杨迪，吴智钢，2，付军，范宏斌，李小康，郭征*

(1.空军军医大学西京医院骨科，陕西 西安 710032；2.中国人民解放军第518医院，西安 710043)

随着外科技术的不断提高以及骨肿瘤化疗技术的不断发展，保肢术已成为骨肿瘤治疗的常规术式[1]。骨肿瘤切除后骨缺损的重建是骨肿瘤保肢术后功能恢复的关键。尽管异体骨存在疾病传播、排异反应等缺点，但异体骨移植可为骨肿瘤切除后骨缺损提供即刻的支撑稳定，并且为肌肉韧带提供附骊点完成功能重建。因此，采用异体骨重建的方法与骨肿瘤假体相比更具有优势[2-3]。在骨关节、干骺端和髓内支撑等部位的重建中，采用相同解剖部位的异体骨重建具有较好的应用效果，但是，如果宿主骨和异体骨之间匹配不良可导致骨对合不良、骨折、关节退变以及延迟愈合或不愈合等并发症的发生。因此，如何选取和宿主骨适配的异体骨是生物重建能否成功的关键。

然而，传统的选配方法主要依据X线片的测量将骨库中的异体骨与宿主骨进行匹配[4]。但由于是手工测量，因此存在主观、耗时和精确度不足等缺陷。尽管采用CT图像提高了选配方法的精度，但仍然无法实现精确的三维测量。异体骨选配，尤其是对于具有不规则外形的长骨末端或者骨盆等部位，选配仍然遇到困难。在过去二十年里，仿真图像技术和计算机辅助手术技术已经被广泛应用于骨科手术，并且取得了满意的治疗效果[5]。异体骨和宿主骨病损部位可以通过医学影像图像进行三维仿真重建，因此宿主骨和异体骨之间的三维精确解剖适配成为可能。基于此，本研究采用三维模型重建的方法，建立了一套集成有管理、分析和选配的数字骨库系统，并在计算机导航辅助下完成临床应用14例。本文着重以2例长骨末端和骨盆两个不规则部位患者骨适配移植的治疗方法和长期随访结果进行阐述，期望为异体骨的选配提供一种精确快速的新方法。

1 资料与方法

1.1 数据采集，图像分割与三维重建 依托西京医院综合骨库深低温冷冻贮存的大段异体骨，日常库存资源>300根。按解剖学位置分类，包括：肱骨近端、肱骨远端、尺骨、桡骨、肩胛骨、锁骨、股骨近端、股骨远端、胫骨近端、胫骨远端、腓骨、骨盆、跟骨等处；首先对所有骨骼进行CT扫描(64排螺旋CT，GE公司，美国)扫描。本研究中异体骨影像扫描层距标准为0.625 mm，获得的CT影像以DICOM(Digital Imaging and Communication inMedicine)格式存储。图像采用Mimics软件系统(Leuven，Belgium)处理。骨组织与其他组织和结构分离，比如皮肤、脂肪、肌肉和CT金属工作床等。每块异体骨的DICOM图像和三维模型一起组成一个数字骨库系统(见图1)。

a 右股骨近端冠状位数据b 右胫骨近端冠状位数据

c 左股骨远端冠状位数据 d 右胫骨近端关节面数据

1.2 异体骨选配 在数字骨库系统中，基于异体骨长、宽、高的体积参数对异体骨进行登记。选配过程中，对肿瘤侵犯骨的三维模型和异体骨模型体积进行测量和比对，选取最佳匹配的异体骨。登记匹配过程中应选取和宿主骨CT值密度相近的异体骨。如果匹配过程中宿主骨部位由于肿瘤侵袭破坏不能用于登记匹配时，采用健侧骨骼三维模型镜像反转的方法与异体骨进行匹配。操作者可以自由旋转骨骼的三维模型来检查一致性，同时二维图像也可以测量观察。匹配过程中，第一步是确定解剖标志，并测量距离。第二步是异体骨的二维图像放大后与宿主骨进行图像的重叠匹配。最后，仿真模型的三维测量使异体骨的选配更为精确。

1.3 典型病例 a)11岁男性患者，术前活检诊断为右侧髋臼尤文肉瘤。术前影像学提示右侧髋臼和右侧耻骨溶骨性病变(见图2)。b)16岁男性患者，术前活检诊断为左侧胫骨远端骨肉瘤(见图3)。术前影像学提示左侧胫骨远端溶骨和成骨混合性病变。影像数据输入计算机导航系统后，在重建的骨骼三维模型内确定肿瘤边界和切除平面，并在数字骨库系统内完成异体骨匹配。术中，肿瘤在计算机导航辅助下整块切除，然后将异体骨采用接骨板和螺钉的方式与残留宿主骨进行固定。

1.4 诊疗计划 所有患者在术前行X线、CT扫描、磁共振和核素骨扫描，确定肿瘤边界、分期和截骨平面。在计算机模型上模拟肿瘤切除后的骨缺损，并采用如上所述的选配方法，在数字骨库系统中选取最佳适配的异体骨，并在三维模型上进行异体骨的模拟修剪与安装固定。安全边界、切除平面、植入部位和螺钉固定位置与方向均按照预订手术入路和显露情况进行规范和确定。肿瘤的精确切除和异体骨的精准植入固定依靠计算机导航辅助进行。术后随访指标主要包括局部复发、远处转移、功能恢复和并发症等。保肢术后功能评分采用国际骨与软组织肿瘤协会(musculoskeletal tumor society，MSTS)评分进行评估。术后3年内，每3个月随访1次。术后第4年起每半年随访一次。

a 骨盆正位片示病变部位b 三维CT冠状位 c三维CT矢状位 d 骨盆三维模型

e 骨盆异体骨选配流程

a 胫骨正侧位X线片 b 三维CT c 三维CT冠状位d 胫骨病变三维模型重建

e 胫骨远端异体骨选配流程f 异体骨和宿主骨之间呈最佳匹配 g 异体骨模拟安装

2 结果

2.1 典型病例一 影像学信息提示该例患者肿瘤位于髋臼前方及耻骨，溶骨性病变局限于右髋臼前方和右侧耻骨，手术方案确定为导航下髋臼前部和耻骨的肿瘤整块切除并异体骨重建内固定术，手术时间215 min，失血量2 100 mL。术中异体骨匹配满意，固定位置良好。术后6个月，患者MSTS评分24分。术后按期随访，异体骨固定良好，异体骨耻骨部分逐渐骨吸收(见图4～5)。术后5年随访，患者未见局部复发及远处转移，MSTS评分26分。

2.2 典型病例二 左侧胫骨远端骨肉瘤，手术方案为导航下左侧胫骨远端病变部位整块切除并异体骨重建内固定术，手术时间180 min，失血量300 mL。术中异体骨匹配满意，固定良好。术后6个月，患者MSTS评分27分。术后18个月时，X线及核素骨扫描均提示异体骨与宿主骨发生愈合。术后5年随访，未发现局部复发或远处转移，内固定位置满意，无螺钉松动及骨吸收(见图6～9)，患者MSTS评分29分。

图4 术后即刻正位X线片示异体骨固定效果满意图5 术后5年正位X线片示内固定位置良好，右耻骨部分骨吸收

图6 术后即刻胫骨正位X线片示骨折线明显图7 术后18个月胫骨正位X线片示骨折线消失图8 术后18个月核素骨扫描示植骨愈合 图9 术后5年X线片示内固定满意

3 讨论

随着外科技术的不断提高以及骨肿瘤化疗水平的不断发展，大段异体骨移植的生物重建优势日益得到关注和重视。异体骨重建可能的并发症主要包括感染、骨不愈合、骨折、免疫排斥和内固定失败等。但异体骨重建的优势在于，它不仅能提供足够力学强度、外形和尺寸，更能提供良好的关节面以及肌肉韧带附骊点。现代骨库的建立保证了异体骨的持续和优质的供应。然而，异体骨的精确匹配和固定，尤其在涉及关节等复杂形态时仍是临床的挑战。解决这一问题的关键就在于如何快速地筛选形态相似，能够最佳匹配的异体骨。

在三维数字骨库系统中，异体骨选配可以完全在术前进行，并在计算机上进行体外的模拟装配完成验证。然后通过计算机导航技术指导术者的手术操作，将术前模拟切除和装配的手术方案在术中精确实施。本研究纳入的2例异体骨应用病例均在2012年实施，其选骨和手术操作流程与阿根廷学者在2017年报道的数字骨库操作流程方面具有较强的一致性，但实施时间与国外相比领先5年[6]。本文纳入的2例患者，选取的异体骨与肿瘤切除后的宿主骨均实现了安全的外科边界和精准的匹配安装。术后5年随访肿瘤无复发，且功能恢复良好。骨盆尤文肉瘤患者在术后随访中发现异体骨的骨吸收，以耻骨区域尤为明显，该现象可能与耻骨区域以松质骨为主的骨质结构有关，也可能与该区域的受力特点有关。胫骨异体骨移植患者在术后1年半时骨折线已经完全消失，并且核素骨扫描提示宿主骨和异体骨结合部位核素摄取，提示骨愈合。异体骨的不愈合与延迟愈合是异体骨移植的常见并发症。异体骨颗粒的填充移植被认为是一种可替代自体骨颗粒的有效手段[7]，但大段异体骨移植的并发症仍被临床医生所担忧。有报道指出，异体骨匹配不良可导致骨关节骨折，关节退变和延迟愈合或不愈合。有学者报道，异体骨假体的骨延迟愈合率可高达50%[8]，但是在匹配良好的条件下异体骨的不愈合率可低至20%[9]。国内学者冯毅等[10]在股骨中段骨肉瘤切除后异体骨重建成功的病例报道中也指出异体骨的外形修整匹配是手术成功的关键因素。因此，本研究中异体骨的精确匹配可能对异体骨与宿主骨之间的骨愈合起到积极的作用。

本研究中异体骨库系统以异体骨体积作为入库登记的主要参数指标。目前报道的登记方法主要包括人工选择，自动化体积匹配登记和自动化表面匹配登记三种方式。Ritacco等[11]比较三种登记方式后发现自动化登记的方式在尺寸参数匹配方面要明显优于人工方法，而两种自动化匹配方法之间的尺寸参数匹配方面则没有明显差异。另外一篇报道指出以体积为参数的登记方法比以平面和标志点为参数的登记方法更为精确[12]。因此，以体积为参数的登记方法是异体骨选配的可靠方案之一。此外，Zhang[4]提出在异体骨选配中采用宿主骨截骨平面标志点的镶边登记方法(bandregistration)，也比传统的表面登记和外形登记更加精确。在关节部位的异体骨选配中应当考虑关节软骨的厚度。由于CT值并不能有效区分软组织，所以就需要将CT图像和磁共振图像进行融合来获得更为精确的肿瘤三维模型。该图像融合后的模型可以用于为异体骨精确选配和进一步的术前异体骨修整。

目前，我国建有很多传统的骨库，保证了异体骨的供应。为了满足在大量异体骨中进行快速选配的要求，我院骨科于2010年在国内率先建立数字骨库。采用DICOM格式数据和Mimics软件系统建立的数字骨库系统具有便于管理、精确选配、省时快速、与计算机导航无缝对接指导手术等优势。与传统依靠术者经验的手术方式相比，数字骨库和计算机导航相结合的手术方式，可以在术中将解剖部位、假体和工具等的定位信息向术者实时传递[13]。术中的信息反馈提升使手术医生所受的透视相关射线暴露明显减少[14]。

尽管取得了数字骨科应用满意的临床效果，但是本研究依然存在一些不足。例如应用例数较少，并且只有单中心的临床应用。如果能够实现多中心数字骨库的互联，则可以进一步扩大应用范围，同时数字骨库互联后能够大幅提升骨库内异体骨的规模，从而实现更加便利和精确的选配。此外，异体骨在通过术前的计算机模拟匹配和安装后，可以在术前完成异体骨的修剪，从而大幅减少手术时间。尽管存在上述不足，但是本研究对数字骨库应用的探索仍然为今后数字骨库的应用提供了重要的实践基础和理论依据。