案例！3D打印钛合金胸肋骨植入

目的

使用3D 打印技术制造钛合金胸肋骨，并应用于大范围胸壁缺损的重建修复，以期满足个性化、解剖学的胸壁重建需求并观察其临床疗效。

方法

共纳入13 例患者，男 9 例、女 4 例，年龄 46 （24～78）岁。所有患者均使用 3D 打印钛合金胸肋骨植入物对胸壁缺损进行重建，随访观察 1 年。收集患者的人口学特征，围手术期相关临床数据，并对获得数据进行统计学分析。

结果

6 例肋骨肿瘤、6 例胸骨肿瘤及 1 例胸骨化脓性骨髓炎患者最终纳入本研究。所有患者术后均能维持胸壁完整性，未发现反常呼吸现象，达到了个性化及解剖学的修复目的。胸壁缺损面积为（221.0±206.0）cm2。13 例患者均顺利出院，围手术期内无死亡，2 例发生肺炎。1 年随访期内，未发生植入物断裂、移位、排斥、过敏等现象；1 例患者化疗后切口溃疡，3 例患者术后 1 年内肿瘤复发，其中2 例患者发生死亡，12 例肿瘤患者 1 年复发率 25.0%，死亡率 16.7%。

结论

3D 打印钛合金胸肋骨植入物是一种安全和有效的胸壁缺损重建修复材料，可以满足个性化、解剖学的胸壁重建修复需求，且临床效果良好。

正文

目前临床中常用的胸壁重建材料包括钛合金材料（如Matrix-RIB 系统和 STRATOS 系统）、合成材料（如甲基丙烯酸甲酯等），补片材料（如聚四氟乙烯、聚丙烯）或生物骨骼（自体肋骨移植或生物肋骨）。但是传统的胸壁重建材料目前无法满足现实的临床需求。一方面，常用的钛板、骨水泥、生物肋骨等材料需要在手术中临时制作，解剖学和力学的适配性差；另一方面，生物肋骨等材料取材有限，难以实现量产和大范围缺损的修复。因此，临床中亟需开发新型的个性化骨性胸壁重建材料。

1   资料与方法

1.1   临床资料

从2015 年 5 月到 2018 年 12 月，共 13 例患者使用 3D 打印钛合金植入物完成胸壁重建手术。所有患者术前均接受细针穿刺活检明确病理诊断，同时接受头颅、胸腹部 CT、全身骨显像或正电子发射断层显像/X 线计算机体层成像（PET-CT）等检查，排除其他器官转移。对于拟行肌皮瓣转移术的患者，需行肌皮瓣滋养血管造影或超声检查。纳入的患者需满足预期胸壁缺损直径>5 cm。胸壁缺损破坏了胸壁的完整性和胸腔压力的稳定性，影响到患者正常的心肺功能。术前应加强呼吸功能锻炼，改善肺功能，从而降低术后并发症的发生率。

1.2   3D 打印钛合金植入物的设计与打印

图1　3D 打印钛合金肋骨

a：胸骨；b：植入物

1.3   手术方法及围手术期处理

图2　3D 打印胸肋骨植入物胸壁重建手术

a：粘液纤维肉瘤，侵犯左侧 1～4 肋骨；b：切除肿瘤后的胸壁缺损；c：骨骼重建及胸膜重建；d：带蒂的背阔肌皮瓣覆盖创面；e：前胸壁慢性化脓性骨髓炎，累及胸骨及 1～8 肋软骨；f：术中切除病变后的胸壁缺损；g：骨骼重建及胸膜重建；h：术后手术切口外观

术后第2～3 d 使用弹力绷带对伤口加压包扎，松紧适度，一般持续 2～3 周以上，避免早期加压包扎影响患者呼吸状态。所有患者术前半小时静脉滴注头孢曲松至术后 3～4 d 预防感染。术后立即拔除气管插管，术后 6 h 后可进流质饮食，术后第 1 d 即可下床活动。术后需常规每日换药，观察转移肌皮瓣是否有坏死。负压引流管每日引流量<30 mL 时，可将引流管拔除。

1.4   伦理审查

本研究经过中国人民解放军第四军医大学唐都医院伦理委员会批准（伦理批准号：TDLL-2016196-450）。且每例患者术前都签署了个人知情同意书。

在本研究中，通过对所有患者胸壁完整性、是否出现反常呼吸、解剖学重建效果等指标的观察，进而判断3D 打印钛合金胸肋骨植入物进行胸壁重建的有效性。通过对围手术期（术后 90 d 内）并发症，如植入物断裂、移位、排斥、过敏、肺部并发症、切口感染等指标的观察判断其安全性。

1.6   统计学分析

计量资料采用均数±标准差（  ）描述，对于正态分布且方差齐性的计量资料组间比较采用独立样本 t 检验。检验水准 α=0.05。使用 SPSS 25.0 及 GraphPad Prism 7 软件进行分析。

2   结果

2.1   一般情况

表1 13 例患者的临床资料

2.2   有效性及安全性评价

13 例患者均行胸壁病变扩大切除术及 3D 打印钛合金胸肋骨重建术，其中 5 例患者术后发现肿瘤与肺叶粘连而行肺叶楔形切除，2 例行肌皮瓣转移（采用背阔肌和胸大肌肌皮瓣）。所有患者术后均能维持胸壁完整性，未发现反常呼吸现象。术后通过复查 64 排胸部增强 CT 扫描，并进行三维重建可见 3D 打印钛合金植入物与胸肋骨共同组成完整的胸壁结构，达到了个性化及解剖学的修复目的（图3a）。在围手术期内，2 例发生肺炎，但经抗感染及对症治疗后均好转。在术后 1 年随访中，13 例患者未发生植入物断裂、移位、排斥、过敏等现象。1 例患者于术后化疗 2 个月后已愈合伤口皮肤出现坏死致胸肋骨植入物裸露，后再次行手术取出植入物，并行背阔肌皮瓣转移手术后伤口愈合。

图3　3D 打印胸肋骨胸壁重建手术后

a：胸廓三维重建；b：X 线正位片；c：胸部 CT

2.3   影像学特点

2.4   生存分析

３讨论

虽然3D 打印胸肋骨植入物在胸壁重建中可以满足个性化和解剖性的修复需求，但仍存在一些缺陷。首先，3D 打印技术对术者和工程师的配合度要求很高。术者必须在术前充分评估病变的切除范围，在此基础上还需对手术中可能遇到的意外情况充分预估，因为现有的 3D 打印植入物无法在术中调整其形状和尺寸。其次，从材料物理属性而言，钛合金等金属材料具有较高密度，后期影像学检查常常产生强烈的伪影，对后续疾病的诊断和治疗造成一定影响。第三，因钛合金材料具有较高的弹性模量，因此会造成一定程度的限制性肺通气功能障碍。