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研究背景恶性骨肿瘤是临床上较常见的恶性肿瘤之一,多发于青少年,其恶性程度高、发展快,治愈率低,对生命威胁大。因此对于Enneking外科分期Ⅱb以上的恶性骨肿瘤,施行截肢或关节离断是治疗的首选方法,随着化疗和影像技术的发展,保肢治疗已逐步成为主流。目前保肢治疗的手段主要有人工关节置换术、同种大块异体骨移植术以及瘤段骨灭活再植术和微波灭活术等。其中微波灭活术作为一种新的治疗方式已经引起人们的重视,该治疗不仅直接灭活骨肿瘤细胞,同时又维持了骨的支架作用,从而达到保肢的目的,但在手术过程中对微波加热范围的控制有一定难度,如果术前能够模拟微波灭活骨肿瘤病灶,明确灭活范围及安全界限,这样术中操作就能避免周围正常组织的损伤。近年来,数字医学技术与骨科临床医学紧密结合,极大地促进了骨科临床诊疗技术的发展,也极大程度的提高了手术治疗的准确性和安全性。水冷循环微波消融治疗计划系统(Cool-CircleTM Microwave Ablation Therapy Planning System, MWTps)是一虚拟数字化的软件,具有制定和分析个性化虚拟手术方案、模拟灭活病灶区域的功能,能避免术中对周围正常组织的损伤,保证手术的安全性。该软件以往多运用于软组织肿瘤的治疗,在骨肿瘤方面的运用目前尚未见报道,另其在骨组织中应用的相关参数目前尚不明确。研究目的1.探讨植入式微波灭活骨组织的消融范围和灭活界限,为MWTps在模拟骨肿瘤模型的消融范围和安全界限奠定基础。2.建立虚拟的骨肿瘤模型,模拟微波灭活确定其灭活区域,并用离体猪骨微波灭活产生的灭活区域对模拟产生灭活区域的界限进行验证。研究方法1.选择离体的正常西藏小型猪股骨63个,随机分为9组,采用植入式微波分别对干骺端和骨干部位进行消融,功率时间分别为60w/300s,70w/300s,80w/300s,90w/300s,100w/300s,100w/360s,100w/480s,100w/600s,100w/720s,微波频率为2450MHz。该步骤完成后,横行和纵行劈开猪骨,观察经消融后猪骨的大体形态学变化,刻度尺分别测量灭活区长直径及短直径,并在灭活区内每间隔5mm选取标本送光镜及电镜检查,同时取周围以远区正常骨组织作为对照组。2.实验将10个猪股骨经CT扫描后,扫描层厚0.1mm,分别导入MWTps,在该系统中建立实验资料,对原始图像进行Z值排序,虚拟骨肿瘤的模型(在骨的干骺端虚拟一大小为2.8×1.9×1.5cm形态的肿瘤模型),根据虚拟肿瘤的形态在所有断层勾画出其边界,选择目标点、穿刺点和穿刺角,通过第一部分实验得出的灭活范围数据对软件进行设置,分别采用60w/300s,70w/300s,80w/300s,90w/300s,100w/300s,100w/360s,100w/480s,100w/600s,100w/720s工作,相比较后选择最佳的的功率、时间组进行剂量计算(Dose computation),使得计算出的灭活区域刚好能覆盖虚拟骨肿瘤,在其模拟计算出的灭活区域内外标记12个点并编号。依据上述技术参数在实体猪股骨中进行微波灭活,随后沿消融针的针道方向劈开猪骨,对应上述标记的编号在实体猪股骨相对应的位置取标本送电镜检查,观察其在电镜下的状态并将其与模拟组相对应的标本号作比较,比较两者之间灭活区域的差异。研究结果1.植入式微波灭活在不同功率下灭活的形态基本恒定,大体观察在纵轴面上呈类椭圆形,横轴面上呈类圆形,观察到灭活的中心黑色区域为凝固区,黑色周围的灰色为凝固周围区,灰色周围正常组织的颜色为周围以远区。在松质骨部分工作60w/300s产生的消融体积为2.8×1.8×1.5cm,70w/300s产生的消融体积为3.0×2.2×1.8cm,80w/300s产生的消融体积为3.3×2.6×2.9cm,90w/300s产生的消融体积为3.7×3.4×3.0cm,100w/300s产生的消融体积为4.1×3.6x3.2cm。100w/360s产生的消融体积为4.1×2.9×2.6cm,100w/480s产生的消融体积为4.2×4.1×3.8cm,100w/600s产生的消融体积为4.2×4.0×4.0cm,100w/720s产生的消融体积为4.2×4.2×4.0cm。微波灭活范围在相同时间条件下随着功率的增加而明显增大,且在相同功率条件下随着灭活时间的延长而明显增大,各组间差异显著(P<0.01)。而在皮质骨部分发现由于受骨干管腔直径的限制,灭活的范围并没有随着功率时间的变化而变化,但在骨干经纵劈后灭活的长直径是随着功率时间的增加而增加,各组间直径距离的比较差异显著(P<0.01),60w300s长直径距离为1.7cm,70w300s长直径距离为1.9cm,80w300s长直径距离为2.1cm,90w300s长直径距离为2.2cm,100w300s长直径距离为2.4cm,100w360s长直径距离为2.5cm,100w480s长直径距离为2.6cm,100w600s长直径距离为3.0cm,100w720s长直径距离为3.0cm。凝固区、凝固周围区及周围以远区的骨组织在光镜下未见明显区别,但电镜下可见凝固区及凝固周围区的骨组织骨细胞核消失、空泡化,呈现完全坏死,而周围以远区的骨组织可见到正常的骨细胞及周边正常的胶原纤维。2.通过MWTps对于大小为2.8×1.9×1.5cm的虚拟肿瘤模型进行微波灭活,选择微波功率为80w作用时间为300s,进针点为股骨外侧,距股骨远端软骨面为5.2cm,距同侧股骨前髁的距离为4.2cm,进针角度为71.1°(即消融针的方向与该层面矢状线的夹角),进针深度为2.9cm,计算出的肿瘤覆盖率为100%,此时是完成这一覆盖率的最小功率时间组。沿着消融针的针道方向劈开猪骨后大体观察可见中间黑色的凝固区及周围灰色的凝固周围区。观察在MWTps模拟灭活虚拟骨肿瘤中共有6个点在消融灭活区域以内,但在实体猪骨消融灭活的结果中发现有5-8个猪骨标本在灭活的区域内。通过统计学比较可知实体猪股骨微波灭活送检的标本结果与计算机模拟组相应位置的结果基本吻合(Z=-0.632,P=0.527),两组间的比较没有统计学差异。结论1.通过植入式微波灭活离体骨组织获得了不同功率、时限条件的灭活范围参数；2.在MWTps虚拟的骨肿瘤模型中,模拟微波灭活操作明确了微波消融针插入的位置、深度、角度,确定其灭活区域,与微波灭活实体猪股骨产生的灭活区域是一致的,为精确、安全地灭活骨肿瘤奠定技术基础。