3D打印模型輔助肩胛骨軟骨肉瘤的地圖形外科切除

徐海榮，李遠(yuǎn)，單華超，牛曉輝

0 引言

肩胛骨部位的原發(fā)惡性腫瘤以軟骨肉瘤較為常見(jiàn)[1]，但由于原發(fā)于肩胛骨部位的惡性腫瘤本身非常罕見(jiàn)，文獻(xiàn)中對(duì)于其外科治療的報(bào)道并不多，全肩胛骨切除是一種比較常見(jiàn)的外科治療方法[2]，為了維持正常的肩關(guān)節(jié)功能，需要保留部分肩胛骨，這就需要進(jìn)行肩胛骨部分切除手術(shù)。不是所有病例都適合行肩胛骨部分切除，因?yàn)槟[瘤的完整切除是第一位的。如果為了保留肩關(guān)節(jié)功能而切除腫瘤不徹底，可能引起腫瘤復(fù)發(fā)，甚至出現(xiàn)遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移。理想的情況是，不僅對(duì)腫瘤進(jìn)行完整的切除，同時(shí)也保留了正常的肩胛骨，從而最大可能地保留了肩關(guān)節(jié)的功能，這就需要對(duì)肩胛骨腫瘤進(jìn)行精確切除。

由于肩胛骨的三維結(jié)構(gòu)，很難根據(jù)影像學(xué)檢查做到精確的徒手外科切除。近些年，計(jì)算機(jī)導(dǎo)航輔助技術(shù)在骨腫瘤的精確切除中發(fā)揮越來(lái)越多的作用[3-6]，但由于肩胛骨所處肩部解剖位置，受技術(shù)本身的限制，采用計(jì)算機(jī)導(dǎo)航輔助技術(shù)進(jìn)行精確切除很難實(shí)現(xiàn)。本研究借助于近年來(lái)興起的3D打印技術(shù)，結(jié)合計(jì)算機(jī)導(dǎo)航的術(shù)前計(jì)劃技術(shù)，提供了一種術(shù)前計(jì)劃和術(shù)中實(shí)施方案完成肩胛骨軟骨肉瘤的地圖形外科切除，獲得了良好的效果。本研究旨在通過(guò)一組病例，對(duì)3D打印模型輔助肩胛骨軟骨肉瘤的地圖形外科切除技術(shù)進(jìn)行描述，評(píng)估其精確性，并報(bào)告術(shù)后腫瘤學(xué)和功能的預(yù)后情況。

1 資料與方法

1.1 納入與排除標(biāo)準(zhǔn)

納入標(biāo)準(zhǔn)：（1）2013年1月—2017年12月，于北京積水潭醫(yī)院骨腫瘤科就診的原發(fā)肩胛骨軟骨肉瘤患者；（2）影像學(xué)符合軟骨肉瘤診斷；（3）活檢病理證實(shí)為原發(fā)軟骨肉瘤，Broad 1～2級(jí)；（4）病灶位于肩胛體，未累及肩胛頸或肩盂。

排除標(biāo)準(zhǔn)：（1）到我院初診時(shí)為復(fù)發(fā)患者；（2）術(shù)前穿刺病理為軟骨肉瘤Broad 3～4級(jí)，或者其他腫瘤；（3）病灶位于肩胛頸或肩盂，或雖位于肩胛體但累及肩胛頸。

1.2 一般資料

本研究共納入6例患者，其中男3例、女3例，年齡18～49歲，平均38.5歲。發(fā)病時(shí)主要癥狀：疼痛4例，活動(dòng)時(shí)不適2例。術(shù)前均接受穿刺活檢，病理診斷為軟骨肉瘤1～2級(jí)。

1.3 術(shù)前計(jì)劃和術(shù)中實(shí)施

穿刺活檢前，6例患者均接受了增強(qiáng)CT檢查（西門(mén)子Definition AS64排，掃描層厚0.625 m m），將C T 原始數(shù)據(jù)導(dǎo)入計(jì)算機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)（Stryker導(dǎo)航系統(tǒng)，F(xiàn)reiburg,Germany; CT spine,version 1.6）。在計(jì)算機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)術(shù)前設(shè)計(jì)模塊內(nèi)，采用軸位斷層二維圖像，對(duì)腫瘤進(jìn)行標(biāo)記，通過(guò)計(jì)算機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)重建獲得三維立體圖像，見(jiàn)圖1。將含有標(biāo)記腫瘤（不同顏色）的CT數(shù)據(jù)導(dǎo)入3D打印設(shè)備，打印出真實(shí)比例的肩胛骨（含腫瘤）模型。術(shù)前設(shè)計(jì)截骨邊緣據(jù)腫瘤邊緣1～2 cm，如果殘留的肩胛骨內(nèi)側(cè)緣或外側(cè)緣不足1 cm，則給予切除，據(jù)此勾畫(huà)截骨線，見(jiàn)圖2。以肩胛骨下角、內(nèi)側(cè)緣和外側(cè)緣作為解剖標(biāo)記，標(biāo)記截骨線距離解剖標(biāo)記的距離。

圖1 計(jì)算機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)顯示的三維腫瘤圖像Figure 1 Three-dimensional tumor image displayed by computer navigation system

術(shù)中以肩胛骨下角、內(nèi)側(cè)緣和外側(cè)緣作為解剖標(biāo)記，按照標(biāo)記的距離解剖，用尺子徒手確定截骨線，并用磨鉆完成截骨。

圖2 腫瘤3D打印模型Figure 2 A 3D-printed model of the tumor

1.4 評(píng)價(jià)指標(biāo)

徒手切除的精確性評(píng)估：對(duì)每個(gè)病例的手術(shù)切緣進(jìn)行評(píng)估，測(cè)量術(shù)前計(jì)劃的切緣和實(shí)際手術(shù)獲得的切緣，對(duì)兩者進(jìn)行比較。對(duì)于每個(gè)病例，在不同方向上共取3對(duì)切緣。

腫瘤學(xué)評(píng)估：術(shù)后即刻進(jìn)行外科邊界評(píng)估，在隨訪期內(nèi)，記錄腫瘤局部復(fù)發(fā)和遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移，作為腫瘤學(xué)評(píng)價(jià)指標(biāo)。

功能學(xué)評(píng)估：對(duì)肢體功能采用Neer肩關(guān)節(jié)功能評(píng)分[7]和MSTS上肢功能評(píng)分[8]進(jìn)行評(píng)估。

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

采用SPSS22.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，符合正態(tài)分布的以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示。術(shù)前計(jì)劃和徒手截骨線的比較，采用配對(duì)樣本t檢驗(yàn)，檢驗(yàn)水準(zhǔn)為a=0.05。

2 結(jié)果

2.1 手術(shù)結(jié)果

所有患者均按照計(jì)劃完成術(shù)前計(jì)劃后實(shí)施手術(shù)，所有患者術(shù)后疼痛和不適均消失。在計(jì)算機(jī)導(dǎo)航設(shè)備上進(jìn)行術(shù)前計(jì)劃時(shí)間20～60 min，平均31.7 min。手術(shù)時(shí)間70～150 min，平均125 min。術(shù)中出血量100～200 ml，平均121.7 ml。所有患者均未出現(xiàn)切口感染和其他需要再次手術(shù)干預(yù)的并發(fā)癥。

2.2 切除精確性

術(shù)前計(jì)劃切緣21.0±8.1mm，實(shí)際手術(shù)獲得切緣22.0±6.6 mm，兩者匹配差值為1.0±5.3 mm，95%CI為-1.7～3.7 mm，差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（t=-0.795,P=0.437）。

2.3 腫瘤學(xué)評(píng)估

所有患者的外科切緣經(jīng)病理學(xué)評(píng)估均為廣泛，見(jiàn)圖3。所有患者均獲得隨訪，隨訪時(shí)間19～79月，平均51.6月。每次隨訪項(xiàng)目包括：X線片和增強(qiáng)CT（三維重建，見(jiàn)圖4）、局部B型超聲和胸部CT。至最后一次隨訪，未發(fā)現(xiàn)局部復(fù)發(fā)和遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移病例。

圖3 術(shù)后腫瘤標(biāo)本剖面Figure 3 Section of postoperative tumor specimen

2.4 功能評(píng)估

所有患者在隨訪時(shí)未出現(xiàn)肩胛骨外形異常（如翼狀肩胛）。Neer肩關(guān)節(jié)功能評(píng)分96～100分，平均98.2分。所有患者在疼痛、功能和解剖這3個(gè)分項(xiàng)上均獲得滿分，運(yùn)動(dòng)范圍（滿分25分）評(píng)分為21～25分，平均23.2分。MSTS功能評(píng)分97%～100%，平均99%。

3 討論

圖4 術(shù)后復(fù)查三維重建CTFigure 4 Three-dimensional reconstruction CT during postoperative follow-up

軟骨肉瘤是第二常見(jiàn)的原發(fā)性惡性骨腫瘤，約占所有原發(fā)性惡性骨腫瘤的10%～20%[9-10]。軟骨肉瘤通常發(fā)生在骨盆和股骨。據(jù)報(bào)道，起源于肩胛骨的軟骨肉瘤約占所有軟骨肉瘤病例的6%～8%[10]。軟骨肉瘤的發(fā)生率男性高于女性，少見(jiàn)于兒童患者，常見(jiàn)于40～70歲的患者。

基于腫瘤學(xué)的要求，對(duì)于肩胛骨的軟骨肉瘤，一般要求達(dá)到廣泛切緣。對(duì)于低度惡性軟骨肉瘤，手術(shù)治療幾乎是唯一有效的治療方式，放療和化療都證實(shí)對(duì)預(yù)后沒(méi)有提高，即使是病理級(jí)別高的軟骨肉瘤，也未能證實(shí)患者可以從化療中獲益。但退分化軟骨肉瘤和間葉性軟骨肉瘤需要考慮輔助和（或）新輔助化療。

Enneking等[11]對(duì)肩胛骨解剖部位進(jìn)行了分區(qū)，將肩胛骨分為S1和S2。S1包含肩胛切跡沿肩胛頸向下以內(nèi)的靠近脊柱的部分，是肩胛骨的主體部分，而S2包含肩胛切跡沿肩胛頸向下遠(yuǎn)離脊柱的部分，包括了肩胛盂、喙突和肩峰。Enneking系統(tǒng)將肩胛骨劃分為區(qū)域?qū)τ谟?jì)劃切除和重建是有幫助的，但到目前為止，還沒(méi)有證據(jù)證實(shí)兩個(gè)分區(qū)部位的治療預(yù)后有差異。本研究的手術(shù)方法選擇了僅累及S1部分的腫瘤病例，原因是如果腫瘤涉及到S2，不能通過(guò)簡(jiǎn)易的距離測(cè)定來(lái)設(shè)計(jì)外科切緣，而是要通過(guò)三維設(shè)計(jì)來(lái)完成腫瘤的徹底切除。而且筆者認(rèn)為，腫瘤累及S1范圍較大，需要行S1全部切除才能獲取安全外科邊界的情況并不適合行肩胛骨部分切除，建議行肩胛骨全部切除，原因是缺乏包括斜方肌、肩胛提肌、大小菱形肌、前鋸肌和上后鋸肌的肩胛骨并不穩(wěn)定，肩關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)可能會(huì)導(dǎo)致翼狀肩胛或者肩關(guān)節(jié)不穩(wěn)定。本研究中，所有病例都保留了部分S1，這就保證了肩胛骨的正常解剖位置，進(jìn)而為肩關(guān)節(jié)良好的功能提供解剖基礎(chǔ)。因此，建議“3D打印模型輔助肩胛骨軟骨肉瘤的地圖形外科切除”的手術(shù)適應(yīng)證包括：（1）病理檢驗(yàn)結(jié)果證實(shí)為低度惡性腫瘤，或高度惡性化療效果好的；（2）腫瘤位于肩胛骨S1區(qū)；（3）手術(shù)設(shè)計(jì)完整切除腫瘤后仍然能夠保留部分S1的。

迄今為止，最大的肩胛骨軟骨肉瘤病例分析來(lái)自于Mayo[12],報(bào)道了47例，其解剖部位包括S1和S2及兩者都累及，其中僅S2累及的為11例，占23%；僅S1累及的為26例，占55%；19例（73%）行部分肩胛骨切除術(shù)，7例（27%）行全肩胛骨切除術(shù)。而該組病例總的局部復(fù)發(fā)率高達(dá)40.4%。Schneiderbauer等[12]分析腫瘤的局部復(fù)發(fā)主要是由于切除外科邊界不足，一方面，肩胛骨三維解剖結(jié)構(gòu)復(fù)雜，臨近重要的上肢血管和神經(jīng)，另一方面，外科醫(yī)生本身存在僥幸心理，希望通過(guò)保留更多的肩胛骨來(lái)保留肩關(guān)節(jié)功能。本研究采用計(jì)算機(jī)導(dǎo)航輔助外科計(jì)劃，設(shè)計(jì)外科邊界至少1 cm，最終未見(jiàn)復(fù)發(fā)病例。因此，手術(shù)的注意事項(xiàng)包括：（1）明確腫瘤范圍，可通過(guò)CT和MRI兩種檢查相互驗(yàn)證；（2）做好術(shù)前計(jì)劃，設(shè)計(jì)充分的外科切除邊界；（3）手術(shù)應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行術(shù)前計(jì)劃，保證充分的骨外科邊界；（4）術(shù)中應(yīng)同時(shí)注意給予充分的軟組織邊界。目前我們采用該手術(shù)方式的均為肩胛骨低度惡性腫瘤，未來(lái)可以選擇高度惡性腫瘤但化療效果好的病例。文獻(xiàn)中尚無(wú)采用該方法治療肩胛骨腫瘤的報(bào)道。

在臨床上，盡管醫(yī)生術(shù)前設(shè)計(jì)了安全的外科邊界，但由于術(shù)中操作及誤差問(wèn)題，可能并不能達(dá)到安全的外科邊界，即所謂的骨腫瘤外科切除精確度問(wèn)題。Cartiaux進(jìn)行一個(gè)實(shí)驗(yàn)研究[13]，研究由4個(gè)有經(jīng)驗(yàn)的骨腫瘤外科醫(yī)生在3D打印的骨盆上進(jìn)行腫瘤切除術(shù)，該模擬手術(shù)設(shè)定外科邊界為1 cm，最終研究發(fā)現(xiàn)所有切除邊緣在5 mm誤差范圍內(nèi)的比例只有52%（95%CI:37%～67%），而且宿主移植重建的匹配程度證實(shí)很差。該研究認(rèn)為：即使是非常有經(jīng)驗(yàn)的外科醫(yī)生，并在非常理想的工作條件下，由于骨盆的三維結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，進(jìn)行腫瘤的理想外科切除和重建仍然非常困難。最終為了達(dá)到安全的外科邊界，可以增大外科邊界設(shè)定（如增加到3～5 cm）或者采用計(jì)算機(jī)導(dǎo)航輔助。

本研究中，并未采用計(jì)算機(jī)導(dǎo)航輔助下肩胛骨腫瘤切除，原因主要是在肩胛骨部位進(jìn)行計(jì)算機(jī)導(dǎo)航注冊(cè)有一定的困難。故采用在計(jì)算機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)工作站上設(shè)計(jì)，獲得數(shù)據(jù)后徒手操作，最終誤差在可接受范圍內(nèi)（95%CI:-1.7～3.7 mm），這與術(shù)中利用好解剖標(biāo)記點(diǎn)和與術(shù)前設(shè)計(jì)一致的截骨線有關(guān)。但對(duì)于比較復(fù)雜的部位，徒手操作范圍誤差也可能很大，有報(bào)道半側(cè)干骺端的切除匹配誤差問(wèn)題[13]，由醫(yī)生在尸體骨骼上進(jìn)行操作，發(fā)現(xiàn)徒手的平均誤差為9 mm，而采用計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)的一個(gè)模具進(jìn)行截骨，平均誤差僅2 mm。

對(duì)于肩胛骨軟骨肉瘤的預(yù)后，文獻(xiàn)報(bào)道存在爭(zhēng)議。大多數(shù)文獻(xiàn)報(bào)道的病例數(shù)比較多，但沒(méi)有特別評(píng)估肩胛骨部位的預(yù)后。Schneiderbauer等[12]報(bào)道47例肩胛骨軟骨肉瘤的轉(zhuǎn)移率為21.3%，因此認(rèn)為比其他部位特別是肢體的軟骨肉瘤預(yù)后要差。但Pant等[14]報(bào)道29例肩胛骨軟骨肉瘤患者，5年局部復(fù)發(fā)率為14%，生存率為83%，與其他部位軟骨肉瘤并沒(méi)有顯著差異。

肩胛骨軟骨肉瘤患者遠(yuǎn)期生存率與腫瘤分級(jí)有關(guān)，一般認(rèn)為病理分級(jí)為3級(jí)的預(yù)后比1級(jí)或2級(jí)的患者差。Lee等[15]報(bào)告227例軟骨肉瘤患者的預(yù)后，顯示病理分級(jí)為1～2級(jí)的患者與3級(jí)腫瘤患者死亡率有顯著差異（17%vs.26%），研究還顯示手術(shù)切緣不足、局部復(fù)發(fā)和轉(zhuǎn)移與最后死亡都存在明顯的相關(guān)關(guān)系。在臨床上，肩胛骨低度惡性軟骨肉瘤的惡性潛能可能會(huì)被低估，文獻(xiàn)報(bào)道有些病例是采取囊內(nèi)刮除，復(fù)發(fā)率較高，而局部復(fù)發(fā)往往伴隨病理級(jí)別升高，增加遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移風(fēng)險(xiǎn)。因此，為了提高肩胛骨軟骨肉瘤患者的長(zhǎng)期生存率，廣泛的外科邊界是降低復(fù)發(fā)率的關(guān)鍵。在本研究中，隨訪平均51.6月，沒(méi)有出現(xiàn)局部復(fù)發(fā)，這是最終患者都獲得無(wú)瘤存活的關(guān)鍵。

總之，軟骨肉瘤仍然以外科治療為主，而外科治療的關(guān)鍵是外科邊界，本研究提供了一種可以更精確切除肩胛骨部位惡性腫瘤的方法，也可以為其他骨腫瘤的精確切除提供參考，但由于病例數(shù)量有限，還需要更多病例的隨訪資料獲得數(shù)據(jù)支持。至于肩胛骨高級(jí)別軟骨肉瘤是否也適用于該方法，值得進(jìn)一步研究證實(shí)。