田耘:3D打印微孔钛合金假体治疗四肢大段骨缺损的临床应用

2021-05-28    点击量:512 我要说

来源:北京大学第三医院骨科

应用一:创新性采用3D打印微孔钛合金假体治疗股骨干大段骨缺损

作者:北京大学第三医院 侯国进、刘冰川、田耘、刘忠军、周方等

临床意义:四肢长骨的大段缺损(>5cm)是治疗的难点,这些缺损多存在跨度大、形态不规则和局部力学稳定性遭到严重破坏等特点。

目前治疗四肢骨缺损的方法有很多,包括:以外固定架为基础的骨延长、Masquelet膜诱导、自体/异体骨移植等,但存在治疗周期长、花费高、无法早期负重,甚至治疗效果不满意等缺陷。针对传统方法的不足,我们创新性采用3D打印微孔钛合金假体+髓内钉内固定,辅助膜诱导技术成功治疗了股骨干大段骨缺损的病例,取得了满意的治疗结果。

典型病例:姜某,女性,41岁,主因“右下肢骨折术后3年余,发现骨不连3个月”入院。

治疗过程:结合查体、化验检查等资料,除外感染性骨不连,遂决定行分期手术治疗。

一期:彻底行瘢痕组织及硬化骨切除,在缺损区填充骨水泥Spacer,留置引流。术后拔除引流管后对双下肢进行三维CT扫描,通过医工结合进行3D打印假体设计及制备。

二期:8周后取出缺损区骨水泥Spacer,植入个性化设计的3D打印微孔钛合金假体,并分别进行股骨拟行髓内钉及胫骨髓内钉固定。

随访:术后复查X光片见右侧股骨、胫骨的对位、对线及下肢力线满意,骨缺损区匹配良好。术后26月仍见局部稳定,未见假体下沉及内固定松动,局部骨痂生长满意,同时患者膝、踝关节功能良好。

图1: 患者入院影像学检查

图2: 3D打印假体的设计及术后X光片

图3: 术后12月及26月复查X-ray及大体像

讨论:干骺端区域的大段骨缺损,由于形态异型性,传统的治疗方法很难良好的匹配目标缺损区,尤其是远端残余骨质少、靠近关节面时,骨缺损的重建和早期稳定性的实现均非常困难。

传统的治疗方法确实面临极大的挑战。基于前期的动物实验,骨组织能够很好的长入3D打印的微孔钛合金假体内。3D打印技术为骨缺损处理开辟了新的思路,由于其个性化设计、匹配度高,初始稳定性好等优势,该技术在疑难性大段骨缺损的病例治疗中取得了良好的效果。

假体设计时我们选择了适合骨组织长入的孔径,并在打印过程中通过调整孔隙率来控制弹性模量使其与目标区域骨组织接近。假体的整体设计采用“镜面成像”的原理,通过对侧正常骨来获得,假体需要与缺损区具有相同的曲率半径和形态。植入金属假体的强度有利于早期负重和功能锻炼,以帮助患者尽快恢复社会功能。

在力学稳定性和传导方面,我们结合了髓内钉的中心性传导的优势,使缺损区的应力更加分散,避免应力集中。同时,假体界面与残余骨组织接触良好,重力可以单向的、均匀的传递至残余骨远端。当远端残余骨量少、骨质差的情况下,还可以定制性设计侧耳,采用松质骨螺钉与远端固定,进一步增加局部稳定性。

结论:对于临近关节部位大段的骨缺损(骨缺损长度>8cm,且远端残余骨量少时),采用传统方法治疗非常困难时,3D打印微孔钛合金假体结合膜诱导技术及髓内钉固定的相对稳定系统可能作为一种经济而有效的治疗选择。

参考文献:

Guojin Hou, Bingchuan Liu, Yun Tian*, Zhongjun Liu, Fang Zhou, Hongquan Ji, Zhishan Zhang, Yan Guo, Yang Lv,Zhongwei Yang, Peng Wen, Yufeng Zheng,Yan Cheng. An innovative strategy to treat large metaphyseal segmental femoral bone defect using customized design and 3D printed microporous prosthesis: a prospective clinical study. J Mater Sci Mater Med, 2020, 31(8).

应用二:3D打印修复联合Masquelet技术治疗Cierny-Mader IV型长骨骨髓炎骨缺损的疗效分析

作者:北京大学第三医院 孙川、刘冰川、侯国进、杨钟玮、吕扬、周方、田耘

临床意义:慢性骨髓炎的治疗是临床上一重大难题,目前临床上存在多种治疗下肢慢性骨髓炎的方法,例如自体骨移植术、骨搬运技术、Masquelet技术,临床治疗取得一定疗效,但存在大段形态不规则骨缺损修复困难、早期负重需求难以满足、治疗周期漫长等共性问题。

3D打印技术是一项利用计算机进行个体化、精准化的可用于打印组织器官的新技术手段。目前3D打印定制植入物在骨科中得到了探索性的应用,其具有较好的解剖形态匹配、骨传导性、机械强度及生物相容性,在治疗下肢长骨骨髓炎骨缺损方面具有广阔前景。

材料与方法:采用3D打印技术治疗因创伤或手术内固定失败造成的下肢慢性骨髓炎患者8例,病因:交通伤5例,内固定术后3例;缺损部位:股骨干5例,股骨干骺端1例,胫骨干1例,胫骨干骺端1例;缺损长度:7.7-15.5cm,平均10.2cm;分泌物培养:金黄色葡萄菌3例,表皮葡萄球菌2例,摩尔摩根1例,无感染2例。所有患者按3D打印技术治疗的标准流程分3阶段完成手术治疗。

结果:8例患者术后随访6-18个月(平均12.6个月)。8例患者感染灶控制,无体温升高,窦道愈合,感染指标均在正常范围内,血常规、ESR、C-反应蛋白及PCT,3次以上化验结果正常,连续3次留取引流液细菌培养阴性,随访无复发。

患者从第一次入院到假体置入完成后出院,总治疗时间为65-125d(平均91.0d)。第一阶段局部感染控制及临时稳定重建接受治疗时间13-57d(平均28.7d),第二阶段假体及稳定模式设计用时30-87d(平均48.3d),第三阶段假体与骨之间生物学稳定及融合所需时间28-34d(平均63.0d),无内固定物松动及断裂。7例患者在假体置入术后14.7d(4-42d)恢复完全负重活动,1例患者因有严重骨质疏松症术后6个月恢复完全负重。8例患者术后关节功能恢复良好。

结论:应用钛合金3D打印假体治疗下肢大段骨缺损可以做到局部解剖形态匹配,生物力学稳定,骨诱导效果良好,与Masquelet技术结合,治疗Cierny-Mader IV型长骨骨髓炎骨缺损可持续抗感染,缩短治疗周期,骨愈合良好,使患者达到早期康复,值得在临床上推广。

图1: 应用3D打印技术治疗下肢慢性骨髓骨缺损流程图

图2: 典型病例

参考文献:

孙川,刘冰川, 侯国进,杨钟玮,吕扬,周方,田耘. 3D打印修复联合Masquelet技术治疗Cierny-Mader Ⅳ型长骨骨髓炎骨缺损的疗效分析[J]. 中华创伤骨科杂志, 2021, 23(01):68-74.

作者简介

田耘

医学博士,教授,博士生导师,北京大学第三医院骨科副主任、主任医师,北京120急救中心北医三院分站主任。

担任AO讲师团中国区讲师;中国医师协会骨科医师分会脊柱创伤工作委员会委员;中国医师协会骨科医师分会创伤青年委员会副主任委员;中国骨科菁英会创伤主席;北京医学会骨科学分会创伤学组委员;中华医学会骨科分会创伤学组委员;中华创伤骨科杂志、中华骨科杂志审稿人。    

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