羅善超, 鄒崇祺, 梁周, 趙勁民

骨肉瘤是最常見(jiàn)的原發(fā)性惡性骨腫瘤,標(biāo)準(zhǔn)的治療方法是新輔助化療聯(lián)合手術(shù)治療。骨肉瘤的外科治療要求腫瘤在安全范圍內(nèi)切除,同時(shí)盡可能保留正常組織,以有效降低患者術(shù)后復(fù)發(fā)的風(fēng)險(xiǎn),且有利于腫瘤切除后的解剖重建和功能康復(fù)。在傳統(tǒng)外科手術(shù)中,截骨數(shù)據(jù)通常經(jīng)過(guò)測(cè)量術(shù)前二維圖像資料獲得,然后在患者的三維實(shí)體進(jìn)行截骨。由于腫瘤本身及其周圍解剖結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性,很難在患者的三維實(shí)體上準(zhǔn)確獲得二維圖像的測(cè)量參考點(diǎn),截骨水平和腫瘤切除邊界往往誤差較大。另外,在傳統(tǒng)手術(shù)中確定截骨水平后,外科醫(yī)師通常根據(jù)肉眼判斷截骨方向,這可能引起截骨面傾斜,導(dǎo)致假體與截骨面不匹配;并且對(duì)截骨水平進(jìn)行多次調(diào)整會(huì)引起截骨水平的改變以及影響假體的植入,導(dǎo)致手術(shù)時(shí)間的延長(zhǎng)和出血量的增加。骨肉瘤外科治療的關(guān)鍵是實(shí)現(xiàn)陰性邊緣的廣泛切除和準(zhǔn)確的解剖結(jié)構(gòu)重建[1]。近年來(lái),3D打印技術(shù)、計(jì)算機(jī)導(dǎo)航技術(shù)和機(jī)器人技術(shù)已經(jīng)在骨肉瘤外科治療中得到應(yīng)用。這些新技術(shù)可用于構(gòu)建骨肉瘤的個(gè)體化模型并進(jìn)行術(shù)前模擬手術(shù)、輔助術(shù)中腫瘤定位和切除以及輔助解剖結(jié)構(gòu)重建,使骨肉瘤的個(gè)性化和精準(zhǔn)化外科治療得以實(shí)現(xiàn)[2-3]。本文對(duì)這些技術(shù)用于輔助骨肉瘤精準(zhǔn)外科治療的進(jìn)展進(jìn)行綜述,旨在為其臨床應(yīng)用提供參考。

1 3D打印技術(shù)輔助骨肉瘤精準(zhǔn)外科治療

外科治療是骨肉瘤治療的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。在手術(shù)過(guò)程中,腫瘤切除程度及切除后的重建功能是影響患者預(yù)后的重要因素。3D打印是一種快速制造技術(shù),其工作原理是,由3D打印機(jī)分層形成二維結(jié)構(gòu)材料平面并根據(jù)需要堆疊材料,從而形成產(chǎn)品的三維結(jié)構(gòu)[4-5]。近年來(lái),3D打印技術(shù)在骨肉瘤的外科治療領(lǐng)域逐漸得到應(yīng)用,其能夠?qū)⒐侨饬龅呐徑馄赎P(guān)系直觀地提供給外科醫(yī)師,可幫助術(shù)者更好地定位解剖結(jié)構(gòu)和明確各解剖結(jié)構(gòu)之間的空間位置,有利于術(shù)前制定手術(shù)方案和進(jìn)行模擬手術(shù),更有利于術(shù)中指導(dǎo)實(shí)施手術(shù),從而使骨肉瘤手術(shù)治療的個(gè)性化和精準(zhǔn)化得以實(shí)現(xiàn)。此外,3D打印技術(shù)也可用于術(shù)后評(píng)估骨肉瘤切除的精確性。

1.1 3D打印模型輔助骨肉瘤精準(zhǔn)切除 骨肉瘤的3D打印模型能夠還原骨腫瘤和腫瘤周圍結(jié)構(gòu),使外科醫(yī)師在手術(shù)前可以對(duì)腫瘤的范圍和形狀有更深入的了解,協(xié)助制定術(shù)前規(guī)劃、進(jìn)行模擬手術(shù),且在術(shù)中可與模型進(jìn)行實(shí)時(shí)對(duì)照,有助于更好地定位解剖結(jié)構(gòu),確定解剖結(jié)構(gòu)之間的位置關(guān)系,以指導(dǎo)腫瘤的精準(zhǔn)切除和解剖結(jié)構(gòu)重建。Ozturk等[6]采用3D打印技術(shù)制作1∶1實(shí)體大小包括腫瘤和胸腔的肋骨來(lái)源骨肉瘤模型,術(shù)前CT掃描檢查及3D骨肉瘤模型顯示,骨肉瘤體積巨大,與胸腔主要神經(jīng)血管結(jié)構(gòu)非常接近,并且與心臟、肺、主動(dòng)脈和椎骨接觸。該團(tuán)隊(duì)利用3D打印骨肉瘤模型制定術(shù)前計(jì)劃,包括確定腫瘤截骨術(shù)的外科切割線,進(jìn)行椎板切除的椎骨數(shù)量,腫瘤切除后的重建區(qū)域以及螺釘位置、方向、螺釘數(shù)量和螺釘間隔;并利用3D打印骨肉瘤模型進(jìn)行術(shù)前模擬手術(shù)以及術(shù)中導(dǎo)航指導(dǎo)手術(shù),從而使腫瘤被完整切除,術(shù)后獲得完整的胸腔結(jié)構(gòu)重建和肺葉擴(kuò)張,且未發(fā)現(xiàn)脊髓損傷、術(shù)后感染、胸漏、腫瘤復(fù)發(fā)和遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移等。由此可見(jiàn),3D打印骨肉瘤模型有利于術(shù)者獲得復(fù)雜的解剖結(jié)構(gòu)信息、制定術(shù)前規(guī)劃和進(jìn)行術(shù)中導(dǎo)航,使用實(shí)體大小模型進(jìn)行骨腫瘤切除和結(jié)構(gòu)重建有利于患者獲得更好的治療效果。

1.2 3D打印導(dǎo)板輔助骨肉瘤精準(zhǔn)切除和重建 在傳統(tǒng)的骨肉瘤手術(shù)中,腫瘤圖像定位的不確定性會(huì)增加手術(shù)的風(fēng)險(xiǎn),腫瘤切除程度更多地取決于外科醫(yī)師的臨床經(jīng)驗(yàn)。腫瘤組織切除不徹底會(huì)增加術(shù)后復(fù)發(fā)的風(fēng)險(xiǎn),切除過(guò)多會(huì)增加解剖重建的難度。通過(guò)3D打印導(dǎo)航輔助手術(shù)導(dǎo)板,外科醫(yī)師可以更好地在術(shù)中定位骨性標(biāo)志、鄰近的血管神經(jīng)等解剖結(jié)構(gòu)以及確定手術(shù)切除的邊界,有利于術(shù)中進(jìn)行精準(zhǔn)的外科操作,并減少手術(shù)顯露,以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的腫瘤切除和解剖重建,同時(shí)減少手術(shù)創(chuàng)傷、手術(shù)時(shí)間和出血量。紀(jì)玉清等[7]根據(jù)在股骨遠(yuǎn)端骨肉瘤腫瘤切除和假體重建過(guò)程中是否使用3D打印截骨導(dǎo)板,將患者分為3D打印導(dǎo)板組和傳統(tǒng)手術(shù)組,結(jié)果顯示,3D打印導(dǎo)板組患者的手術(shù)時(shí)間、出血量以及術(shù)后肢體長(zhǎng)度與健側(cè)肢體長(zhǎng)度之間的差異均低于傳統(tǒng)手術(shù)組。Ma等[8]采用3D打印導(dǎo)板輔助治療膝關(guān)節(jié)周圍骨肉瘤患者15例,腫瘤切除的最佳截骨位置和范圍由3D打印導(dǎo)板確定,每塊導(dǎo)板均有相應(yīng)的股骨模型,骨肉瘤切除的入路和方向根據(jù)導(dǎo)板選擇。結(jié)果顯示,15例膝關(guān)節(jié)周圍骨肉瘤均在3D打印導(dǎo)板輔助下精確切除,手術(shù)時(shí)間、出血量和切口大小分別為180～250 min、560～900 ml和115～180 mm;而不使用3D打印導(dǎo)板的常規(guī)手術(shù)治療組,手術(shù)時(shí)間、出血量和切口大小分別為300～420 min、1 000～2 000 ml和250～350 mm。由此可見(jiàn),3D打印導(dǎo)板可輔助四肢骨肉瘤的手術(shù)治療,可準(zhǔn)確切除腫瘤,降低神經(jīng)和血管損傷的風(fēng)險(xiǎn),縮短手術(shù)時(shí)間,減少失血和放射暴露。盆腔惡性骨腫瘤由于其解剖位置深,解剖結(jié)構(gòu)復(fù)雜,技術(shù)要求高,手術(shù)難度大,并發(fā)癥多,是骨科醫(yī)師面臨的難題。李承鐸等[9]根據(jù)患者是否采用3D打印髖臼導(dǎo)板輔助切除骨盆惡性腫瘤,將其分為3D打印導(dǎo)板組和傳統(tǒng)手術(shù)組,結(jié)果顯示,兩組均能進(jìn)行腫瘤整塊切除,手術(shù)時(shí)間和術(shù)中出血量差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義,但是3D打印導(dǎo)板組實(shí)際截骨面與術(shù)前模擬截骨面的線性距離差距為(3.8±1.9)cm,明顯低于對(duì)照組的(8.7±1.0)cm,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。提示3D打印髖臼導(dǎo)板可以指導(dǎo)精確截骨,而且手術(shù)導(dǎo)板的設(shè)計(jì)可以在保留最大骨量的情況下在安全邊界內(nèi)實(shí)現(xiàn)腫瘤切除。

1.3 3D打印個(gè)性化假體輔助骨肉瘤術(shù)后重建 骨腫瘤假體植入是骨關(guān)節(jié)功能重建的重要途徑之一。臨床應(yīng)用的傳統(tǒng)非定制型假體通常以固定的尺寸和形狀大規(guī)模生產(chǎn),這難以與每個(gè)腫瘤患者的需求完美匹配;假體的不匹配會(huì)導(dǎo)致假體不穩(wěn)和松動(dòng)、肢體不等長(zhǎng)以及假體周圍骨折。目前應(yīng)用于骨肉瘤術(shù)后重建的假體包括傳統(tǒng)定制型腫瘤假體、組配式腫瘤假體和3D打印腫瘤假體。傳統(tǒng)定制型腫瘤假體是根據(jù)術(shù)前影像資料和手術(shù)計(jì)劃收集瘤段截除范圍、殘留髓腔內(nèi)外徑大小、假體的長(zhǎng)度等相關(guān)信息而定制的,其優(yōu)點(diǎn)除能保留肢體功能外,還具有較好的肢體匹配度及穩(wěn)定性[10],但是存在假體定制時(shí)間長(zhǎng)和術(shù)中不可調(diào)節(jié)等缺點(diǎn)。組配式腫瘤假體具有術(shù)中可調(diào)節(jié)、安全性和匹配度高的優(yōu)點(diǎn)。但是傳統(tǒng)定制型假體和組配式假體對(duì)個(gè)體化韌帶附麗點(diǎn)及韌帶重建是困難的,而且假體置換術(shù)后并發(fā)癥和關(guān)節(jié)周圍軟組織重建密切相關(guān);此外,它們都難以滿足骨肉瘤切除后出現(xiàn)大面積、不規(guī)則的骨質(zhì)缺損重建和不規(guī)則骨發(fā)生的骨肉瘤的術(shù)后重建。精確與完整的腫瘤切除和關(guān)節(jié)功能重建是影響手術(shù)效果的關(guān)鍵因素[11]。3D打印技術(shù)打印的個(gè)體化假體具有解剖空間精確性,可以實(shí)現(xiàn)假體與截骨面的精準(zhǔn)匹配,可以在假體上設(shè)計(jì)用于固定的個(gè)性化螺釘通道以恢復(fù)正常的力學(xué)傳導(dǎo);還可以通過(guò)調(diào)節(jié)假體的孔徑大小、密度及孔隙度以利于骨長(zhǎng)入和融合;在假體上設(shè)計(jì)的個(gè)體化韌帶附麗點(diǎn)可以使其接近正常的生理解剖[12-14]。魯亞杰等[15]采用3D打印假體復(fù)合β-磷酸鈣(β-calcium phosphate,β-TCP)生物陶瓷重建下肢骨肉瘤切除后大段骨缺損,假體安裝穩(wěn)定,未發(fā)生假體斷裂、假體周圍感染等并發(fā)癥,并且假體斷端與骨整合良好。此外,由于骨盆解剖結(jié)構(gòu)復(fù)雜、負(fù)重功能和骨質(zhì)缺損廣泛,導(dǎo)致骨肉瘤切除術(shù)后的骨盆重建具有挑戰(zhàn)性。然而,通過(guò)3D打印技術(shù)可以獲得高度模擬解剖結(jié)構(gòu)的半骨盆假體和帶有固定方向的預(yù)留釘?shù)?該假體可與髂骨外板緊密貼合,假體的螺釘能精確通過(guò)骶髂關(guān)節(jié)到達(dá)骶骨,增加假體的穩(wěn)定性,并可維持骶髂關(guān)節(jié)的穩(wěn)定性[16]。Kim等[17]采用保留對(duì)側(cè)骶神經(jīng)的半骶骨切除術(shù)治療骶骨骨肉瘤,并運(yùn)用3D打印個(gè)性化假體進(jìn)行解剖重建,實(shí)現(xiàn)了對(duì)半骶骨切除后骨缺損區(qū)完整的解剖重建,術(shù)后早期即可恢復(fù)行走功能,并且無(wú)神經(jīng)損傷。提示采用3D打印個(gè)性化假體進(jìn)行骶骨骨肉瘤切除術(shù)后骨盆重建是有效且安全的。

2 計(jì)算機(jī)導(dǎo)航技術(shù)輔助骨肉瘤精準(zhǔn)外科治療

計(jì)算機(jī)導(dǎo)航是通過(guò)處理患者的影像學(xué)資料以形成三維視覺(jué)圖像,然后再通過(guò)同步手術(shù)和三維可視化圖像來(lái)實(shí)現(xiàn)手術(shù)導(dǎo)航,提高了骨科手術(shù)的精準(zhǔn)性[18-19]。該系統(tǒng)可對(duì)腫瘤位置進(jìn)行精準(zhǔn)定位,輔助骨科醫(yī)師在三維虛擬場(chǎng)景中模擬骨腫瘤切除以及設(shè)計(jì)不同的手術(shù)方案,從而實(shí)現(xiàn)骨腫瘤的精準(zhǔn)切除和重建[20-22]。張清等[23]對(duì)31例下肢惡性骨腫瘤患者進(jìn)行保留關(guān)節(jié)的骨腫瘤切除,其中20例為骨肉瘤,通過(guò)計(jì)算機(jī)導(dǎo)航進(jìn)行術(shù)前模擬手術(shù)和術(shù)中實(shí)時(shí)導(dǎo)航,實(shí)現(xiàn)了骨腫瘤的精確切除。術(shù)者術(shù)前規(guī)劃的腫瘤截骨長(zhǎng)度與實(shí)際腫瘤截骨長(zhǎng)度的誤差為0～18.0 mm(中位誤差2.5 mm);術(shù)前規(guī)劃的截骨處與腫瘤邊緣距離和術(shù)中截骨處與腫瘤邊緣距離之間的誤差為0～6.0 mm(中位誤差3.8 mm)。患者均按術(shù)前計(jì)劃完成手術(shù),術(shù)后病理檢查結(jié)果示經(jīng)腫瘤廣泛切除和保留關(guān)節(jié)重建的患肢獲得良好的功能康復(fù)。Peng等[24]應(yīng)用計(jì)算機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)對(duì)24例膝關(guān)節(jié)周圍惡性骨腫瘤患者進(jìn)行截骨和同種異體骨移植重建手術(shù)治療,骨腫瘤組織均獲得精確切除,植入的同種異體骨與腫瘤截骨區(qū)成功匹配,且術(shù)后未出現(xiàn)肢體長(zhǎng)度不等、關(guān)節(jié)畸形等并發(fā)癥。Farfalli等[25]采用計(jì)算機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)對(duì)包含有25例骨肉瘤的65例髂骨和骶骨惡性腫瘤患者進(jìn)行術(shù)前模擬手術(shù),行腫瘤切除及同種異體骨移植重建,術(shù)后病理檢查結(jié)果示全部患者的腫瘤均被廣泛切除,且同種異體骨都精確匹配盆腔受累解剖區(qū)域。

3 機(jī)器人技術(shù)輔助骨肉瘤精準(zhǔn)外科治療

機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)具備視覺(jué)放大、高度自由度、定位準(zhǔn)確、操作精確和安全等優(yōu)點(diǎn)[26-28]。骨科機(jī)器人是臨床研究的一個(gè)重要方向[29],可為手術(shù)者提供良好的視野、輔助手術(shù)規(guī)劃和術(shù)中導(dǎo)航,從而提高手術(shù)準(zhǔn)確性,主要應(yīng)用于微創(chuàng)、精準(zhǔn)骨科手術(shù)治療。目前,機(jī)器人在骨腫瘤的臨床應(yīng)用主要集中在骶骨腫瘤的手術(shù)治療。由于骶骨腫瘤的周圍解剖結(jié)構(gòu)復(fù)雜以及腫瘤體積大,其手術(shù)治療具有挑戰(zhàn)性[30]。傳統(tǒng)骶骨腫瘤手術(shù)的效果較差,其手術(shù)創(chuàng)傷和失血量大,傷口愈合不良和并發(fā)癥多。與常規(guī)手術(shù)比較,機(jī)器人手術(shù)能提高骨腫瘤廣泛切除的精準(zhǔn)度[31]。機(jī)器人操作穩(wěn)定,可重復(fù)性和精確度高,可以完成各種難度的手術(shù),可以減少失血量和愈合不良的發(fā)生,有助于術(shù)后康復(fù)和縮短住院時(shí)間[32]。Bederman等[33]在機(jī)器人技術(shù)輔助下能將累及骶髂關(guān)節(jié)的骶骨原發(fā)性骨肉瘤整塊切除,術(shù)中無(wú)并發(fā)癥出現(xiàn),術(shù)后病理結(jié)果表明腫瘤切除邊緣為陰性,患者能保留完整的下肢感覺(jué)和肌力,在術(shù)后16個(gè)月的隨訪期間未發(fā)生腫瘤復(fù)發(fā)或轉(zhuǎn)移。由此可見(jiàn),在機(jī)器人技術(shù)輔助下能夠?qū)崿F(xiàn)骶骨惡性腫瘤的完整切除,同時(shí)可以減少對(duì)周圍正常解剖結(jié)構(gòu)的破壞。

4 問(wèn)題與展望

3D打印技術(shù)、計(jì)算機(jī)導(dǎo)航技術(shù)和機(jī)器人技術(shù)等新興醫(yī)療技術(shù)的出現(xiàn),提高了骨肉瘤外科治療的精準(zhǔn)水平,其應(yīng)用前景廣闊。但目前有關(guān)這些新技術(shù)治療骨肉瘤的研究均具有樣本量少和隨訪時(shí)間短等不足,且其應(yīng)用范圍尚有限,故其臨床療效及安全性仍有待進(jìn)一步研究驗(yàn)證。另外,這些技術(shù)的相關(guān)設(shè)備貴重,技術(shù)要求高,實(shí)踐操作相對(duì)復(fù)雜,要求技術(shù)人員經(jīng)驗(yàn)豐富,以上這些問(wèn)題均限制了其臨床應(yīng)用范圍。目前,我國(guó)已經(jīng)制訂了精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)發(fā)展計(jì)劃,并作為重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目進(jìn)入啟動(dòng)階段,上述新興醫(yī)療技術(shù)將會(huì)得到不斷的推廣和普及,骨肉瘤外科治療的精準(zhǔn)水平將會(huì)得到進(jìn)一步提高。