医学影像学、手术技术等的不断发展，新辅助化疗、放疗等疗效的不断提高，为骨肿瘤患者长期生存提供了可能，而相同生存率下，病人及家属更愿意选择生存质量高的保肢治疗。目前，保肢治疗已成为骨肿瘤患者的主要治疗模式，占90%，而骨肿瘤的异质性需要保肢治疗的个体化，其中，个体化的手术规划及个体化骨肿瘤假体的设计、制造及术中个体化的准确安装是实现骨肿瘤患者完美保肢的必需环节。骨盆原发性骨肉瘤占所有恶性骨肿瘤的 10% -15% ，其中，软骨肉瘤(成年)、骨肉瘤(青少年)、 Ewing’s 骨肉瘤(儿童)最常见;骨盆是除脊柱外，第二常见肿瘤骨转移部位，肺、乳腺、肾脏、前列腺癌易发生骨盆骨转移。骨盆肿瘤的保肢重建因解剖位置血管、神经、内脏等极为复杂，外骨盆切除包括半骨盆及同侧肢体截除的四分之一截肢术曾是唯一治疗术式，但术后患者生活质量严重降低;1970年-1980年,切除肿瘤涉及的半骨盆骨与软组织，同侧肢体得以保留的内半骨盆切除无重建(旷置术)开始在临床应用，此后，融合术、同种异体半骨盆移植术、马鞍式假体及人工半骨盆假体重建等在骨盆肿瘤保肢重建中得以推广应用，其中，人工半骨盆假体重建患者术后的生活质量及满意度更为理想。
早在上世纪80年代未-90年代初，我院骨科在戴尅戎院士带领下，在国内率先应用3D技术打印骨骼病变部位模型，在模型上模拟切除肿瘤及进行个体化肿瘤假体的设计与模拟安装，历经30余年的医工交叉合作，已建成了个体化医学内植物的数字化设计与制造技术平台，成功研制了具有我国自主知识产权的个体化人工关节系列产品，实现了产业化，使得一大批关节严重畸形、肿瘤患者恢复了关节运功功能，提高了生活质量，取得了广泛而良好的社会效应，并确立了在个体化内植物研究方向上的国内外领先地位 (“个体化假体 CAD/CAM技术与计算机辅助临床工程系统”(国家科技进步二等奖))。金属直接快速成型(3D金属打印)的出现，成为20世纪末—21世纪初制造技术的革命，因该技术可实现骨肿瘤个体化假体的设计及快速制造，也必将极大地改变骨肿瘤患者保肢重建的疗效。为此，我们在以往研究及应用的基础上，应用新兴的3D打印技术，打印个体化实现工具：手术导板，以实现术中导向安装模板及截骨，开发了个体化骨肿瘤假体的设计、生产及应用系统，应用3D金属打印机打印个体化肿瘤假体，2014年4月10日，我们将金属3D打印的半骨盆假体应用于临床骨盆软骨肉瘤患者，实现了真正意义上的3D打印骨盆假体保肢重建手术的成功，标志着3D打印技术在骨科临床应用领域取得的又一个突破;其后，我们又将3D金属个体化假体应用于四肢骨肿瘤保肢重建、骨缺损修复等，均取得了满意疗效。
典型病例
患者，男性，44岁，因右臀部疼痛3月于2014年3月20日拟“右骨盆肿瘤”收入院。入院后即进行骨盆X线片、CT、增强MRI及全身骨扫描(ECT)检查，CT引导下微创骨活检检查，明确“右骨盆软骨肉瘤”诊断。
3D打印技术实施：应用分子影像学方法(弥散成像、波谱成像及动态增强)精确判断骨肿瘤的边界，利用肿瘤CT薄层容积数据，运用CT Viewer Volume 4D 容积成像技术及Tissue Segmentation组织分隔技术，获取CT选择性三维肿瘤成像，再利用Tissue Segmentation组织管理和伪彩技术，获取肿瘤安全切除范围的3D图像(图1)。结合获取的病变边界3D图像和安全切除范围的3D图像，利用3D打印技术制作骨盆模
型，在3D打印骨盆模型上模拟手术完整切除肿瘤。基于影像学数据，应用最小二乘法的正中失状面生成算法、镜像和几何变换算法，曲线曲面光滑拼接算法，特征曲线识别和曲面平滑处理算法，进行个体化肿瘤假体的设计，优化假体的生物学及生物力学性能;根据肿瘤切除边界，设计个体化肿瘤精确切除定位导向模板，基于数字化假体设计，应用Arcam A1金属3D打印设备，制造个体化肿瘤假体(钛合金)：首先利用铺粉装置将金属粉末按一定厚度均匀铺于工作台上(即已成形物件的上表面)，按照CAD预先设定三维模型并在控制系统控制下，高能量电子束在截面粉层上按预定轨迹扫描，从而使粉末完全熔化并与下面已成形的部分实现熔合。循环此过程，直至整个物件形成。通过调控假体内部微观空间结构可以调节实体弹性模量，极大的规避应力遮挡效应，多空的且可控的多孔结构允许骨组织长入，进一步提高了假体的稳定性(图2)。将数字化手术导板数据导入stratasys公司的3D打印机中，打印工程塑料ABS材质的手术导板。在3D打印患者骨盆模型上进行模拟手术截骨导板安装、肿瘤切除及假体安装(图3)。
手术技术：在全身麻醉满意后，患者取健侧卧位，用于保持体位的腹侧与背侧托架应较松，允许术中适当改变侧卧角度。采用髂腹股沟入路，遵循肿瘤切除手术的操作原则，对肿瘤进行合理的边缘显露与剥离，根据术前设计的切除平面安装截骨导板进行截骨(我们也将手术导航技术应用于骨盆肿瘤的肿瘤切除及假体安装，大大提高了肿瘤切除及假体安装的精确性)，精确完整切除肿瘤(图4)。彻底冲洗和止血后，依手术前计划，精确、顺利安装3D打印骨盆假体(图5)。
手术后即在医师指导下进行患肢功能锻炼(图7)，术后3天即下床，术后2周(图8)，患者在助行器保护下能独立行走，术后2月脱拐行走，术后5月恢复日常生活。
讨 论
3D打印属于快速成型技术的一种，它是一种数字模型文件为基础直接制造几乎任意形状三维实体的技术。3D打印通常是采用数字技术材料打印机来实现，上世纪80年代后期由美国科学家发明，3D打印的设计过程是先通过计算机辅助设计(CAD)或计算机动画建模软件建模，再将建成的三维模型“分区”成逐层的截面，从而指导打印机逐层打印，可应用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层堆叠累积的方式来构造物体。过去其常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型，随着3D打印技术的日臻成熟，日渐被引入医疗领域，并有望得到广泛应用。
早在上世纪80年代未-90年代初，我院骨科即与上海交通大学机械与动力工程学院合作，在国内率先应用3D技术打印骨骼病变部位模型，在模型上模拟切除肿瘤及进行个体化肿瘤假体的设计与模拟安装，本次3D打印骨盆假体保肢重建手术所以引起广泛关注，是由于(1)假体的制作同时应用了快速原型模型制造和直接金属打印半骨盆假体的双重技术，(2)假体的设计同时解决了肿瘤周围肌肉软组织大块切除后的伤口闭合问题，(3)假体有多孔表面，有利于残余肌肉的附着点重建，(4)手术中使用了3D打印导板的引导技术，(5)假体上的螺钉孔道具有可靠的导向作用，使钻入的长螺钉避开了神经和髋关节间隙(图6)。因此，我们已将3D打印技术应用于肿瘤切除安全边界的界定、个体化肿瘤假体及手术导板的设计与模拟安装、打印个体化金属假体、应用3D打印截骨导板精确切除肿瘤、精确安装3D打印金属假体等治疗全过程，真正意义上实现了3D打印技术在骨盆肿瘤保肢重建中的全过程应用，大大提高了疗效。
参考文献(略)
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