3D打印技术在骨肿瘤外科的现状与展望

作者：上海交通大学医学院附属第九人民医院骨科  富灵杰

血清学骨肿瘤标志物、骨骼影像学技术(CT、MRI、E-CT、SPET-CT等)的发展使得骨肿瘤的早期诊断率不断提高，同时，新辅助化疗支持下的保肢治疗、免疫治疗、放射治疗、基因靶向治疗等的综合治疗策略，以及基于增材制造的3D打印技术的出现，使骨肿瘤的个体化治疗成为现实，显著提高了骨肿瘤患者的生存率、肢体功能和生存质量。

3D打印技术作为“增材制造”的代表，区别于传统的“减材制造”，通过分层制造、逐层叠加原材料的方式制造特殊几何形状的物体，在20世纪80年代逐渐应用于航天、汽车和医学等领域。传统的骨科内植物通过机械的锻造或者铸造获得，易于产品的标准化并大规模批量生产，在相当长时间内是骨科相关手术的惟一内植物选择。然而，骨科内植物手术，特别是涉及骨肿瘤切除后功能重建、脊柱畸形矫正、严重创伤/感染导致的骨缺损，这些标准化的骨科内植物的使用就显得捉襟见肘，而3D打印技术的出现则提供了有效的技术补充。

△南极熊配图：3D打印截骨导板

3D打印骨骼模型
利用3D打印的骨骼肿瘤模型，手术者可以更加清晰地、直观地观察肿瘤局部的解剖结构，肿瘤的范围及边界，以及与局部神经丛、血管束的毗邻关系，与邻近内脏器官的三维关联等。其次，在3D打印的骨骼模型上，可以进行手术模拟以反复论证并确认最佳手术方案。Wang等报道了利用3D打印技术重建脊柱复杂手术的术前树脂模型，利用该模型可以有效指导手术的进程以及内植物的准确置入，降低实际的手术时间和出血量。3D打印的骨肿瘤模型可以使医生和患者更加直观地进行术前沟通，包括具体手术方式以及术中可能遇到的困难、术后可能的并发症等，提高了整体治疗的依从性。此外，疾病的实体模型更加有利于医学生的医学教育，3D模型要比3D图像的教学效果更佳。

△南极熊配图

3D打印手术辅助导板
根据影像学资料的肿瘤边界进行肿瘤切除，在实际的操作中有时会遇到切除范围不够或者切除范围过大的情况，这与肿瘤局部的正常解剖结构缺失、复杂解剖以及微小的肿瘤相关。利用3D打印的截骨导板可以更加准确地进行肿瘤边界的切除，降低肿瘤的复发率，同时尽可能多地保留自体健康的骨组织进行假体重建。Ma等报道了8例利用3D技术设计的导板辅助股骨远端骨肿瘤的切除，结果显示，术后2年随访时局部无肿瘤复发。Guenette报道了利用MRI可视的3D打印模型冷冻消融治疗C7椎弓根骨样骨瘤和L1椎板骨母细胞瘤，利用该技术可以经皮准确定位病变部位。在跟骨骨样骨瘤的病例中Ren使用了3D打印导板完整的切除了肿瘤。Helguero在尸体研究中证实了3D打印的截骨支具，与徒手技术比较，可以更加精确地进行肿瘤骨的切除。

△南极熊配图

个体化3D打印金属植入物
个体化或惟一性是3D打印内植物和传统植入物的显著区别：通过计算机三维图像设计个体化的内植物长度、形状、钉孔排布、甚至是其高度复杂的三维立体结构，同时，在设计时可以加入医生的“思想”，比如有效支撑、瞬时力学稳定、骨整合达到远期稳定、恢复肢体原貌等诸多“奢侈”的梦想。Xu等报道了一个上颈椎C2尤文肉瘤切除术后使用3D打印C2假体重建的病例，术后随访显示打印假体和局部骨组织愈合满意，颈椎活动功能良好。Xiao等在对颈椎肿瘤进行整块切除(enbloc)的基础上，利用3D打印技术进行假体重建，临床疗效满意。Wei等报道了全骶骨切除术后3D打印假体重建的手术技术要点。

Zhang等报道了1例计算机术中导航辅助下的累及骶骨和下腰椎的髂骨骨软骨瘤利用3D打印技术进行骨骼重建的病例。Ma等报道了膝关节周围肿瘤在微波消融术后使用3D打印个体化钛板重建局部稳定性的12例的研究，在平均2年半的时间里，患者的膝关节屈曲角度接近114°，步态分析结果显示患膝和正常人群类似。Garcia-Tutor等报道了5例骶骨肿瘤术后利用3D技术重建软组织缺损模型，再利用背阔肌皮瓣修复局部缺损的研究，所有病例都完成了背阔肌皮瓣转移修复并利用肋下动脉作为吻合血管，皮瓣均成活，愈合良好，利用3D技术可以准确地评估转移皮瓣的大小和容积。

Wong报告了1例骨盆II区骨软骨瘤使用3D打印技术进行个体化假体重建的病例，术后11个月随访时行走功能良好，没有假体松动和断裂。Kim等1例骶骨骨肉瘤进行骶骨部分切除术后利用3D打印技术个体化假体植入重建局部解剖的病例，术后1年随访时假体和局部骨组织骨整合满意，患者行走功能满意。Mobbs报告了1例用3D打印假体重建C1/2脊索瘤切除术后骨缺损和1例先天性脊柱畸形的前路椎间融合器的临床疗效，术后1年随访时假体的骨整合满意。Choy报道了1例青少年T9原发性骨肿瘤利用3D打印椎体的成功病例，Liang和Lin等也都报告了3D打印技术在骨盆和骶骨肿瘤的应用技术。

3D生物打印
将培养的细胞、作为基质的生物材料、各种生长因子按照人体的自然结构或比例打印出来，体外培养后形成新的人体组织或者器官是3D生物打印的最终目标。目前3D生物打印研究主要集中在试验药物筛选、肿瘤模型、多孔支架等方面。天然生物材料包括纤维素、明胶、藻酸盐、壳聚糖以及人工合成的聚合物，要满足生物3D打印机的材料交联性、力学和温度适应、生物相容性和降解性等。Wang等研究了脂肪来源的干细胞复合3D打印的水凝胶支架在体外和体内的成骨性能，结果显示体外培养2周后检测到成骨相关的基因RUNX2、OCN表达，体内试验8周可观察到类骨质形成。

3D打印技术安全性的短期随访研究中，已初步显示出良好的临床疗效，亟需制订出台相关标准、规范、准入制度等，以有利于其临床转化、推广。3D生物打印技术从理论上可以再生组织甚至是器官，尽管目前在皮肤、血管、肝脏等方面有所突破，但是构建一个具有移植条件及生物功能的打印器官，是一个长期努力的方向。

来源：中国骨与关节杂志2018年1月第7卷第1期