全部病人均应用3D打印钛金属胸肋骨假体对胸骨破损开展复建

目地

应用 3D 打印技术性生产制造钛金属胸肋骨,并运用于大范畴胸骨破损的复建修补,以求考虑人性化、人体解剖学的胸骨复建要求并观查其临床医学功效。

方式

共列入 13 例病人,男 9 例、女 4 例,年纪 46 (24~78)岁。全部病人均应用 3D 打印钛金属胸肋骨假体对胸骨破损开展复建,随诊观查 1 年。搜集病人的人口学特点,围手术期有关临床数据,并对得到数据信息开展应用统计学剖析。

结果

6 例肋巴骨恶性肿瘤、6 例肩胛骨恶性肿瘤及 1 例肩胛骨生脓性骨髓炎病人最后列入本科学研究。全部病人手术后均能保持胸骨一致性,未发觉反常呼吸状况,做到了人性化及人体解剖学的修补目地。胸骨破损总面积为(221.0±206.0)cm2。13 例病人均圆满住院,围手术期内无身亡,2 例产生肺部感染。1 年随诊期限内,未产生假体破裂、挪动、抵触、皮肤过敏等状况;1 例病人放疗后创口溃烂,3 例病人手术后 1 年之内肿瘤复发,其中2 例病人产生身亡,12 例恶性肿瘤病人 1 年复发 25.0%,致死率 16.7%。

依据

3D 打印钛金属胸肋骨假体是一种安全性和合理的胸骨破损复建修补原材料,能够考虑人性化、人体解剖学的胸骨复建修补要求,且临床医学实际效果优良。

 

胸骨破损可由多种多样胸骨病症造成,如恶性肿瘤、发育畸形、辐射损伤和繁杂的感柒等。因为所述病症大多数需选用手术方法摘除变病以及侵及的胸肋骨,进而导致部分肌肤全身肌肉和人体骨骼的破损。现阶段的临床医学见解觉得,胸骨破损直徑>5 cm 时必须应用硬质的假体复建胸骨,以避免产生胸骨波动、反常呼吸和/或心力衰竭,锁骨后才的破损直徑>10 cm 时必须对其开展复建,可是现阶段尚欠缺高级别临床医学直接证据来确认所述见解[1-3]。

现阶段临床医学中常见的胸骨复建原材料包含钛金属原材料(如 Matrix-RIB 系统软件和 STRATOS 系统软件)、复合材料(如甲基丙烯酸甲酯等),补片原材料(如聚四氟乙烯、聚丙稀)或微生物人体骨骼(自身肋巴骨移殖或微生物肋巴骨)。可是传统式的胸骨复建原材料现阶段不能满足实际的临床医学要求。一方面,常见的钛板、骨水泥、微生物肋巴骨等原材料必须在手术中临时性制做,人体解剖学和结构力学的兼容能力差;另一方面,微生物肋巴骨等原材料取样比较有限,难以达到批量生产和大范畴破损的修补。因而,临床医学中急待开发设计新式的人性化骨性胸骨复建原材料。

近些年,3D 打印技术性在诊疗行业内的运用愈来愈普遍,特别是在在脑外科、颅口腔颌面外科、普外科等技术专业获得了优良的进度。从医药学视角看来,病人的解剖学构造和临床医学要求各有不同,大批量生产的器材耗品具备完全一致的样子和规格,不可以考虑每例病人的人性化必须。运用 3D 打印技术性,为每例病人开展量身定制,制订特色化治疗方案,将使病人得到较大的好处。新式 3D 打印胸肋骨假体则依据病人人体解剖学特性搭建假体,具备更优质的解剖学兼容性。我部门自 2015 年起运用 3D 打印钛金属胸肋骨假体开展胸骨复建手术治疗,在临床医学中获得了令人满意的治疗效果。

1   材料与方式

1.1   临床医学材料

从 2015 年 5 月到 2018 年 12 月,共 13 例病人应用 3D 打印钛金属假体进行胸骨复建手术治疗。全部病人手术前均接纳细针穿刺活检确立病理诊断,另外接纳头部、胸腹腔 CT、满身骨显象或正电子发送断块显象/X 线电子计算机体层显像(PET-CT)等查验,清除别的人体器官迁移。针对拟行肌皮瓣移植迁移术的病人,需行肌皮瓣移植滋润心血管造影或彩超检查。列入的病人需考虑预估胸骨破损直徑>5 cm。胸骨破损毁坏了胸骨的一致性和胸骨工作压力的可靠性,危害到病人一切正常的心脏功能。手术前应提升吸气肌肉训练,改进肺功能检查,进而减少手术后病发症的发病率。

1.2   3D 打印钛金属假体的设计方案与打印

全部病人手术前需接纳 64 排乳房提高 CT 扫描仪(GE Lightspeed VCT,GE Healthcare,Fairfield,CT),扫描仪层厚 1.0 mm。将 DICOM 文件格式乳房 CT 数据信息导进 Mimics(version 17.0;Materialise Inc,Leuven,Belgium)手机软件开展实体模型搭建;进一步将转化成的 STL 文档导进 Geomagic Studio 手机软件(version 2012;3D Systems,Morrisville,NC)开展平滑处理和手术前整体规划(图1)。3D 打印假体的方案设计由主刀医生和技术工程师相互制订,全部假体根据病人初始胸肋骨构造开展设计方案,另外考虑到恶性肿瘤摘除的界限标准和无瘤标准。恶性肿瘤摘除界限间距恶性肿瘤边沿>3 cm 之上。由于在手术前没法精确估算破损的尺寸,因此依据间距恶性肿瘤边沿 3 cm、4 cm 和 5 cm 的预估摘除范畴将 3D 打印鼻子假体的规格设计方案为 3 种规格。将所述设计方案的 STL 文件格式导进 EOS M280 型打印机(EOS GmbH, Krailling,Germany)开展假体制做。该打印机运用医疗器材级钛金属粉末状,运用激光器煅烧技术性开展假体制做。假体历经基本清理及高溫高压灭菌后运用于手术治疗。

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图1 3D 打印钛金属肋巴骨 a:肩胛骨;b:假体

1.3   手术方法及围手术期解决

全部肿瘤病人均行变病扩张摘除手术治疗,皮下组织和人体骨骼切缘间距恶性肿瘤边沿 3 cm 之上,另外摘除相邻胸膜增厚。以便做到术中 R0 摘除,运用冷冻病理学技术性查验手术治疗切缘,包含肌肤、全身肌肉和人体脂肪机构等,均值收集 6~8 例样版。切缘最后还需历经机构病理生理学查验确认。胸骨复建选用“三明治方式”,包含人体骨骼复建、胸膜增厚复建和皮下组织复建。全部病人均选用 3D 打印钛金属胸肋骨假体开展人体骨骼复建,为保证鼻子假体与膈肌相互连接部的坚固性,应用钛螺钉和钛丝(直徑 1.0 mm)将钛金属假体固定不动于残留肋巴骨和肩胛骨。针对肋巴骨恶性肿瘤病人,一端用不锈钢丝固定不动 3D 打印肋巴骨与其他肋巴骨,另一端用二颗螺丝固定不动于肩胛骨。这类构造在较大水平上确保了假体的可靠性。针对肩胛骨恶性肿瘤病人,3D 打印肩胛骨用 8 颗螺丝固定不动在剩下的肩胛骨上,肋巴骨端用不锈钢丝固定不动在剩下的肋巴骨上。胸膜增厚复建均应用去抗原体化的猪肠系膜补片(广州市冠昊生物高新科技公司),在术中应用 4 号线丝或 poly 线中断缝线补片于胸膜增厚残端或肋间肌,并将补片悬吊训练在鼻子假体上,可让补片紧靠鼻子假体,进而尽量减少肺和鼻子假体中间的死腔。皮下组织复建是将带蒂肌皮瓣移植遮盖在假体外表层,常见胸大肌肌皮瓣移植和背阔肌皮瓣移植,术中在皮瓣移植下置放空气压力引流管,因胸膜增厚复建已封闭式胸膜腔,因而未在胸骨另置引流管(图2)。

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图2 3D 打印胸肋骨假体胸骨复建手术治疗

a:黏液纤维肉瘤,侵害左边 1~4 肋巴骨;b:摘除恶性肿瘤后的胸骨破损;c:人体骨骼复建及胸膜增厚复建;d:带蒂的背阔肌皮瓣移植遮盖创口;e:前胸骨漫性生脓性骨髓炎,侵及肩胛骨及 1~8 肋骨;f:术中摘除变病后的胸骨破损;g:人体骨骼复建及胸膜增厚复建;h:手术后手术治疗创口外型

手术后第 2~3 d 应用弹力绷带对创口加压包扎,紧松适当,一般不断 2~3 周之上,防止初期加压包扎危害病人吸气情况。全部病人手术前三十分钟静脉滴注头孢曲松钠至手术后 3~4 d 预防感染。手术后马上拔掉气管切开,手术后 6 h 后能进流质饮食,手术后第 1 d 就可以下床主题活动。手术后需基本每天改药,观查迁移肌皮瓣移植是不是有萎缩。空气压力引流管每天引总流量<30 mL 时,可将引流管拔掉。

1.4   伦理审查

本科学研究历经中国解放军第四军医大学唐都医院伦理委员会准许(伦理道德准许号:TDLL-2016196-450)。且每例病人手术前都签定了本人知情同意书。

1.5   观查指标值

在本科学研究中,根据对全部病人胸骨一致性、是不是出現反常呼吸、人体解剖学复建实际效果等指标值的观查,从而分辨 3D 打印钛金属胸肋骨假体开展胸骨复建的实效性。根据对围手术期(手术后 90 d 内)病发症,如假体破裂、挪动、抵触、皮肤过敏、肺脏病发症、术后感染等指标值的观查分辨其安全系数。

1.6   应用统计学剖析

计量资料选用均数±标准偏差(  )叙述,针对标准正态分布且方差齐性的计量资料组间较为选用单独样版 t 检测。检测水平 α=0.05。应用 SPSS 25.0 及 GraphPad Prism 7 手机软件进
行剖析。

2   結果

2.1   一般状况

本科学研究共列入 13 例病人,男 9 例、女 4 例,年纪 46(24~78)岁。全部病人中包含 6 例肋巴骨恶性肿瘤、6 例肩胛骨恶性肿瘤及 1 例肩胛骨生脓性骨髓炎(表1)。病人胸骨破损总面积(221.0 ± 206.0)cm2,手术时间(333.0 ± 129.0)min,手术后住院治疗時间(12.8 ± 6.1)d,拔管時间(8.6 ± 4.1)d,13 例病人均圆满住院。将病人按肩胛骨变病及肋巴骨变病区别后数据分析所述临床数据发觉,胸骨破损总面积、手术时间、手术后住院治疗時间、拔管時间等临床医学指标值差别无统计学意义(P>0.05)。

表1 13 例病人的临床医学材料

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2.2   实效性及安全评价

13 例病人均行胸骨变病扩张摘除术及 3D 打印钛金属胸肋骨重建术,在其中 5 例病人手术后发觉恶性肿瘤与肺泡黏连而行肺泡契形摘除,2 常规肌皮瓣移植迁移(选用背阔肌和胸大肌肌皮瓣移植)。全部病人手术后均能保持胸骨一致性,未发觉反常呼吸状况。手术后根据复诊 64 排乳房提高 CT 扫描仪,并开展三维重建由此可见 3D 打印钛金属假体与胸肋骨相互构成详细的胸骨构造,做到了人性化及人体解剖学的修补目地(图3a)。在围手术期内,2 例产生肺部感染,但经抗感染药及用药治疗后均转好。在手术后 1 年随诊中,13 例病人未产生假体破裂、挪动、抵触、皮肤过敏等状况。1 例病人于手术后放疗 2 月后已痊愈创口肌肤出現萎缩致胸肋骨假体外露,后再度行手术治疗取下假体,并行处理背阔肌皮瓣移植迁移术后伤口修复。

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图3 3D 打印胸肋骨胸骨复建术后 a:膈肌三维重建;b:X 线逆位片;c:乳房 CT

2.3   影像诊断特性

在 X 线平片上,由于钛金属假体相对密度高而且远高于皮层骨,因而可显示信息为清楚的金属材料影,能非常好地分辨假体在身体的形状和部位(图3b)。在 CT 影象中,成骨细胞的 CT 数值 836 Hu,钛金属假体的 CT 数值 3 071 Hu,因而 3D 打印钛金属假体显示信息为密度高的的金属材料影,且在全部病人的手术后复诊 CT 中,均可见到 3D 打印钛金属胸肋骨假体的影像诊断伪影,其伪影遮挡住了遮盖的组织架构,进而对假体周边组织架构的判断导致麻烦(图3c)。

2.4   生存分析

根据医院门诊、电話等方法随诊 1 年,随诊期限内,12例恶性肿瘤病人中 2例恶性肿瘤原点发作、1 例肺脏迁移, 复发25.0%,其中2例病人身亡,致死率 16.7%,其他 9 例病人在随诊期限内无发作及迁移。

  探讨

胸壁肿瘤、比较严重感柒等病症常必须完全或是扩张摘除变病,通常导致很大的胸骨破损,会毁坏膈肌的一致性和可靠性,使病人出現反常呼吸、吸气功能问题等病症。针对绝大部分胸壁肿瘤来讲,手术治疗摘除是最常见的治疗方式,依据不一样恶性肿瘤种类开展新輔助或輔助医治可以在一定水平上提升存活率,增加存活時间[4-5]。大范畴摘除胸骨后导致的极大胸骨破损必须应用硬质的原材料开展复建,以防止产生反常呼吸和漫性心力衰竭[1, 4-5]。不危害或尽量避免危害作用的 R0 摘除是胸壁肿瘤摘除的总体目标。现阶段国际性上骨性胸骨复建原材料分成潜在性原材料、人工服务原材料、金属复合材料、自身成骨细胞等[6]。相对性于这种传统式原材料,3D 打印钛金属胸肋骨假体可修补更大的胸骨破损。本科学研究中,病人胸骨破损总面积达(221.0 ± 206.0)cm2,较大破损总面积达 672 cm2,因而能够完成对胸骨肿瘤的扩张摘除,进而尽量考虑 R0 摘除规范,有益于降低胸骨肿瘤的发作。

相对性于别的原材料和制做技术性,3D 打印胸肋骨假体不但能出示充足的支撑点来保持胸骨的外型,并且还能做到对胸骨人性化和解剖学性的修补[7-8]。尽管传统式的原材料在胸骨复建中能够具有优良的支撑点功效,但其样子固定不动,不可以考虑在人体解剖学上的胸骨修补,危害胸骨外型;当胸骨破损总面积很大或样子不规律时,通常会因为原材料的外观设计不兼容而出現不可以修补的状况,尤其是在肩胛骨摘除后产生的胸骨破损中,不但修补后的外型不尽如人意,还会继续危害肺功能检查从而导致手术后的吸气有关病发症。3D 打印胸肋骨假体应用手术前病人层析乳房 CT 数据信息开展设计方案,假体根据病人胸肋骨 1∶1 制做,具备更强的人体解剖学兼容性。值得一提的是,假体的结构力学抗压强度不但在于原材料的物理性能,还在于本身的构造特性。有专家学者运用 3D 打印技术性制做了外螺纹状、门铰链状的钛金属胸肋骨假体,使假体具备更强的延展性[8-10]。在本组病人中,骨源性恶性肿瘤 4 例,皮下组织原性恶性肿瘤 7 例,转移瘤 1 例,胸骨感柒 1 例,胸壁肿瘤发源呈多元性,7 例病人行肩胛骨摘除,6 例病人行肋巴骨摘除,破损位置呈多形性和独特性,因此针对胸骨复建的规定也更为多元化和人性化,在对全部病人的手术后复诊 CT 三维重建中能够见到 3D 打印胸肋骨假体对破损位置开展了原点解剖学性的修补,做到了胸骨破损位置的原点复建。值得一提的是,大家运用 3D 打印技术性制做钛金属肋巴骨假体时,也试着选用弹黄构造仿真模拟肋骨的延展性,使病人能尽快开展腹式呼吸,以求做到对胸骨的作用学修补。

Berthet 等[8]对选用 Matrix-RIB 系统软件及 STRATOS 系统软件开展胸骨复建的不成功要素开展了剖析,在这里 54 例病人中,24 例 (44%) 嵌入不成功,在其中,20 例(83.3%)的假体产生破裂,4 例(16.7%) 的假体产生挪动,在假体破裂或挪动的病人中,假体完好无损的均值延迟时间为 1~12(6.6 ±3.1)月。在本科学研究中,在手术后 1 年之内,全部病人均未产生假体破裂、挪动、皮肤过敏等状况,因而,3D 打印钛金属假体的安全系数不错,但仍需更长期的观查。此外,本组病人选用胸膜增厚复建、骨性复建和皮下组织复建的“三明治”方式开展胸骨复建。因为钛的疏水性使其无法粘附在肺机构上及与周边皮下组织产生粘附,而人工服务胸膜增厚补片具备优良的吸水性和机构相溶性[11]。因而术中应用补片开展胸膜增厚复建能够推动肺机构与鼻子假体的黏连,保持胸骨的可靠性。除此之外,胸骨摘除后外伤性渗出液关键来源于创口周边的全身肌肉和结蹄。胸膜增厚复建能够合理地阻拦渗出液进到胸膜腔,防止留设胸骨引流管,进而降低手术后病人痛疼,推动手术恢复。

尽管 3d 打印胸肋骨假体在胸骨复建中能够考虑人性化和解剖学性的修补要求,但仍存有一些缺点。最先,3D 打印技术性对求美者和技术工程师的相互配合度规定很高。求美者务必在手术前充足评定变病的摘除范畴,在这个基础上还需对手术中将会碰到的出现意外状况充足预计,由于目前的 3D 打印假体没法在术中调节其样子和规格。次之,从原材料物理属性来讲,钛金属等金属复合材料具备较密度高的,中后期影像诊断查验经常造成明显的伪影,对事后病症的确诊和医治导致一定危害。第三,因钛金属原材料具备较高的弹性模具,因而会导致一定水平的约束性肺换气功能问题。

总的来说,针对大规模的胸骨破损,用 3d 打印钛金属胸肋骨假体开展胸骨复建是安全性行得通的,能够考虑人性化和解剖学性的修补要求,减少吸气有关病发症的产生。3d 打印胸肋骨假体的应用出示了优良的临床医学实际效果,好于以往应用的各类原材料。这也提升了更普遍摘除变病的概率,并将会开发的手术治疗适应证。但其也不绝极致,在很近的未来,期待有更为极致的新型材料和新方式 用以胸骨复建。

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