四肢骨肉瘤保肢術后假體斷裂個性化翻修 10例報告

趙志強 金青林 莫嘯林 王永謙 謝顯彪 鄒昌業 尹軍強 黃綱 沈靖南

骨肉瘤是目前兒童與青少年最常見的原發性惡性骨腫瘤之一，其發病率在青少年時期達到一個高峰[1]。骨肉瘤好發于四肢長骨的干骺端，其中股骨40%，脛骨 20%，肱骨 10%，發生率排前三的部位分別是股骨遠端、脛骨近端及肱骨近端，而中軸骨的發生率不足 10%[2-5]。據統計，在中國人群中，發生于股骨與脛骨的骨肉瘤占所有惡性骨腫瘤的62%[6]。隨著新輔助化療的出現，結合保肢手術及術后輔助化療，四肢無肺轉移骨肉瘤患者的 5年生存率可達 70%[7]。

作為四肢骨肉瘤治療的核心，隨著保肢手術的開展及成熟，腫瘤型假體置換成為保肢手術最主要的方法之一，其術后恢復快，外觀較為良好，受到眾多醫生患者的肯定[8-10]。據報道，在四肢骨肉瘤患者中，超過 90% 的患者選擇保肢手術，且保肢手術患者的 5年生存率與 MSTS 評分均顯著高于行截肢手術的患者[11-12]。然而，腫瘤型膝關節假體置換術后假體相關并發癥的發生率也不容樂觀，約 25% 保肢手術患者經歷假體相關并發癥。自初次腫瘤型膝關節假體置換術，術后3年假體存留率為 88.24%，術后5年存留率為 74.87%[13]。

假體相關并發癥主要包括假體周圍骨折、假體松動、假體斷裂、假體周圍感染等，其中發生率最高的并發癥為假體無菌性松動，發生率 2%～17%。假體斷裂的發生率為 2.2%～5.8%[13]。雖然假體斷裂的發生率在整個假體相關并發癥中的比例略低于無菌性假體松動，但其對患者及家屬來說是災難性的結局，因為假體斷裂嚴重影響患者的下肢穩定性及功能，顯著降低患者的生存質量。

如今，假體大翻修即更換所有固定于骨上的假體是治療假體斷裂的主要手術方式。然而，膝關節大翻修手術效果比初次全膝關節置換術要差，常合并較多并發癥，增加醫療成本[14]。隨著 CAD 技術和 3D 打印技術的發展，臨床上逐漸開始采用個性化定制膝關節假體。即根據患者膝關節周圍骨量實現個性化定制，從而解決肢體功能重建中不等長以及大段骨缺損等問題[15]。而且在翻修過程中，未松動的髓腔內假體柄取出困難，尤其對于假體柄斷裂患者，往往需要輔助的骨窗清理骨水泥，取出斷裂的假體柄[16-18]。近期，本中心采用個性化翻修手術治療 10例，現報告如下。

資料與方法

一、基本資料

本研究 10例為我院收治的連續病例。其中男5例，女5例；年齡為 17～56歲，平均 30.4歲；原發病灶位于股骨遠端者 7例，脛骨近端者 3例。其中4例假體斷裂部位位于股骨端假體柄下段，1例位于股骨端假體柄中段，1例位于股骨端假體柄上段，2例位于脛骨端假體上段，1例位于股骨端假體柄 - 基底部交界處，1例位于股骨端假體外側踝面。翻修手術方式包括更換假體、更換長柄假體、更換彎柄假體、加用鋼絲張力帶、加用鋼板螺釘與異體骨移植及定制套籠式假體等。本組 10例在治療前、治療后隨訪、翻修術前、翻修術后皆有進行詳細的影像學診斷 ( 表1 )。

表1 本組 10例骨肉瘤患者的基本資料Tab.1 Baseline data of 10 patients

二、手術方法

按原手術切口取膝關節前內側手術入路，顯露假體，用大量生理鹽水和安多福溶液沖洗假體周圍后，將人工膝關節脫位，用超聲骨水泥刀和或小軟鑿插入髓腔擊碎骨水泥，反復敲擊打拔后取出髓腔內斷裂的假體，取盡髓腔內殘留骨水泥。透視或內鏡輔助以確認骨水泥已取凈后，反復沖洗創面及髓腔。骨髓腔內重新灌注含抗生素的骨水泥，取定制型人工膝關節假體柄插入處理后髓腔內，旋緊假體周圍的固定螺釘或鋼絲捆綁，確保假體固定牢靠。復位膝關節，假體穩定性良好，雙下肢長度與翻修前基本一致。

例2、4、6 根據股骨缺損的情況及定制的人工關節裁截好異體骨塊，與定制假體組合成復合假體置入股骨髓腔，后予鋼絲張力帶進一步加強固定，例9 假體柄無松動，取出困難，將定制套籠式假體插入斷端，并于外側應用鋼板螺釘進一步加強固定。例10 將假體更換后將 3D 打印環置入至假體柄基底部與股骨間，以促進骨長入及愈合。例2、例4、例7、例10，4例假體柄股骨端斷裂部分與股骨髓腔結合緊密，沿髓腔鑿骨水泥，反復敲打仍難以取出。遂于股骨近端開窗，顯露假體髓內柄近端，使用超聲骨水泥刀由股骨近端向遠端清除髓腔內的骨水泥，使用擴髓針于假體柄尖端由近端向遠端反復敲打，順利將假體柄打出髓腔。例6 仍不能打出，遂再于殘留股骨中段開窗，并擴大近端股骨窗，使用骨水泥刀清除髓腔內的骨水泥，反復敲打，成功取出髓腔內斷裂的假體柄。

結 果

本組10例均順利完成翻修手術，切口均一期愈合，無血管神經損傷、切口裂開和延遲愈合、感染等手術相關并發癥發生。末次隨訪時間為 2020年11月20日，平均隨訪 ( 26.23±21.03 )個月，隨訪期間內未發生再次斷裂，假體周圍骨折等假體并發癥。翻修后雙下肢等長，下肢功能恢復良好。翻修術后MSTS 評分為 ( 23.3±1.3 ) 分。本組10例中，例2與例8為較為典型的假體柄中下段斷裂患者，對于該種發生率較高的股骨柄斷裂，個性化的假體翻修手術效果良好，療效確切。

本組中，例7與例10，翻修術中應用超聲骨刀取出骨水泥，手術時間各為 6 h、3.5 h，較應用傳統骨水泥鑿清除骨水泥手術時間明顯縮短。2例采用內鏡輔助下探查髓腔內骨水泥殘留情況，相較于 X 線影像，能更準確定位髓腔內骨水泥位置，以及能更徹底清除髓腔內殘留骨水泥。

典型病例

例2，男，22歲，因“左大腿疼痛 3月余”入院，術前 X 線片顯示假體股骨柄中段斷裂，內側骨塊開裂，予行個性化假體翻修手術。手術中關鍵的步驟為采用股骨開窗與骨水泥刀將髓內假體股骨柄敲出，更換與其髓腔更適配的長柄定制假體，并用鋼絲捆扎使骨折片及開窗的骨片復位固定。術后X線片見假體位置良好，鋼絲捆扎固定可靠 ( 圖1 )。術后8周起行部分負重康復治療，目前患者下肢功能恢復良好，MSTS 評分為 24 分 ( 表2 )。

表2 本組 10例骨肉瘤患者隨訪結果Tab.2 Follow-up data of 10 patients

圖1 例2，男，22歲，左膝關節腫瘤型假體斷裂翻修 a、b：翻修前 X 線片，股骨假體柄中段斷裂；c、d：翻修術后X 線片，假體位置良好，鋼絲固定牢固可靠Fig.1 Male, 22 years old. Revision of tumor endoprosthesis fracture of the left knee a - b: X-ray imaging before revision showed fracture of the middle part of the stem; c - d: X-ray imaging after revision showed the position of the prosthesis was good and the steel wire was fixed firmly

例4，男，21歲，因“站立不穩 2月余”入院，術前 X 線片顯示假體柄尖端鎖定螺釘斷裂，假體柄穿破骨質，予行個性化假體翻修手術。手術中關鍵步驟為更換成彎柄股骨近端假體，將其插入股骨頸內髓腔，取大段異體骨劈開后植在假體柄與殘留骨質周圍并用鋼絲捆扎固定。術后X 線片見假體位置良好，異體骨固定可靠 ( 圖2 )。術后8周起行部分負重康復治療，目前患者下肢功能恢復良好，MSTS 評分為 24 分 ( 表2 )。

例6，女，25歲，因“外傷后左大腿疼痛伴功能障礙 1月余”入院，術前 X 線片顯示假體柄下段斷裂，假體柄松動，予行個性化假體翻修手術。手術中關鍵的步驟為采用股骨近端開窗與骨水泥刀將髓內假體股骨柄敲出，更換與其髓腔更適配的長柄定制假體，于假體周圍股骨缺損處利用大段異體骨覆蓋并用單皮質釘及鋼絲捆扎固定。術后X 線片見假體位置良好，鋼絲捆扎及螺釘固定可靠 ( 圖3 )。術后7周起行部分負重康復治療，目前患者下肢功能恢復良好，MSTS 評分為 24 分 ( 表2 )。

圖2 例4，男，21歲，右膝關節腫瘤假體翻修術 a、b：翻修前 X 線片，假體柄尖端螺釘斷裂，假體柄穿破骨質；c、d：翻修術后X 線片見假體位置良好，鋼絲固定牢固Fig.2 Male, 21 years old. Revision of tumor endoprosthesis fracture of the right knee a - b: X-ray imaging before revision showed the screw at the top of the stem was broken, and the stem penetrated the bone; c - d: X-ray imaging after revision showed the position of the prosthesis was good and the steel wire was firmly fixed

圖3 例6，女，25歲，左膝關節腫瘤假體斷裂翻修 a、b：翻修前 X 線片，假體柄下段斷裂，假體柄松動；c、d：翻修術后X 線片見假體位置良好Fig.3 Female, 25 years old. Revision of tumor endoprosthesis fracture of the left knee a - b: X-ray imaging before revision showed the lower part of the stem was broken with loosening; c - d: X-ray imaging after revision showed the position of the prosthesis was good

例8，男，56歲，因“摔傷后大腿下段疼痛并畸形 14年，加重 1月余”入院，術前 X 線片顯示假體股骨柄遠段斷裂，膝關節后方有巨大腫物，我院為該患者實施個性化假體翻修手術并切除膝關節后腫物 ( 病理為骨化性肌炎 )。術中，取出假體柄后換用適配患者髓腔的定制長柄假體，并置入定制 3D 打印環，取自體骨植于 3D 打印墊片與股骨端接觸處。術后X 線片見假體位置良好，患者雙下肢基本等長( 圖4 )。術后6周開始部分負重康復治療，下肢功能恢復良好，MSTS 評分為 23 分 ( 表2 )。

例9，男，26歲，因“右脛骨骨肉瘤術后9年，扭傷致右小腿腫痛 1月”入院。術前 X 線片顯示脛骨假體基底部斷裂成角，脛骨近端骨質吸收及破壞，但髓腔內假體柄未見松動跡象。術中清除假體周圍黑色金屬顆粒及瘢痕組織后，脛骨髓腔內假體柄取出困難。術前設計外側可固定鋼板螺釘的套籠式脛骨近端假體，將脛骨近端套入假體柄骨外節段內并外側鋼板單皮質固定。術后4個月可見膝關節假體在位，無明顯移位、斷裂，假體周圍骨質未見吸收 ( 圖5 )，之后4周開始部分負重康復訓練，直至功能恢復到可，MSTS 評分為 23 分 ( 表2 )。

圖4 例8，男，56歲，右膝關節腫瘤假體翻修術 a：翻修前 X 線片見假體股骨柄下段斷裂以及后方巨大腫物 ( 骨化性肌炎 )；b、c：翻修后X 線片見假體位置良好，雙下肢基本等長Fig.4 Male, 56 years old. Revision of tumor endoprosthesis fracture of the right knee a: X-ray imaging before revision showed the lower segment of the femoral stem was broken and the posterior huge mass ( myositis ossificans ); b - c: X-ray imaging after revision showed the position of the prosthesis was good and the lower limbs were basically equal in length

圖5 例9，男，26歲，右膝關節腫瘤假體翻修術 a：翻修前 X 線片見脛骨假體基底部斷裂成角以及假體柄基底部周圍骨質吸收；b：術中見脛骨假體基底部斷裂；c：術中更換個性化定制套籠式脛骨端假體并于外側行鋼板螺釘內固定加固；d：翻修后X 線片見假體位置良好Fig.5 Male, 26 years old. Revision of tumor endoprosthesis fracture of the right knee a: X-ray imaging before revision showed the fracture of tibial prosthesis was angled and the bone was absorbed around the base of the stem; b: The base of the tibial prosthesis was broken; c: The personalized cage type prosthesis was replaced and internal fixation was performed with lateral plate; d: X-ray imaging after revision showed the prosthesis was in a good position

例10，女，23歲，因“左股骨骨肉瘤術后3年，左大腿疼痛 1年余”入院。術前 X 線片顯示假體股骨柄遠端斷裂，斷端周圍骨質缺損，近端假體柄松動，骨質少量吸收。術中利用超聲骨水泥刀將斷裂假體柄及周圍骨水泥取出。利用超聲骨水泥刀及刮匙清理髓腔內骨水泥，內鏡系統輔助探查髓腔內骨水泥殘留情況，反復清洗后更換組配式假體，并于假體柄套入 3D 打印墊片。術后X 線片見假體位置良好 ( 圖6 )，術后6周起行部分負重康復治療，下肢功能尚未恢復完全，無明顯疼痛等不適，MSTS 評分為20 分 ( 表2 )。

討 論

假體斷裂為保肢術后嚴重的假體相關并發癥，有研究報道假體斷裂的發生率為 2.2%～5.8%[19]。根據 Henderson 等[20]的研究，在膝關節假體置換術后的并發癥中，感染占 34.1%，軟組織損傷占 12.0%，無菌性松動占 19.1%，假體斷裂的占比與發生率分別為 17.4% 與 4.3%；在 Zhang 等[21]的研究中，假體斷裂在假體相關并發癥中的占比為 9.5%，發生率為 1.9%；根據覃澍與董揚[13]的研究，假體斷裂在膝關節假體置換術后假體相關并發癥中占 8.5%，發生率為 2.14%；筆者的先前研究統計，本中心收入并進行保肢手術的骨肉瘤患者中，假體斷裂在術后并發癥中的占比為 11.9%，發生率為 4.2%，與其它中心的假體斷裂比例和發生率處于同一水平，提示本組病例使用的假體質量與其它中心使用的假體質量相差無幾[22]。

一、假體斷裂的主要原因

1. 假體疲勞：疲勞破壞則是由應力較高的局部開始，形成損傷并逐漸累積，最終導致破壞發生。疲勞破壞是在足夠多次的擾動載荷作用下形成裂紋或完全斷裂[8]，本組例1、例2、例4、例5、例7 假體生存時間長，斷裂前未受明顯外傷，屬于假體疲勞導致的假體斷裂。

圖6 例10，女，23歲，左膝關節腫瘤假體翻修術 a：翻修前 X 線片見股骨假體柄下段周圍骨質吸收并假體斷裂；b：術中見股骨假體柄下段部斷裂；c：術中更換新股骨端假體并于假體與股骨連接處置入 3D 打印環以促進骨長入；d：翻修后X 線片Fig.6 Female, 23 years old. Revision of tumor endoprosthesis fracture of the left knee a: X-ray imaging before revision showed that the bone around the base of the stem was absorbed with a broken stem; b: The fracture of the lower part of the stem during the operation; c: The new endoprosthesis was replaced during the operation and the 3D-printing ring was placed into the connection between the prosthesis and the femur to promote bone growth; d: X-ray after revision

2. 應力不均或應力遮擋：根據王冀川等的研究，假體體柄交接部、旋轉鉸鏈軸、股骨假體柄周圍是常見的斷裂發生部位[14]，也是常見應力較為集中的部位[23-28]。在王冀川等[15]的研究中，7例假體斷裂患者中5例為假體體柄交接處斷裂，2例為旋轉鉸鏈軸斷裂；李棟等[29]的研究中，4例假體斷裂患者中3例發生假體柄斷裂；本組 10例中，6例發生假體柄斷裂?？梢钥闯黾袤w體柄交接處、旋轉鉸鏈軸與假體柄確實為斷裂發生的主要部位，而在不同研究中斷裂主要發生部位的不同，可能與假體類型的不同導致應力集中部位的不同有關。外傷和不恰當的使用假體可導致旋轉鉸鏈組件的聚乙烯襯墊額外磨損，繼而導致應力的不均勻分布及旋轉組件的損傷，反之又進一步加重對聚乙烯襯墊的破壞，最終導致假體斷裂。在本研究中，例3、例6、例8、例9 在假體斷裂前曾受跌倒、扭傷、外傷，屬于外傷所致應力的不均并最終導致假體斷裂。

3. 假體柄直徑：有研究提示假體柄直徑 ＜13 mm 是假體柄折斷的高危因素[30-31]。本研究中兒童股骨髓腔較成人細，假體柄直徑受限，大多數患兒腫瘤型假體柄直徑均 ＜ 13 mm[13]。還有研究報道，假體柄直徑越大，抗應力能力隨之加強，截面直徑的微小增加即可顯著增加其抗彎強度[32]。

4. 手術放置失誤：在手術中安放的角度不當，股骨柄末端缺乏中置器[33-35]，骨水泥的放置不合理等都會造成假體應力的改變，隨著活動量的增加，當應力突然改變或超過金屬的耐受力時，即發生金屬柄的斷裂。

5. 手術軟組織重建困難及缺少骨支撐：由于惡性腫瘤局部破壞廣泛，瘤段切除造成骨缺損較大，與宿主骨固定的髓腔柄短以及缺少重要肌肉的附著點。目前所用假體多為加長型人工關節，杠桿力量大同時缺乏周圍軟組織固定，易發生假體松動和關節功能受限。傳統非腫瘤型假體全膝關節置換術( TKA ) 對軟組織的損傷較小，其假體相關并發癥的發生率為 17%[36]，而膝關節骨肉瘤保肢手術對軟組織的損害較大，其假體相關并發癥的發生率為27.4%～44.2%，顯著高于傳統非腫瘤型假體 TKA 術后的假體相關并發癥發生率[20]。

6. 假體材料：人工假體在人體運動時，除了環境介質的作用，同時還有應力的作用，即使高強、耐腐蝕的鈦合金，也有可能因應力作用及斷裂，所以假體材料的選擇還應該考慮在人體體內條件下應力腐蝕、疲勞和腐蝕疲勞問題。另外一個原因則是鈦合金中各種元素比例的不合格，使合金的脆性增加等，都可以縮短假體的壽命[14]。鈦合金假體的彈性模量也非常重要，有研究指出，使用接近于人類骨骼彈性模量 ( 10～40 Gpa ) 的鈦合金植入物可以顯著提高假體生存率，提高植入物的穩定性[37]。因此，理想的腫瘤型膝關節假體，既要有強度抗折斷，又要有一定彈性以更好地與正常骨相結合[14,38]。

二、個性化設計的原則

取原手術切口并作適當延長，先取出股骨端假體柄，徹底刮除和清除假體周圍的反應組織，仔細對假體周圍的軟組織進行松解至正常的軟組織，分別安裝全新的股骨假體和脛骨假體。筆者借鑒參考了主流的膝關節腫瘤型假體斷裂的翻修手術方法，同時根據每位患者的具體情況進行個性化的手術方案設計，以改善每位患者的治療效果。這些個性化設計包括：( 1 ) 更換長柄；( 2 ) 調整假體柄弧度；(3) 加用鋼絲張力帶；( 4 ) 加用大塊異體骨；( 5 ) 加用鋼板螺釘固定；( 6 ) 加入 3D 打印界面；( 7 ) 套籠式假體等。

三、選擇個體化治療方式的原則

( 1 ) 發生骨折或假體與骨質間有較大缺損的，宜使用異體骨進行修補，異體骨可建立良好的軟組織及肌腱附著，從而改善關節穩定性、增加骨量，從而減少假體斷裂的發生。加用鋼絲張力帶固定異體骨與碎骨，加強骨長入，幫助骨折愈合；( 2 ) 于外傷、墜落等外力因素導致的斷裂，若患者骨骼情況良好，可僅更換相同假體；(3) 假體柄牢固，充分利用骨水泥刀，設計多種刀頭適應有限空間 ( 髓腔 ) 內的操作，使用骨開窗及骨水泥刀后仍難以取出的，可使用套籠式假體。

骨腫瘤患者行保肢手術后，骨水泥常處于髓腔內較深的部位，使用傳統方法進行骨水泥取出不僅效率低下，甚至容易損傷正常的骨皮質。如何在翻修斷裂的膝關節假體時更高效安全地清除骨水泥是該手術值得思考改進的主要方向之一。如今，在膝關節腫瘤型假體翻修手術中可使用超聲骨水泥刀并在內鏡輔助下進行骨水泥的敲除取出，與傳統的骨水泥清除方法相比，使用超聲骨水泥刀與內鏡可以準確定位骨水泥的位置，減少正常骨量的丟失，而且操作快捷，可以顯著節約手術時間。3D 打印技術也在骨腫瘤外科手術中應用的越來越廣泛[39]，在翻修手術時可在假體柄與骨皮質間加用定制 3D 打印環以促進骨愈合，且有望降低翻修術后假體松動，骨質吸收等并發癥[40-42]。

根據筆者先前的研究，患者在膝關節腫瘤型假體翻修術后1年的 MSTS 評分為 ( 23.43±2.56 ) 分[43]；李遠等[44]報告 3例兒童膝關節骨腫瘤假體翻修術后的 MSTS 評分分別為 24、24、20 分。本組 10例翻修術后的 MSTS 評分為 ( 23.3±1.3 ) 分，與其它中心的翻修術的療效相當。

綜上所述，針對每位假體斷裂患者原進行不同方案的個性化翻修手術，效果良好，患者下肢功能恢復滿意。本研究的不足是樣本量有限。因此，治療方案的療效、并發癥和注意事項等均有待長時間隨訪明確。