對于3D打印鈦合金技術(shù)你了解嗎？
張豪1，黃立軍1，朱以芳1，楊三虎1，劉曦1，曹鐵生2，梁嘉赫2，郭奕彤2，王磊1，李小飛1
1.中國人民解放軍空軍軍醫(yī)大學(xué)唐都醫(yī)院胸腔外科（西安 710038）；2.中國人民解放軍空軍軍醫(yī)大學(xué)唐都醫(yī)院3D打印研究中心（西安 710038）
關(guān)鍵詞：3D打印；鈦合金；胸壁重建
引用本文：張豪,黃立軍,朱以芳,楊三虎,劉曦,曹鐵生,梁嘉赫,郭奕彤,王磊,李小飛.3D打印鈦合金胸肋骨植入物在胸壁重建中的臨床應(yīng)用.中國胸心血管外科臨床雜志,2020,27(3):268-273.doi:10.7507/1007-4848.201911029
摘 要
目的
使用3D打印技術(shù)制造鈦合金胸肋骨，并應(yīng)用于大范圍胸壁缺損的重建修復(fù)，以期滿足個性化、解剖學(xué)的胸壁重建需求并觀察其臨床療效。
方法 共納入13例患者，男9例、女4例，年齡46（24～78）歲。所有患者均使用3D打印鈦合金胸肋骨植入物對胸壁缺損進行重建，隨訪觀察1年。收集患者的人口學(xué)特征，圍手術(shù)期相關(guān)臨床數(shù)據(jù)，并對獲得數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計學(xué)分析。
結(jié)果 6例肋骨腫瘤、6例胸骨腫瘤及1例胸骨化膿性骨髓炎患者最終納入本研究。所有患者術(shù)后均能維持胸壁完整性，未發(fā)現(xiàn)反常呼吸現(xiàn)象，達到了個性化及解剖學(xué)的修復(fù)目的。胸壁缺損面積為（221.0±206.0）cm2。13例患者均順利出院，圍手術(shù)期內(nèi)無死亡，2例發(fā)生肺炎。1年隨訪期內(nèi)，未發(fā)生植入物斷裂、移位、排斥、過敏等現(xiàn)象；1例患者化療后切口潰瘍，3例患者術(shù)后1年內(nèi)腫瘤復(fù)發(fā)，其中2例患者發(fā)生死亡，12例腫瘤患者1年復(fù)發(fā)率25.0%，死亡率16.7%。
結(jié)論
3D打印鈦合金胸肋骨植入物是一種安全和有效的胸壁缺損重建修復(fù)材料，可以滿足個性化、解剖學(xué)的胸壁重建修復(fù)需求，且臨床效果良好。
正 文
胸壁缺損可由多種胸壁疾病引起，如腫瘤、先天畸形、輻射損傷和復(fù)雜的感染等。由于上述疾病大多需采用手術(shù)方法切除病變及其累及的胸肋骨，從而造成局部皮膚肌肉和骨骼的缺損。目前的臨床觀點認為，胸壁缺損直徑>5cm時有必要使用硬質(zhì)植入物重建胸壁，以防止發(fā)生胸壁浮動、反常呼吸和/或呼吸衰竭，肩胛骨后方的缺損直徑>10cm時有必要對其進行重建，但是目前尚缺乏高級別臨床證據(jù)來證實上述觀點[1-3]。
目前臨床中常用的胸壁重建材料包括鈦合金材料（如Matrix-RIB系統(tǒng)和STRATOS系統(tǒng)）、合成材料（如甲基丙烯酸甲酯等），補片材料（如聚四氟乙烯、聚丙烯）或生物骨骼（自體肋骨移植或生物肋骨）。但是傳統(tǒng)的胸壁重建材料目前無法滿足現(xiàn)實的臨床需求。一方面，常用的鈦板、骨水泥、生物肋骨等材料需要在手術(shù)中臨時制作，解剖學(xué)和力學(xué)的適配性差；另一方面，生物肋骨等材料取材有限，難以實現(xiàn)量產(chǎn)和大范圍缺損的修復(fù)。因此，臨床中亟需開發(fā)新型的個性化骨性胸壁重建材料。
近年來，3D打印技術(shù)在醫(yī)療領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用越來越廣泛，尤其在骨科、顱頜面外科、胸外科等專業(yè)取得了良好的進展。從醫(yī)學(xué)角度來看，患者的解剖結(jié)構(gòu)和臨床需求不盡相同，批量生產(chǎn)的器械耗材具有完全相同的形狀和尺寸，不能滿足每例患者的個性化需要。利用3D打印技術(shù)，為每例患者進行量體裁衣，制定個體化治療方案，將使患者獲得最大的益處。新型3D打印胸肋骨植入物則根據(jù)患者解剖學(xué)特點構(gòu)建植入物，具有更優(yōu)的解剖適配性。我科室自2015年起利用3D打印鈦合金胸肋骨植入物進行胸壁重建手術(shù)，在臨床中取得了滿意的治療效果。
1 資料與方法
1.1 臨床資料
從2015年5月到2018年12月，共13例患者使用3D打印鈦合金植入物完成胸壁重建手術(shù)。所有患者術(shù)前均接受細針穿刺活檢明確病理診斷，同時接受頭顱、胸腹部CT、全身骨顯像或正電子發(fā)射斷層顯像/X線計算機體層成像（PET-CT）等檢查，排除其他器官轉(zhuǎn)移。對于擬行肌皮瓣轉(zhuǎn)移術(shù)的患者，需行肌皮瓣滋養(yǎng)血管造影或超聲檢查。納入的患者需滿足預(yù)期胸壁缺損直徑>5cm。胸壁缺損破壞了胸壁的完整性和胸腔壓力的穩(wěn)定性，影響到患者正常的心肺功能。術(shù)前應(yīng)加強呼吸功能鍛煉，改善肺功能，從而降低術(shù)后并發(fā)癥的發(fā)生率。
1.2 3D打印鈦合金植入物的設(shè)計與打印
所有患者術(shù)前需接受64排胸部增強CT掃描（GELightspeedVCT，GEHealthcare，F(xiàn)airfield，CT），掃描層厚1.0mm。將DICOM格式胸部CT數(shù)據(jù)導(dǎo)入Mimics（version17.0；MaterialiseInc，Leuven，Belgium）軟件進行模型構(gòu)建；進一步將生成的STL文件導(dǎo)入GeomagicStudio軟件（version2012；3DSystems，Morrisville，NC）進行平滑處理和術(shù)前規(guī)劃（圖1）。3D打印植入物的設(shè)計方案由主刀醫(yī)生和工程師共同制定，所有植入物依據(jù)患者原始胸肋骨結(jié)構(gòu)進行設(shè)計，同時充分考慮腫瘤切除的邊界原則和無瘤原則。腫瘤切除邊界距離腫瘤邊緣>3cm以上。因為在術(shù)前無法準(zhǔn)確估計缺損的大小，所以根據(jù)距離腫瘤邊緣3cm、4cm和5cm的預(yù)期切除范圍將3D打印假體的尺寸設(shè)計為3種尺寸。將上述設(shè)計的STL格式文件導(dǎo)入EOSM280型打印機（EOSGmbH,Krailling，Germany）進行植入物制作。該打印機應(yīng)用醫(yī)用級鈦合金粉末，利用激光燒結(jié)技術(shù)進行植入物制作。植入物經(jīng)過常規(guī)清洗及高溫高壓滅菌后應(yīng)用于手術(shù)。
圖1 3D打印鈦合金肋骨
a：胸骨；b：植入物
1.3 手術(shù)方法及圍手術(shù)期處理
所有惡性腫瘤患者均行病變擴大切除手術(shù)，軟組織和骨骼切緣距離腫瘤邊緣3cm以上，同時切除鄰近胸膜。為了達到術(shù)中R0切除，應(yīng)用冰凍病理技術(shù)檢查手術(shù)切緣，包括皮膚、肌肉和皮下脂肪組織等，平均采集6～8例樣本。切緣最終還需經(jīng)過組織病理學(xué)檢查證實。胸壁重建采用“三明治模式”，包括骨骼重建、胸膜重建和軟組織重建。所有患者均采用3D打印鈦合金胸肋骨植入物進行骨骼重建，為確保假體與胸廓連結(jié)部的牢固性，使用鈦螺絲和鈦絲（直徑1.0mm）將鈦合金植入物固定于殘余肋骨和胸骨。對于肋骨腫瘤患者，一端用鋼絲固定3D打印肋骨與其余肋骨，另一端用兩顆螺釘固定于胸骨。這種結(jié)構(gòu)在最大程度上保證了植入物的穩(wěn)定性。對于胸骨腫瘤患者，3D打印胸骨用8顆螺釘固定在剩余的胸骨上，肋骨端用鋼絲固定在剩余的肋骨上。胸膜重建均使用去抗原化的豬腸系膜補片（廣州冠昊生物科技有限公司），在術(shù)中使用4號絲線或poly線間斷縫合補片于胸膜殘端或肋間肌，并將補片懸吊在假體上，可使補片緊貼假體，從而盡可能減少肺和假體之間的死腔。軟組織重建是將帶蒂肌皮瓣覆蓋在植入物外表面，常用胸大肌肌皮瓣和背闊肌皮瓣，術(shù)中在皮瓣下放置負壓引流管，因胸膜重建已封閉胸膜腔，因此未在胸腔另置引流管（圖2）。
96581585351961406
圖2 3D打印胸肋骨植入物胸壁重建手術(shù)
a：粘液纖維肉瘤，侵犯左側(cè)1～4肋骨；b：切除腫瘤后的胸壁缺損；c：骨骼重建及胸膜重建；d：帶蒂的背闊肌皮瓣覆蓋創(chuàng)面；e：前胸壁慢性化膿性骨髓炎，累及胸骨及1～8肋軟骨；f：術(shù)中切除病變后的胸壁缺損；g：骨骼重建及胸膜重建；h：術(shù)后手術(shù)切口外觀
術(shù)后第2～3d使用彈力繃帶對傷口加壓包扎，松緊適度，一般持續(xù)2～3周以上，避免早期加壓包扎影響患者呼吸狀態(tài)。所有患者術(shù)前半小時靜脈滴注頭孢曲松至術(shù)后3～4d預(yù)防感染。術(shù)后立即拔除氣管插管，術(shù)后6h后可進流質(zhì)飲食，術(shù)后第1d即可下床活動。術(shù)后需常規(guī)每日換藥，觀察轉(zhuǎn)移肌皮瓣是否有壞死。負壓引流管每日引流量<30mL時，可將引流管拔除。
1.4 倫理審查
本研究經(jīng)過中國人民解放軍第四軍醫(yī)大學(xué)唐都醫(yī)院倫理委員會批準(zhǔn)（倫理批準(zhǔn)號：TDLL-2016196-450）。且每例患者術(shù)前都簽署了個人知情同意書。
1.5 觀察指標(biāo)
在本研究中，通過對所有患者胸壁完整性、是否出現(xiàn)反常呼吸、解剖學(xué)重建效果等指標(biāo)的觀察，進而判斷3D打印鈦合金胸肋骨植入物進行胸壁重建的有效性。通過對圍手術(shù)期（術(shù)后90d內(nèi)）并發(fā)癥，如植入物斷裂、移位、排斥、過敏、肺部并發(fā)癥、切口感染等指標(biāo)的觀察判斷其安全性。
1.6 統(tǒng)計學(xué)分析
計量資料采用均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差（76261585351961803）描述，對于正態(tài)分布且方差齊性的計量資料組間比較采用獨立樣本t檢驗。檢驗水準(zhǔn)α=0.05。使用SPSS25.0及GraphPadPrism7軟件進行分析。
2 結(jié)果
2.1 一般情況
本研究共納入13例患者，男9例、女4例，年齡46（24~78）歲。所有患者中包括6例肋骨腫瘤、6例胸骨腫瘤及1例胸骨化膿性骨髓炎（表1）。患者胸壁缺損面積（221.0±206.0）cm2，手術(shù)時間（333.0±129.0）min，術(shù)后住院時間（12.8±6.1）d，拔管時間（8.6±4.1）d，13例患者均順利出院。將患者按胸骨病變及肋骨病變區(qū)分后統(tǒng)計分析上述臨床數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，胸壁缺損面積、手術(shù)時間、術(shù)后住院時間、拔管時間等臨床指標(biāo)差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P>0.05）。
表1 13例患者的臨床資料
2.2 有效性及安全性評價
13例患者均行胸壁病變擴大切除術(shù)及3D打印鈦合金胸肋骨重建術(shù)，其中5例患者術(shù)后發(fā)現(xiàn)腫瘤與肺葉粘連而行肺葉楔形切除，2例行肌皮瓣轉(zhuǎn)移（采用背闊肌和胸大肌肌皮瓣）。所有患者術(shù)后均能維持胸壁完整性，未發(fā)現(xiàn)反常呼吸現(xiàn)象。術(shù)后通過復(fù)查64排胸部增強CT掃描，并進行三維重建可見3D打印鈦合金植入物與胸肋骨共同組成完整的胸壁結(jié)構(gòu)，達到了個性化及解剖學(xué)的修復(fù)目的（圖3a）。在圍手術(shù)期內(nèi)，2例發(fā)生肺炎，但經(jīng)抗感染及對癥治療后均好轉(zhuǎn)。在術(shù)后1年隨訪中，13例患者未發(fā)生植入物斷裂、移位、排斥、過敏等現(xiàn)象。1例患者于術(shù)后化療2個月后已愈合傷口皮膚出現(xiàn)壞死致胸肋骨植入物裸露，后再次行手術(shù)取出植入物，并行背闊肌皮瓣轉(zhuǎn)移手術(shù)后傷口愈合。
圖3 3D打印胸肋骨胸壁重建手術(shù)后
a：胸廓三維重建；b：X線正位片；c：胸部CT
2.3 影像學(xué)特點
在X線片上，因為鈦合金植入物密度高并且遠大于皮質(zhì)骨，因此可顯示為清晰的金屬影，能很好地判斷植入物在體內(nèi)的形態(tài)和位置（圖3b）。在CT影像中，骨組織的CT值為836Hu，鈦合金植入物的CT值為3071Hu，因此3D打印鈦合金植入物顯示為高密度的金屬影，且在所有患者的術(shù)后復(fù)查CT中，均可看到3D打印鈦合金胸肋骨植入物的影像學(xué)偽影，其偽影遮住了覆蓋的組織結(jié)構(gòu)，從而對植入物周圍組織結(jié)構(gòu)的判讀造成不便（圖3c）。
2.4 生存分析
通過門診、電話等方式隨訪1年，隨訪期內(nèi)，12例腫瘤患者中2例腫瘤原位復(fù)發(fā)、1例肺部轉(zhuǎn)移，復(fù)發(fā)率25.0%，其中2例患者死亡，死亡率16.7%，其余9例患者在隨訪期內(nèi)無復(fù)發(fā)及轉(zhuǎn)移。
３ 討論
胸壁腫瘤、嚴(yán)重感染等疾病常需要徹底或者擴大切除病變，往往造成較大的胸壁缺損，會破壞胸廓的完整性和穩(wěn)定性，使患者出現(xiàn)反常呼吸、呼吸功能障礙等癥狀。對于絕大多數(shù)胸壁腫瘤而言，手術(shù)切除是最常用的治療方式，根據(jù)不同腫瘤類型進行新輔助或輔助治療能夠在一定程度上提高生存率，延長生存時間[4-5]。大范圍切除胸壁后造成的巨大胸壁缺損需要使用硬質(zhì)材料進行重建，以避免發(fā)生反常呼吸和慢性呼吸衰竭[1,4-5]。不影響或盡量少影響功能的R0切除是胸壁腫瘤切除的目標(biāo)。目前國際上骨性胸壁重建材料分為生物性材料、人工材料、金屬材料、自體骨組織等[6]。相對于這些傳統(tǒng)材料，3D打印鈦合金胸肋骨植入物可修復(fù)更大的胸壁缺損。本研究中，患者胸壁缺損面積達（221.0±206.0）cm2，最大缺損面積達672cm2，因此可以實現(xiàn)對胸壁惡性腫瘤的擴大切除，從而盡可能滿足R0切除標(biāo)準(zhǔn)，有利于減少胸壁惡性腫瘤的復(fù)發(fā)。
相對于其他材料和制作技術(shù)，3D打印胸肋骨植入物不僅能提供足夠的支撐來維持胸壁的外觀，而且還能達到對胸壁個性化和解剖性的修復(fù)[7-8]。雖然傳統(tǒng)的材料在胸壁重建中可以起到良好的支撐作用，但其形狀固定，不能滿足在解剖學(xué)上的胸壁修復(fù)，影響胸壁外觀；當(dāng)胸壁缺損面積較大或形狀不規(guī)則時，往往會因材料的外形不適配而出現(xiàn)不能修復(fù)的情況，特別是在胸骨切除后形成的胸壁缺損中，不僅修復(fù)后的外觀不盡人意，還會影響肺功能進而造成術(shù)后的呼吸相關(guān)并發(fā)癥。3D打印胸肋骨植入物使用術(shù)前患者薄層胸部CT數(shù)據(jù)進行設(shè)計，植入物依據(jù)患者胸肋骨1∶1制作，具有更好的解剖學(xué)適配性。值得一提的是，植入物的力學(xué)強度不僅取決于材料的力學(xué)性能，還取決于自身的結(jié)構(gòu)性能。有學(xué)者利用3D打印技術(shù)制作了螺紋狀、鉸鏈狀的鈦合金胸肋骨植入物，使植入物具有更好的彈性[8-10]。在本組患者中，骨源性腫瘤4例，軟組織源性腫瘤7例，轉(zhuǎn)移瘤1例，胸壁感染1例，胸壁腫瘤起源呈多樣性，7例患者行胸骨切除，6例患者行肋骨切除，缺損部位呈多形性和特殊性，因而對于胸壁重建的要求也更加多...
張豪1，黃立軍1，朱以芳1，楊三虎1，劉曦1，曹鐵生2，梁嘉赫2，郭奕彤2，王磊1，李小飛1
1.中國人民解放軍空軍軍醫(yī)大學(xué)唐都醫(yī)院胸腔外科（西安 710038）；2.中國人民解放軍空軍軍醫(yī)大學(xué)唐都醫(yī)院3D打印研究中心（西安 710038）
關(guān)鍵詞：3D打印；鈦合金；胸壁重建
引用本文：張豪,黃立軍,朱以芳,楊三虎,劉曦,曹鐵生,梁嘉赫,郭奕彤,王磊,李小飛.3D打印鈦合金胸肋骨植入物在胸壁重建中的臨床應(yīng)用.中國胸心血管外科臨床雜志,2020,27(3):268-273.doi:10.7507/1007-4848.201911029
摘 要
目的
使用3D打印技術(shù)制造鈦合金胸肋骨，并應(yīng)用于大范圍胸壁缺損的重建修復(fù)，以期滿足個性化、解剖學(xué)的胸壁重建需求并觀察其臨床療效。
方法 共納入13例患者，男9例、女4例，年齡46（24～78）歲。所有患者均使用3D打印鈦合金胸肋骨植入物對胸壁缺損進行重建，隨訪觀察1年。收集患者的人口學(xué)特征，圍手術(shù)期相關(guān)臨床數(shù)據(jù)，并對獲得數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計學(xué)分析。
結(jié)果 6例肋骨腫瘤、6例胸骨腫瘤及1例胸骨化膿性骨髓炎患者最終納入本研究。所有患者術(shù)后均能維持胸壁完整性，未發(fā)現(xiàn)反常呼吸現(xiàn)象，達到了個性化及解剖學(xué)的修復(fù)目的。胸壁缺損面積為（221.0±206.0）cm2。13例患者均順利出院，圍手術(shù)期內(nèi)無死亡，2例發(fā)生肺炎。1年隨訪期內(nèi)，未發(fā)生植入物斷裂、移位、排斥、過敏等現(xiàn)象；1例患者化療后切口潰瘍，3例患者術(shù)后1年內(nèi)腫瘤復(fù)發(fā)，其中2例患者發(fā)生死亡，12例腫瘤患者1年復(fù)發(fā)率25.0%，死亡率16.7%。
結(jié)論
3D打印鈦合金胸肋骨植入物是一種安全和有效的胸壁缺損重建修復(fù)材料，可以滿足個性化、解剖學(xué)的胸壁重建修復(fù)需求，且臨床效果良好。
正 文
胸壁缺損可由多種胸壁疾病引起，如腫瘤、先天畸形、輻射損傷和復(fù)雜的感染等。由于上述疾病大多需采用手術(shù)方法切除病變及其累及的胸肋骨，從而造成局部皮膚肌肉和骨骼的缺損。目前的臨床觀點認為，胸壁缺損直徑>5cm時有必要使用硬質(zhì)植入物重建胸壁，以防止發(fā)生胸壁浮動、反常呼吸和/或呼吸衰竭，肩胛骨后方的缺損直徑>10cm時有必要對其進行重建，但是目前尚缺乏高級別臨床證據(jù)來證實上述觀點[1-3]。
目前臨床中常用的胸壁重建材料包括鈦合金材料（如Matrix-RIB系統(tǒng)和STRATOS系統(tǒng)）、合成材料（如甲基丙烯酸甲酯等），補片材料（如聚四氟乙烯、聚丙烯）或生物骨骼（自體肋骨移植或生物肋骨）。但是傳統(tǒng)的胸壁重建材料目前無法滿足現(xiàn)實的臨床需求。一方面，常用的鈦板、骨水泥、生物肋骨等材料需要在手術(shù)中臨時制作，解剖學(xué)和力學(xué)的適配性差；另一方面，生物肋骨等材料取材有限，難以實現(xiàn)量產(chǎn)和大范圍缺損的修復(fù)。因此，臨床中亟需開發(fā)新型的個性化骨性胸壁重建材料。
近年來，3D打印技術(shù)在醫(yī)療領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用越來越廣泛，尤其在骨科、顱頜面外科、胸外科等專業(yè)取得了良好的進展。從醫(yī)學(xué)角度來看，患者的解剖結(jié)構(gòu)和臨床需求不盡相同，批量生產(chǎn)的器械耗材具有完全相同的形狀和尺寸，不能滿足每例患者的個性化需要。利用3D打印技術(shù)，為每例患者進行量體裁衣，制定個體化治療方案，將使患者獲得最大的益處。新型3D打印胸肋骨植入物則根據(jù)患者解剖學(xué)特點構(gòu)建植入物，具有更優(yōu)的解剖適配性。我科室自2015年起利用3D打印鈦合金胸肋骨植入物進行胸壁重建手術(shù)，在臨床中取得了滿意的治療效果。
1 資料與方法
1.1 臨床資料
從2015年5月到2018年12月，共13例患者使用3D打印鈦合金植入物完成胸壁重建手術(shù)。所有患者術(shù)前均接受細針穿刺活檢明確病理診斷，同時接受頭顱、胸腹部CT、全身骨顯像或正電子發(fā)射斷層顯像/X線計算機體層成像（PET-CT）等檢查，排除其他器官轉(zhuǎn)移。對于擬行肌皮瓣轉(zhuǎn)移術(shù)的患者，需行肌皮瓣滋養(yǎng)血管造影或超聲檢查。納入的患者需滿足預(yù)期胸壁缺損直徑>5cm。胸壁缺損破壞了胸壁的完整性和胸腔壓力的穩(wěn)定性，影響到患者正常的心肺功能。術(shù)前應(yīng)加強呼吸功能鍛煉，改善肺功能，從而降低術(shù)后并發(fā)癥的發(fā)生率。
1.2 3D打印鈦合金植入物的設(shè)計與打印
所有患者術(shù)前需接受64排胸部增強CT掃描（GELightspeedVCT，GEHealthcare，F(xiàn)airfield，CT），掃描層厚1.0mm。將DICOM格式胸部CT數(shù)據(jù)導(dǎo)入Mimics（version17.0；MaterialiseInc，Leuven，Belgium）軟件進行模型構(gòu)建；進一步將生成的STL文件導(dǎo)入GeomagicStudio軟件（version2012；3DSystems，Morrisville，NC）進行平滑處理和術(shù)前規(guī)劃（圖1）。3D打印植入物的設(shè)計方案由主刀醫(yī)生和工程師共同制定，所有植入物依據(jù)患者原始胸肋骨結(jié)構(gòu)進行設(shè)計，同時充分考慮腫瘤切除的邊界原則和無瘤原則。腫瘤切除邊界距離腫瘤邊緣>3cm以上。因為在術(shù)前無法準(zhǔn)確估計缺損的大小，所以根據(jù)距離腫瘤邊緣3cm、4cm和5cm的預(yù)期切除范圍將3D打印假體的尺寸設(shè)計為3種尺寸。將上述設(shè)計的STL格式文件導(dǎo)入EOSM280型打印機（EOSGmbH,Krailling，Germany）進行植入物制作。該打印機應(yīng)用醫(yī)用級鈦合金粉末，利用激光燒結(jié)技術(shù)進行植入物制作。植入物經(jīng)過常規(guī)清洗及高溫高壓滅菌后應(yīng)用于手術(shù)。
圖1 3D打印鈦合金肋骨
a：胸骨；b：植入物
1.3 手術(shù)方法及圍手術(shù)期處理
所有惡性腫瘤患者均行病變擴大切除手術(shù)，軟組織和骨骼切緣距離腫瘤邊緣3cm以上，同時切除鄰近胸膜。為了達到術(shù)中R0切除，應(yīng)用冰凍病理技術(shù)檢查手術(shù)切緣，包括皮膚、肌肉和皮下脂肪組織等，平均采集6～8例樣本。切緣最終還需經(jīng)過組織病理學(xué)檢查證實。胸壁重建采用“三明治模式”，包括骨骼重建、胸膜重建和軟組織重建。所有患者均采用3D打印鈦合金胸肋骨植入物進行骨骼重建，為確保假體與胸廓連結(jié)部的牢固性，使用鈦螺絲和鈦絲（直徑1.0mm）將鈦合金植入物固定于殘余肋骨和胸骨。對于肋骨腫瘤患者，一端用鋼絲固定3D打印肋骨與其余肋骨，另一端用兩顆螺釘固定于胸骨。這種結(jié)構(gòu)在最大程度上保證了植入物的穩(wěn)定性。對于胸骨腫瘤患者，3D打印胸骨用8顆螺釘固定在剩余的胸骨上，肋骨端用鋼絲固定在剩余的肋骨上。胸膜重建均使用去抗原化的豬腸系膜補片（廣州冠昊生物科技有限公司），在術(shù)中使用4號絲線或poly線間斷縫合補片于胸膜殘端或肋間肌，并將補片懸吊在假體上，可使補片緊貼假體，從而盡可能減少肺和假體之間的死腔。軟組織重建是將帶蒂肌皮瓣覆蓋在植入物外表面，常用胸大肌肌皮瓣和背闊肌皮瓣，術(shù)中在皮瓣下放置負壓引流管，因胸膜重建已封閉胸膜腔，因此未在胸腔另置引流管（圖2）。
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圖2 3D打印胸肋骨植入物胸壁重建手術(shù)
a：粘液纖維肉瘤，侵犯左側(cè)1～4肋骨；b：切除腫瘤后的胸壁缺損；c：骨骼重建及胸膜重建；d：帶蒂的背闊肌皮瓣覆蓋創(chuàng)面；e：前胸壁慢性化膿性骨髓炎，累及胸骨及1～8肋軟骨；f：術(shù)中切除病變后的胸壁缺損；g：骨骼重建及胸膜重建；h：術(shù)后手術(shù)切口外觀
術(shù)后第2～3d使用彈力繃帶對傷口加壓包扎，松緊適度，一般持續(xù)2～3周以上，避免早期加壓包扎影響患者呼吸狀態(tài)。所有患者術(shù)前半小時靜脈滴注頭孢曲松至術(shù)后3～4d預(yù)防感染。術(shù)后立即拔除氣管插管，術(shù)后6h后可進流質(zhì)飲食，術(shù)后第1d即可下床活動。術(shù)后需常規(guī)每日換藥，觀察轉(zhuǎn)移肌皮瓣是否有壞死。負壓引流管每日引流量<30mL時，可將引流管拔除。
1.4 倫理審查
本研究經(jīng)過中國人民解放軍第四軍醫(yī)大學(xué)唐都醫(yī)院倫理委員會批準(zhǔn)（倫理批準(zhǔn)號：TDLL-2016196-450）。且每例患者術(shù)前都簽署了個人知情同意書。
1.5 觀察指標(biāo)
在本研究中，通過對所有患者胸壁完整性、是否出現(xiàn)反常呼吸、解剖學(xué)重建效果等指標(biāo)的觀察，進而判斷3D打印鈦合金胸肋骨植入物進行胸壁重建的有效性。通過對圍手術(shù)期（術(shù)后90d內(nèi)）并發(fā)癥，如植入物斷裂、移位、排斥、過敏、肺部并發(fā)癥、切口感染等指標(biāo)的觀察判斷其安全性。
1.6 統(tǒng)計學(xué)分析
計量資料采用均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差（76261585351961803）描述，對于正態(tài)分布且方差齊性的計量資料組間比較采用獨立樣本t檢驗。檢驗水準(zhǔn)α=0.05。使用SPSS25.0及GraphPadPrism7軟件進行分析。
2 結(jié)果
2.1 一般情況
本研究共納入13例患者，男9例、女4例，年齡46（24~78）歲。所有患者中包括6例肋骨腫瘤、6例胸骨腫瘤及1例胸骨化膿性骨髓炎（表1）。患者胸壁缺損面積（221.0±206.0）cm2，手術(shù)時間（333.0±129.0）min，術(shù)后住院時間（12.8±6.1）d，拔管時間（8.6±4.1）d，13例患者均順利出院。將患者按胸骨病變及肋骨病變區(qū)分后統(tǒng)計分析上述臨床數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，胸壁缺損面積、手術(shù)時間、術(shù)后住院時間、拔管時間等臨床指標(biāo)差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P>0.05）。
表1 13例患者的臨床資料
2.2 有效性及安全性評價
13例患者均行胸壁病變擴大切除術(shù)及3D打印鈦合金胸肋骨重建術(shù)，其中5例患者術(shù)后發(fā)現(xiàn)腫瘤與肺葉粘連而行肺葉楔形切除，2例行肌皮瓣轉(zhuǎn)移（采用背闊肌和胸大肌肌皮瓣）。所有患者術(shù)后均能維持胸壁完整性，未發(fā)現(xiàn)反常呼吸現(xiàn)象。術(shù)后通過復(fù)查64排胸部增強CT掃描，并進行三維重建可見3D打印鈦合金植入物與胸肋骨共同組成完整的胸壁結(jié)構(gòu)，達到了個性化及解剖學(xué)的修復(fù)目的（圖3a）。在圍手術(shù)期內(nèi)，2例發(fā)生肺炎，但經(jīng)抗感染及對癥治療后均好轉(zhuǎn)。在術(shù)后1年隨訪中，13例患者未發(fā)生植入物斷裂、移位、排斥、過敏等現(xiàn)象。1例患者于術(shù)后化療2個月后已愈合傷口皮膚出現(xiàn)壞死致胸肋骨植入物裸露，后再次行手術(shù)取出植入物，并行背闊肌皮瓣轉(zhuǎn)移手術(shù)后傷口愈合。
圖3 3D打印胸肋骨胸壁重建手術(shù)后
a：胸廓三維重建；b：X線正位片；c：胸部CT
2.3 影像學(xué)特點
在X線片上，因為鈦合金植入物密度高并且遠大于皮質(zhì)骨，因此可顯示為清晰的金屬影，能很好地判斷植入物在體內(nèi)的形態(tài)和位置（圖3b）。在CT影像中，骨組織的CT值為836Hu，鈦合金植入物的CT值為3071Hu，因此3D打印鈦合金植入物顯示為高密度的金屬影，且在所有患者的術(shù)后復(fù)查CT中，均可看到3D打印鈦合金胸肋骨植入物的影像學(xué)偽影，其偽影遮住了覆蓋的組織結(jié)構(gòu)，從而對植入物周圍組織結(jié)構(gòu)的判讀造成不便（圖3c）。
2.4 生存分析
通過門診、電話等方式隨訪1年，隨訪期內(nèi)，12例腫瘤患者中2例腫瘤原位復(fù)發(fā)、1例肺部轉(zhuǎn)移，復(fù)發(fā)率25.0%，其中2例患者死亡，死亡率16.7%，其余9例患者在隨訪期內(nèi)無復(fù)發(fā)及轉(zhuǎn)移。
３ 討論
胸壁腫瘤、嚴(yán)重感染等疾病常需要徹底或者擴大切除病變，往往造成較大的胸壁缺損，會破壞胸廓的完整性和穩(wěn)定性，使患者出現(xiàn)反常呼吸、呼吸功能障礙等癥狀。對于絕大多數(shù)胸壁腫瘤而言，手術(shù)切除是最常用的治療方式，根據(jù)不同腫瘤類型進行新輔助或輔助治療能夠在一定程度上提高生存率，延長生存時間[4-5]。大范圍切除胸壁后造成的巨大胸壁缺損需要使用硬質(zhì)材料進行重建，以避免發(fā)生反常呼吸和慢性呼吸衰竭[1,4-5]。不影響或盡量少影響功能的R0切除是胸壁腫瘤切除的目標(biāo)。目前國際上骨性胸壁重建材料分為生物性材料、人工材料、金屬材料、自體骨組織等[6]。相對于這些傳統(tǒng)材料，3D打印鈦合金胸肋骨植入物可修復(fù)更大的胸壁缺損。本研究中，患者胸壁缺損面積達（221.0±206.0）cm2，最大缺損面積達672cm2，因此可以實現(xiàn)對胸壁惡性腫瘤的擴大切除，從而盡可能滿足R0切除標(biāo)準(zhǔn)，有利于減少胸壁惡性腫瘤的復(fù)發(fā)。
相對于其他材料和制作技術(shù)，3D打印胸肋骨植入物不僅能提供足夠的支撐來維持胸壁的外觀，而且還能達到對胸壁個性化和解剖性的修復(fù)[7-8]。雖然傳統(tǒng)的材料在胸壁重建中可以起到良好的支撐作用，但其形狀固定，不能滿足在解剖學(xué)上的胸壁修復(fù)，影響胸壁外觀；當(dāng)胸壁缺損面積較大或形狀不規(guī)則時，往往會因材料的外形不適配而出現(xiàn)不能修復(fù)的情況，特別是在胸骨切除后形成的胸壁缺損中，不僅修復(fù)后的外觀不盡人意，還會影響肺功能進而造成術(shù)后的呼吸相關(guān)并發(fā)癥。3D打印胸肋骨植入物使用術(shù)前患者薄層胸部CT數(shù)據(jù)進行設(shè)計，植入物依據(jù)患者胸肋骨1∶1制作，具有更好的解剖學(xué)適配性。值得一提的是，植入物的力學(xué)強度不僅取決于材料的力學(xué)性能，還取決于自身的結(jié)構(gòu)性能。有學(xué)者利用3D打印技術(shù)制作了螺紋狀、鉸鏈狀的鈦合金胸肋骨植入物，使植入物具有更好的彈性[8-10]。在本組患者中，骨源性腫瘤4例，軟組織源性腫瘤7例，轉(zhuǎn)移瘤1例，胸壁感染1例，胸壁腫瘤起源呈多樣性，7例患者行胸骨切除，6例患者行肋骨切除，缺損部位呈多形性和特殊性，因而對于胸壁重建的要求也更加多...
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