王春龍 李鹍 肖硯斌 陳英濤 康建平 周開鄰 黃少俊

瘤段切除假體置入是目前骨外科治療骨腫瘤的主要方法。傳統(tǒng)的金屬假體置入物由于其彈性模量與人骨皮質(zhì)存在差距，使其置入人體后必將產(chǎn)生應(yīng)力遮擋，引起骨吸收和假體松動；且按標準制作的假體難以與瘤段骨完全匹配，有時需擴大手術(shù)范圍以滿足假體植入條件；另外，盆骨、肩胛骨等不規(guī)則骨上的腫瘤切除后很難找到合適形狀的假體。3D打印是一種與傳統(tǒng)的材料加工方法完全不同的制造方式，通過材料擠出設(shè)備，以預(yù)先指定的方式彼此堆疊并融合以形成最終產(chǎn)品，可以最大限度地滿足個性化的制作需求。在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，通過電腦為患者量身設(shè)計個性化假體，并且可以針對性地調(diào)節(jié)其表面和內(nèi)部結(jié)構(gòu)，以更好地滿足臨床需要，有希望取代傳統(tǒng)的骨修復(fù)支架[1-2]。目前常用的3D打印骨科植入物材料主要是鈦和鈦合金、鉭、可生物降解的金屬（鐵、鎂、錳等）、羥基磷灰石、生物活性玻璃（聚醚醚酮）等，每一種材料都有其優(yōu)點和缺點[3]。聚醚醚酮（polyetheretherketone，PEEK）是一種芳香族半結(jié)晶性的熱塑性特種工程塑料，具有優(yōu)異的物理、化學(xué)、力學(xué)等性能[4]；PEEK作為一種生物材料，相比于傳統(tǒng)硬組織植入金屬材料，具有良好的生物相容性、放射線透過性，置入人體后可有效降低應(yīng)力遮擋，且CT、磁共振掃描不產(chǎn)生偽影等特點，被越來越多地應(yīng)用于骨科置入物及假體[5]。

目前，國內(nèi)3D打印PEEK材料假體用于人骨腫瘤切除后置入的報道罕見。本院2019年12月至2021年6月進行了11例骨腫瘤行“瘤段切除+3D打印PEEK材料假體置換術(shù)”的患者，其中10例有完整的臨床資料及術(shù)前、術(shù)后隨訪的影像資料。這些患者在術(shù)前都談話告知了該假體的特點及運用現(xiàn)狀，手術(shù)方案獲得患者同意。筆者收集這些資料以闡述3D打印PEEK材料假體用于人體骨腫瘤瘤段切除置入后的CT隨訪表現(xiàn)。

1 資料與方法

1.1 一般資料

10例患者，男4例，女6例；年齡14～52歲，平均年齡34.1歲。其中承重骨1例，位于左脛骨；非承重骨9例，其中5例肩胛骨、2例鎖骨、1例腓骨、1例胸骨。良性1例、惡性9例。2020年2月至2021年6月平均隨訪時長10.8個月（見表1）。本研究經(jīng)昆明醫(yī)科大學(xué)第三附屬醫(yī)院倫理委員會批準（XJS202004），患者均知情同意并簽署知情同意書。

表1 10例骨腫瘤患者的臨床資料

1.2 CT掃描及圖像參數(shù)

Siemens Flash雙源CT（SOMATOM Definition，Siemens Healthcare，F(xiàn)orchheim，Germany）管電壓120 kV，管電流150 mAs，層厚8 mm，準直128 mm×0.6 mm，螺距0.8，窗口：骨窗（窗寬1500、窗位450），軟組織窗（窗寬350、窗位45），SAFIRE重建：軸位1 mm，冠矢狀位5 mm。

1.3 圖像觀察及CT值測量

在軟組織窗上觀察假體密度、形態(tài)，周圍軟組織是否有積液、積氣情況；在骨窗上觀察殘留骨密度、形態(tài)改變，觀察是否有骨－假體間骨連接形成，在多平面重組上觀察二者相對關(guān)系。在術(shù)后第一次CT檢查及最后一次隨訪CT平掃薄層圖像上測量。采用軟組織窗，將圖像稍放大，在假體－骨界面假體內(nèi)做橢圓形ROI，避開螺釘偽影及假體旁積氣區(qū)域，測量3次取平均值。

2 結(jié)果

2.1 承重骨CT表現(xiàn)

患者1，“無明顯誘因發(fā)現(xiàn)左小腿上段后側(cè)‘橘子’大小腫物”來診。病理確診骨旁骨肉瘤。術(shù)前CT示左脛骨上段后緣骨皮質(zhì)不均勻增厚、密度增高，局部骨質(zhì)破壞并形成腫塊向后上方生長，大小約4.5 cm×4.7 cm×8.4 cm，病灶上份為骨樣密度（見圖1A-C）。因術(shù)前行3周期化療后病灶稍縮小、成骨增多。臨床根據(jù)患者年齡小、化療后一般情況可等判斷有保肢術(shù)指征，可行“瘤段切除＋假體置入術(shù)”。根據(jù)病灶的位置、形態(tài)及浸潤范圍，設(shè)計置換脛骨上段后半部分及脛骨平臺，術(shù)前在3D打印機相匹配的軟件上根據(jù)患者的CT數(shù)據(jù)設(shè)計假體（見圖1D-E），假體模擬骨結(jié)構(gòu)設(shè)計邊緣PEEK材料的“骨皮質(zhì)”及中央中空的“骨髓腔”，假體與骨的接觸面呈網(wǎng)格設(shè)計，在上緣“脛骨平臺”設(shè)計內(nèi)徑3.7 mm/深≥35 mm、內(nèi)徑4.5 mm/深≥19 mm的孔道，用于韌帶重建。假體成品重約123.17 g（見圖1FG）。假體制作完成后在全麻下行“左脛骨上段骨肉瘤瘤段切除、3D打印個性化假體置換術(shù)”。術(shù)后按月隨訪。

術(shù)后首次檢查X線平片示左脛腓骨上段局限性缺如，平片上假體密度低于骨組織密度，完整輪廓觀察不清（見圖1H）。CT檢查示脛骨上段見假體及鋼板螺釘內(nèi)固定，假體形態(tài)正常，未見松動及滑脫征象。假體呈邊緣“皮質(zhì)”呈規(guī)整的帶狀高密度，密度較正常骨皮質(zhì)密度低，測量CT值時感興趣區(qū)內(nèi)平均值約173.7 HU（骨接觸面），密度欠均勻，厚0.5～0.6 cm；中央空腔“髓腔”呈低密度，內(nèi)空氣密度背景下見不規(guī)則液體密度影，為手術(shù)所致少量積液/血。假體上份有2個直徑約0.4 cm的孔道，自假體“髁間隆起”處斜向前下通向骨接觸面，假體骨接觸有深約0.8 cm的凹槽。假體內(nèi)及殘余脛骨可見多根鋼釘及鋼板內(nèi)固定；其中2個鋼釘從預(yù)留的假體后上份孔道穿過固定于殘余脛骨上，假體上緣孔道內(nèi)未見鋼釘影，其臨近股骨髁間窩見2個短小螺旋形骨密度影，假體下緣可見2個鋼釘自殘余脛骨前緣穿過假體固定。術(shù)區(qū)假體周圍少許積液及軟組織腫脹。術(shù)后3個月隨訪時假體內(nèi)部積液/血基本吸收，假體上、后方出現(xiàn)少量積液，假體形態(tài)、密度未見明顯變化。隨訪假體均未見明顯變化，脛骨殘端及鄰近股骨下段骨質(zhì)疏松逐漸加重，左下肢肌肉萎縮。術(shù)后16個月時出現(xiàn)患肢明顯疼痛，CT見假體周圍積液明顯增多，表現(xiàn)為假體周圍帶狀液體影包繞整個假體（見圖1M），液體外緣見均勻的“壁”；假體形態(tài)正常，對比同一位置再測CT，感興趣區(qū)內(nèi)平均值約171.4 HU，其密度未發(fā)生明顯改變；假體與骨之間可見低密度帶間隔；此時假體前上緣可見條狀骨膜新生骨形成（見圖1K箭頭），假體下份－脛骨接觸面可見骨樣組織向假體凹槽內(nèi)生長（見圖1L箭頭）；殘余脛骨上端骨質(zhì)吸收，體積變小，且邊緣不光滑。

圖1 A-C.術(shù)前X線左膝關(guān)節(jié)側(cè)位片及CT矢狀位骨窗；D-E.根據(jù)CT數(shù)據(jù)重建的圖像上設(shè)計手術(shù)及假體（淺藍色為保留部分）；F-G.假體成品照片；H-J.術(shù)后首次復(fù)查的X線及CT骨窗；K-M.最后一次隨訪的CT骨窗及軟組織窗

2.2 非承重骨CT表現(xiàn)

9例非承重骨除患者8為腓骨外，其余均屬不規(guī)則骨。肩胛骨占50%（5/10），其中患者4左肩胛骨滑膜肉瘤病例累及左鎖骨肩峰端，行“左肩鎖部腫瘤切除、肩胛骨、鎖骨部分切除＋3D打印PEEK生物材料假體置換術(shù)”；根據(jù)腫瘤部分及范圍設(shè)計置換部分肩胛骨，包括肩胛盂及鎖骨遠端。假體鄰近殘余骨邊緣均可見不同程度骨膜新生骨形成（見圖2A-D），最早一個術(shù)后3個月即觀察到骨膜新生骨（病例9），肱骨盂肱關(guān)節(jié)處不同程度硬化形成骨性突起。非承重骨術(shù)后假體形態(tài)均未見明顯變化；測量CT值時因高密度螺釘偽影影響，導(dǎo)致不同患者間假體CT值差別較大，但同一患者同部位測量CT值差別不大（見表2）。2例鎖骨病例因較多螺釘偽影明顯，假體形態(tài)評估不滿意（見圖2）。病例10右肩胛骨軟骨肉瘤位于肩胛盂，置換后假體“肩胛盂”位置朝上，肱骨頭位于其前下方，形成肱骨頭脫位；肩胛骨肩峰殘端與假體對合不佳（見圖2E）。病例8術(shù)后1年1個月亦發(fā)生疼痛，CT假體周圍可見包繞假體的液體影。所有病例隨訪至今均未見假體變形及腫瘤復(fù)發(fā)征象。

表2 術(shù)后首次與最后一次隨訪假體－骨接觸面假體CT值

圖2 A-D.術(shù)后殘余骨表面骨膜新生骨及形成及肱骨表面硬化；E.假體與肩胛骨殘端對合不佳；F.假體位置不正；G.偽影大

3 討論

臨床上普遍使用的金屬假體易產(chǎn)生應(yīng)力遮擋，進而導(dǎo)致骨吸收。而假體材料的高彈性模量被認為是引起這一問題的主要原因。假體－骨組織界面結(jié)合較差，結(jié)合界面之間的微動和剪切力是影響假體表面骨長入和骨吸收的主要因素[6]。3D打印技術(shù)可以根據(jù)CT、MRI等醫(yī)學(xué)掃描技術(shù)精確預(yù)制個性化假體，最大程度地配合外科醫(yī)生設(shè)計最佳手術(shù)方案，且可以設(shè)計兼具形貌功能恢復(fù)及力學(xué)穩(wěn)定性的假體，研究證實3D打印技術(shù)輔助全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)比傳統(tǒng)全系關(guān)節(jié)置換術(shù)的短期臨床效果更好，明顯提高手術(shù)的有效率、術(shù)后力線精準度，改善術(shù)后膝關(guān)節(jié)功能，無明顯不良反應(yīng)，值得廣泛推廣[7]。PEEK及其復(fù)合材料具有良好的生物相容性、生物惰性，其不具有致敏性，基因毒性測試結(jié)果顯示其不會引起任何染色體畸變；在各種化學(xué)、物理條件刺激下仍可保持較穩(wěn)定的理化性能，是假體制作的理想材料[8]。PEEK目前已經(jīng)作為生物材料在口腔醫(yī)學(xué)領(lǐng)域、椎體間融合器有較多應(yīng)用，但國內(nèi)作為骨關(guān)節(jié)替代物置入人體的應(yīng)用還較少。國外研究集中在PEEK復(fù)合材料及表面處理上?？稍赑EEK材料中添加一類或多類物種，如磷酸鈣、羥基磷灰石、碳纖維、鈦、高密度聚乙烯等，多種材料的不同比例混合制作的PEEK假體可進一步提高假體的機械性能[9-10]。但內(nèi)置物相關(guān)性感染（implant associated infection，IAI）與成骨不良常導(dǎo)致內(nèi)置物治療失敗[11]，因此有很多人嘗試對假體進行表面涂層，如納米金屬顆粒、抗菌素、干細胞等以誘導(dǎo)假體－骨界面的骨生成、預(yù)防假體感染[12-14]；假體骨界面不能是光滑的，有研究證實，粗糙或多孔的結(jié)合面有助于骨整合[15]。CT隨訪應(yīng)著重觀察假體的位置、形態(tài)，假體及殘留骨周圍、手術(shù)通道是否有腫瘤復(fù)發(fā)；另外還可以觀察殘留骨周圍的骨膜反應(yīng)，假體－骨之間是否形成骨連接等。本組病例中，承重骨脛骨上段骨旁骨肉瘤因病灶超過骺線達骨骺，無法保留骨骺，為增加假體穩(wěn)定性而保留部分前緣脛骨，且預(yù)留孔道供螺釘及韌帶固定。假體－骨接觸面網(wǎng)格狀設(shè)計有助于增加置入后骨整合。隨訪16個月時可見假體－骨接觸面骨端間骨樣組織向假體凹槽內(nèi)生長，但無凹槽的地方未見骨形成，假體－骨之間仍未形成骨連接。2例出現(xiàn)感染（抽液培養(yǎng)提示金黃色葡萄球菌）情況，均屬于下肢長骨，感染導(dǎo)致假體周圍積液和骨吸收。所有病例均未見腫瘤復(fù)發(fā)征象。本組10例均使用純PEEK材料3D打印的假體，雖表面呈網(wǎng)格設(shè)計，但表面未行任何材料涂層，鑒于出現(xiàn)感染的情況，在接下來的病例中可嘗試行藥物涂層進行觀察。假體周圍出現(xiàn)積液后可看到假體與骨之間有液體密度間隔，可能會影響假體－骨之間的骨連接形成，所以在以后的研究中，在考慮促進假體－骨連接形成的同時，也要注意預(yù)防感染。假體表面及孔道密度較前無明顯變化可以認為無明顯骨長入，韌帶固定通道在CT上未見明顯異常密度改變，若評估需要做核磁共振檢查。所有病例隨訪假體形態(tài)均未發(fā)生改變，說明體內(nèi)環(huán)境對假體的理化性質(zhì)無明顯影響；假體周圍軟組織內(nèi)未發(fā)現(xiàn)異常密度影。假體在X線片上密度低于骨皮質(zhì)，術(shù)中透視及X線平片無法完整顯示其輪廓，不利于術(shù)中觀察假體。因此，3D打印PEEK材料作為骨腫瘤瘤段切除后假體置入，影像上認為置入后可恢復(fù)術(shù)區(qū)解剖結(jié)構(gòu)，對周圍軟組織無刺激作用，至今平均隨訪1年左右，除2例出現(xiàn)感染外，其他未發(fā)生相關(guān)并發(fā)癥。假體密度稍低于骨皮質(zhì)，隨訪很容易辨認假體及異常軟組織、成骨，便于評估有無腫瘤復(fù)發(fā)。作為非承重骨，尤其是不規(guī)則骨是一種理想的骨替代物。接下來可研究在表面鍍層以期術(shù)中透視觀察假體，以及增加假體－骨界面骨長入及預(yù)防感染等方面。

綜上，CT可以清楚顯示PEEK材料假體的位置、形態(tài)、密度改變及與自體骨之間的關(guān)系，可以發(fā)現(xiàn)相應(yīng)的并發(fā)癥，比X線片有優(yōu)勢，是這類手術(shù)患者術(shù)后首選的隨訪方法。