫瘤的手術(shù)治療，為臨床醫(yī)生提供了一種新思路，轉(zhuǎn)變了對(duì)傳統(tǒng)骨腫瘤治療的概念，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)手術(shù)方法中的許多不足，在提高手術(shù)質(zhì)量的同時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)精準(zhǔn)的個(gè)性化治療。

1 3D打印技術(shù)的研究進(jìn)展

3D打印技術(shù)最早出現(xiàn)在20世紀(jì)80年代[1]。3D打印技術(shù)最早應(yīng)用于足踝外科是在1997年對(duì)跟骨關(guān)節(jié)內(nèi)骨折進(jìn)行了評(píng)估[2]。其后，應(yīng)用3D打印技術(shù)打印出人造肝臟組織，標(biāo)志著3D打印技術(shù)首次進(jìn)入醫(yī)學(xué)領(lǐng)域[3-4]。制作內(nèi)植物或假體對(duì)3D打印技術(shù)工藝或材料要求較高，所以出現(xiàn)較晚，而早期主要用于制作不規(guī)則骨的個(gè)性化假體[5]。從最初的3D打印模型到應(yīng)用于臨床手術(shù)操作的各類3D打印導(dǎo)板、3D打印假體，現(xiàn)如今該技術(shù)在骨科中的應(yīng)用越來越廣泛。

2 3D打印技術(shù)在骨腫瘤手術(shù)治療中的應(yīng)用進(jìn)展

2.1 3D打印新型模型在骨腫瘤手術(shù)治療中的應(yīng)用

3D打印解剖模型可以用于明確骨腫瘤的邊界及周圍復(fù)雜解剖結(jié)構(gòu)的空間關(guān)系，能夠用于術(shù)前規(guī)劃設(shè)計(jì)和模擬手術(shù)的過程。在骨科中最常見的3D打印模型是由一種材料打印的純骨骼模型。在Kazuyuki等[6]的研究中提出了一種新型3D打印模型，創(chuàng)建了由下頜骨（白色ZP151粉末）、腫瘤（RTV硅膠）和下牙槽神經(jīng)組成的混合3D打印模型。這個(gè)模型能夠更好地幫助他們了解腫瘤與周圍骨骼和下牙槽神經(jīng)之間的位置關(guān)系。將3D打印模型技術(shù)應(yīng)用于骨腫瘤的切除，該患者術(shù)后病理提示腫瘤切除干凈徹底，腫瘤切除范圍及假體放置位置最大誤差不超過4 mm[7]?？捉鸷５萚8]在術(shù)前模型中將腫瘤周圍的大動(dòng)脈、靜脈和神經(jīng)或者神經(jīng)根分別用紅、藍(lán)、黃三色進(jìn)行標(biāo)注，打印出其精確的解剖位置，術(shù)中有效輔助并完整地沿邊界切除了骶骨脊索瘤。

當(dāng)骨腫瘤周圍解剖的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜時(shí)，例如骨盆、脊柱等部位的骨腫瘤，再加上患者個(gè)體化的差異，增加了完整切除腫瘤的操作難度，在實(shí)施手術(shù)時(shí)不僅要明確骨腫瘤的邊界，還要避免對(duì)周圍重要解剖結(jié)構(gòu)的損傷，減少術(shù)后并發(fā)癥的發(fā)生率。新型3D打印解剖模型能夠真實(shí)反映出骨腫瘤的大小、邊界以及周圍重要神經(jīng)、血管的分布情況，有利于術(shù)前制定更加詳盡的手術(shù)規(guī)劃。對(duì)于復(fù)雜的病例，可通過在模型上預(yù)演實(shí)施手術(shù)對(duì)不同手術(shù)方案的優(yōu)劣進(jìn)行比較，針對(duì)術(shù)中可能出現(xiàn)的問題進(jìn)行術(shù)式調(diào)整并且可以預(yù)測(cè)手術(shù)術(shù)后效果[9]。將3D打印新型模型用于手術(shù)輔助治療可以更快地完成手術(shù)操作。

2.2 3D打印導(dǎo)板在骨腫瘤手術(shù)治療中的應(yīng)用

對(duì)于骨腫瘤來說，腫瘤切除范圍過大或過小都對(duì)會(huì)患者機(jī)體造成嚴(yán)重的損傷，如何準(zhǔn)確切除骨腫瘤對(duì)于臨床醫(yī)師來說是一個(gè)巨大的考驗(yàn)。在Sallent等[10]的報(bào)道中指出腫瘤病灶內(nèi)切除的復(fù)發(fā)率高達(dá)92%，切除邊緣無腫瘤細(xì)胞時(shí)復(fù)發(fā)率在5%～17%之間。3D打印導(dǎo)板技術(shù)作為一種臨床應(yīng)用的新技術(shù)，與傳統(tǒng)術(shù)式相比，具有其獨(dú)特的優(yōu)越性。它可以根據(jù)患者自身的實(shí)際情況設(shè)計(jì)出復(fù)雜形狀和大小的導(dǎo)板，術(shù)中可以不借助導(dǎo)航實(shí)施快速精準(zhǔn)地截骨。

骨樣骨瘤中只有2%～10%的病例發(fā)生在足部，很少超過1.5 cm，因此難以定位。此外，切除不足常常導(dǎo)致復(fù)發(fā)。在Ren等[11]的研究中提到他們利用3D打印導(dǎo)板完整地切除了跟骨骨樣骨瘤，在2年隨訪中，患者未出現(xiàn)癥狀，骨樣骨瘤未見復(fù)發(fā)。在施鳳偉等[12]的研究中成功地在3D打印髖臼導(dǎo)板輔助下切除了骨盆腫瘤，術(shù)后隨訪效果良好。付軍等[13]對(duì)4種導(dǎo)板制作加工時(shí)間進(jìn)行了對(duì)比，發(fā)現(xiàn)選擇性激光燒結(jié)導(dǎo)板制作加工時(shí)間明顯長(zhǎng)于熔融沉積成型、光固化立體成型以及印刷工藝。并非所有的骨腫瘤手術(shù)都能進(jìn)行導(dǎo)板的設(shè)計(jì)，導(dǎo)板在手術(shù)中的應(yīng)用需要有個(gè)定位點(diǎn)，所有長(zhǎng)骨中段的手術(shù)一般不適用于導(dǎo)板治療。Limin等[14]指出將3D打印導(dǎo)板應(yīng)用于骨肉瘤的切除手術(shù)，可減少術(shù)中失血量，隨訪研究表明，患者恢復(fù)良好，平均骨骼肌肉腫瘤術(shù)后評(píng)分達(dá)到27.125。

在實(shí)際手術(shù)操作時(shí)，要考慮到附著在骨骼上的軟組織的問題，一般情況下設(shè)計(jì)的導(dǎo)板是緊貼骨骼設(shè)計(jì)的，所以術(shù)中要仔細(xì)干凈地剝離骨骼表面的軟組織，這樣可以提高截骨的精確性和準(zhǔn)確度。在脛骨遠(yuǎn)端、尺骨近端等特殊解剖位置，因軟組織不容易發(fā)生形變，也可以設(shè)計(jì)貼附于皮膚的導(dǎo)板[15]。導(dǎo)板的不同材料也決定了其設(shè)計(jì)方案，使用ABS樹脂及石膏時(shí)，厚度不應(yīng)小于5 mm，光敏樹脂不應(yīng)小于3 mm，一般采用4 mm，金屬材料應(yīng)更薄[13,15]。導(dǎo)板的導(dǎo)孔設(shè)計(jì)也有一定技巧，非金屬導(dǎo)孔一般設(shè)計(jì)成孔狀引導(dǎo)克氏針，金屬導(dǎo)孔一般設(shè)計(jì)成槽狀，直接擺鋸進(jìn)行截骨處理。

3D打印導(dǎo)板可以實(shí)現(xiàn)術(shù)中精準(zhǔn)定位，保證精確截骨，臨床療效也已經(jīng)得到驗(yàn)證，相比傳統(tǒng)手術(shù)方式，它可以縮短手術(shù)時(shí)間、減少術(shù)中射線放射次數(shù)、減少出血量并且能夠有效控制并發(fā)癥的發(fā)生率，減少學(xué)習(xí)的曲線。

2.3 3D打印假體及內(nèi)植入物在骨腫瘤手術(shù)治療中的應(yīng)用

骨腫瘤切除后會(huì)造成局部骨質(zhì)的缺損，不僅會(huì)造成外形不美觀也會(huì)造成功能受限，目前對(duì)于骨缺損的重建方法有許多，包括異體骨植骨、自體骨移植、假體修復(fù)等，最佳治療方式還存在爭(zhēng)議。假體重建具有能夠?qū)崿F(xiàn)早期活動(dòng)、外形美觀、長(zhǎng)期穩(wěn)定性好、術(shù)后功能恢復(fù)好等優(yōu)點(diǎn)。3D打印技術(shù)假體有助于改善解剖結(jié)構(gòu)的恢復(fù)，3D打印假體個(gè)性化的設(shè)計(jì)符合“量體裁衣”標(biāo)準(zhǔn)。

Wang等[16]研究顯示使用個(gè)性化3D打印半骨盆假體重建髖臼惡性骨腫瘤切除后骨缺損可實(shí)現(xiàn)良好的功能效果并且無嚴(yán)重并發(fā)癥發(fā)生。Liang等[17]在報(bào)道中提出使用3D打印骨盆假體重建骨盆腫瘤切除后骨缺損是安全可靠的，沒有額外的并發(fā)癥出現(xiàn)，短期功能結(jié)果良好。Ralph等[18]將3D打印設(shè)計(jì)植入物用于復(fù)雜脊柱外科手術(shù)，一例是患者進(jìn)行C-1/C-2脊索瘤的腫瘤切除后用3D打印假體對(duì)椎體進(jìn)行重建，另一個(gè)患者使用3D打印的個(gè)性化融合器來治療先天性脊柱畸形。Choy等[19]應(yīng)用個(gè)性化3D打印椎體成功重建了青少年T9原發(fā)性骨腫瘤切除術(shù)后的骨缺損。付軍等[20]應(yīng)用鈦合金3D打印假體復(fù)合帶血管帶腓骨及生物陶瓷的方式修復(fù)下肢瘤段切除后的長(zhǎng)節(jié)段骨缺損，短期隨訪結(jié)果顯示該方法穩(wěn)定性可靠，安全性高，可獲得良好的下肢功能。胡巍然等[21]的研究指出鈦合金骨組織工程多空支架表面和孔內(nèi)在體外有大量成骨細(xì)胞存在。

3D打印假體可能會(huì)成為由感染、腫瘤或創(chuàng)傷引起的骨缺損重建的主流[22]。3D打印假體及內(nèi)植入物可以很容易地放置于骨質(zhì)缺損處，這有助于手術(shù)操作和縮短手術(shù)時(shí)間，當(dāng)用自體骨進(jìn)行移植修復(fù)重建時(shí)，不管取腓骨、肋骨還是髂骨都需要對(duì)摘取的骨骼進(jìn)行精細(xì)加工以便更加符合骨缺損的外形及大小，實(shí)現(xiàn)完美匹配。植入物的表面也可以涂有不同的材料，如羥基磷灰石等，以進(jìn)一步促進(jìn)假體與骨骼之間的連接。3D打印技術(shù)可以在假體表面制造多孔支架，多孔支架能夠允許宿主骨在其內(nèi)部進(jìn)行生長(zhǎng)。

2.4 3D生物打印在骨腫瘤手術(shù)治療中的應(yīng)用

3D生物打印技術(shù)作為一種前言技術(shù)，目前還處于研究階段，其應(yīng)用前景值得期待。例如，研究脂肪來源的干細(xì)胞復(fù)合3D打印的水凝膠支架在體內(nèi)的成骨性能，結(jié)果顯示在體內(nèi)試驗(yàn)8周可觀察到類骨質(zhì)形成[23]。張明等[24]設(shè)計(jì)的基于3D打印技術(shù)的新型生物活性復(fù)合鎂骨修復(fù)支架，通過聚乳酸-乙醇酸共聚物（PLGA）/β-磷酸三鈣（β-TCP）／鎂（Mg）多孔支架的多參數(shù)制備技術(shù)研究，提高多孔支架的促成骨活性，以利于植入部位的骨再生及功能重建。Ma等[25]利用貽貝仿生納米結(jié)構(gòu)生物材料的3D打印及其在腫瘤治療和組織再生中的應(yīng)用，打印了一個(gè)物陶瓷支架并且在其表面涂上鈣磷/多聚多巴胺納米層，并利用多聚多巴胺的生物相容性、生物可降解性和優(yōu)良的光熱效應(yīng)，有效地誘導(dǎo)了腫瘤細(xì)胞在體外被殺死，發(fā)現(xiàn)3D打印生物陶瓷中的貽貝仿生納米結(jié)構(gòu)兼具了治療癌癥和骨再生的能力。將3D生物打印技術(shù)聯(lián)合3D打印假體應(yīng)用于骨腫瘤手術(shù)治療中會(huì)顯著地提高手術(shù)質(zhì)量，對(duì)于患者的功能恢復(fù)會(huì)起到巨大的推動(dòng)作用。

3 總結(jié)與展望

綜上所述，3D打印技術(shù)在骨腫瘤手術(shù)中的應(yīng)用價(jià)值和臨床療效值得肯定。當(dāng)然，現(xiàn)在3D打印技術(shù)還存在一定的不足，比如：3D打印材料有限；打印時(shí)間較長(zhǎng)；打印成本較高；許多研究還處于初始階段；許多技術(shù)還不成熟；還需要更多的、更高水平的研究來證實(shí)3D打印技術(shù)的有效性。目前臨床應(yīng)用研究中，無論是3D打印導(dǎo)板還是3D打印假體還需要進(jìn)行長(zhǎng)期隨訪觀察療效，3D打印技術(shù)在臨床中的應(yīng)用還需要進(jìn)一步拓寬。3D打印在理論上可以實(shí)現(xiàn)組織或器官再生，盡管目前在皮膚、血管、肝臟方面已取得了相當(dāng)大的突破，但是構(gòu)建一個(gè)具有移植條件及生物活性功能的打印器官仍是一個(gè)長(zhǎng)期努力的方向。隨著3D打印技術(shù)的發(fā)展，該技術(shù)在臨床中將會(huì)發(fā)揮出更大的作用。