3D打印技術(shù)在修復(fù)骨缺損中的應(yīng)用探討

史保慶

廈門市第五醫(yī)院骨科，福建廈門361000

3D打印技術(shù)在修復(fù)骨缺損中的應(yīng)用探討

史保慶

廈門市第五醫(yī)院骨科，福建廈門361000

目的探討3D打印技術(shù)在四肢創(chuàng)傷骨缺損中的應(yīng)用價(jià)值。方法選擇我院骨科未開展3D打印技術(shù)期間（2012年12月～2013年12月）收治的創(chuàng)傷性四肢骨缺損的患者56例作為對(duì)照組，開展3D打印技術(shù)期間（2014年1月～2015年1月）收治的創(chuàng)傷性四肢骨缺損的患者45例作為觀察組，比較兩組患者的手術(shù)時(shí)間、術(shù)中出血量、治療效果及術(shù)后不良反應(yīng)的發(fā)生情況。結(jié)果觀察組患者的手術(shù)時(shí)間及術(shù)中出血量明顯少于對(duì)照組，治療效果的優(yōu)良率為93.33%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于對(duì)照組的69.64%，不良反應(yīng)的發(fā)生率為11.11%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于對(duì)照組的19.64%，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。結(jié)論3D打印技術(shù)能夠?qū)颊叩乃闹侨睋p情況進(jìn)行明確的判斷和分析，使修復(fù)效果達(dá)到最佳，值得在臨床中廣泛應(yīng)用。

3D打印技術(shù)；四肢創(chuàng)傷；骨缺損；匹配度；植入體

創(chuàng)傷性四肢骨缺損是臨床常見的骨缺損類型，其臨床治療的關(guān)鍵是選擇合適的植入組織來替代缺損的組織以重塑組織結(jié)構(gòu)的完整性［1，2］。由于創(chuàng)傷原因造成的骨缺損，其缺損形式多種多樣，具有較高的不規(guī)則性，常常造成植入組織與缺損部位不匹配，需要進(jìn)行多次反復(fù)的塑形與匹配，直接導(dǎo)致手術(shù)時(shí)間延長(zhǎng)，無法達(dá)到較滿意的預(yù)期效果［3-5］。隨著影像學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，3D打印技術(shù)逐漸在臨床廣泛應(yīng)用，其優(yōu)點(diǎn)在于能夠?yàn)榛颊咧贫ê线m的植入體，對(duì)手術(shù)過程進(jìn)行準(zhǔn)確的模擬，降低手術(shù)的難度和復(fù)雜性，使植入體與缺損區(qū)的匹配度達(dá)到最高［6-8］。本文就3D打印技術(shù)在四肢創(chuàng)傷骨缺損中的應(yīng)用價(jià)值進(jìn)行探討，旨在探討科學(xué)合理的治療手段，現(xiàn)報(bào)道如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選擇我院骨科未開展3D打印技術(shù)期間（2012年12月～2013年12月）收治的創(chuàng)傷性四肢骨缺損的患者56例作為對(duì)照組，其中男34例，女22例，年齡33～65歲，平均（39.14±0.78）歲。上肢骨缺損33例，下肢骨缺損23例，按照Schatzker分型可分為：Ⅱ型6例，Ⅲ型29例，Ⅳ型21例。平均骨缺損長(zhǎng)度為（8.0±1.2）cm，軟組織平均缺損面積為10 cm×5 cm。將開展3D打印技術(shù)期間（2014年1月～2015年1月）收治的創(chuàng)傷性四肢骨缺損的患者45例作為觀察組，其中男25例，女20例，年齡在32～60歲，平均（38.26±1.27）歲。其中上肢骨缺損19例，下肢骨缺損26例。按照Schatzker分型可分為：Ⅱ型7例，Ⅲ型21例，Ⅳ型17例。平均骨缺損長(zhǎng)度為（7.0±2.4）cm，軟組織平均缺損面積為9 cm×6 cm。在所有患者知情同意的前提下，對(duì)照組患者術(shù)前未應(yīng)用3D打印技術(shù)，觀察組患者術(shù)前應(yīng)用3D打印技術(shù)。兩組患者在年齡、性別、缺損部位和程度等方面比較，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05），具有可比性。

1.2 治療方法

對(duì)照組進(jìn)行常規(guī)手術(shù)修復(fù)骨缺損：檢查患者的生命體征，觀察傷口部位、污染情況及缺損情況，進(jìn)行常規(guī)的X線片檢查，判斷骨缺損的程度及短縮的長(zhǎng)度?；贾弥寡獛С錃庵寡瑥氐浊鍎?chuàng)，用碘伏紗布填充創(chuàng)面。在骨折部位進(jìn)行切開復(fù)位并進(jìn)行內(nèi)固定，恢復(fù)正常的骨骼長(zhǎng)度，保持力線。在X線透視下，打入克氏針，將力線對(duì)位準(zhǔn)確后，用外固定架進(jìn)行固定。觀察組患者應(yīng)用3D打印技術(shù)，進(jìn)行骨缺損修復(fù)，具體方法如下。

1.2.1 3D打印在進(jìn)行修復(fù)手術(shù)之前對(duì)患者進(jìn)行常規(guī)X線檢查和CT掃描，并且記錄和保存骨缺損圖像，將CT掃描獲得的數(shù)據(jù)錄入Mimics16.0系統(tǒng)中，經(jīng)過處理，構(gòu)建骨骼的三維模型，而后應(yīng)用MakeWare軟件，將構(gòu)建的模型轉(zhuǎn)換為3D打印機(jī)可以應(yīng)用的文件格式代碼，利用SD數(shù)據(jù)卡，將打印信息傳遞給打印機(jī)，隨后，打印機(jī)通過將生物降解塑料材料聚乳酸（PLA）溶解成細(xì)絲，由噴頭噴出，然后積累成型，得到1：1的骨骼模型，留待手術(shù)備用。

1.2.2 修復(fù)過程對(duì)構(gòu)建的3D模型進(jìn)行全面分析和觀察，利用3D測(cè)量工具，對(duì)骨折塊的分離距離、關(guān)節(jié)面塌陷程度及缺損范圍進(jìn)行精確測(cè)量，然后進(jìn)行手術(shù)模擬，包括選擇手術(shù)入徑、切口的暴露范圍、骨折的復(fù)位、鋼板的復(fù)位位置、鋼板的最佳匹配度、螺釘長(zhǎng)度及進(jìn)入方向等，在術(shù)前進(jìn)行逼真的手術(shù)模擬和操作。術(shù)中根據(jù)實(shí)體模型對(duì)植入物進(jìn)行預(yù)彎和調(diào)整，將骨折部位完全暴露，與實(shí)體進(jìn)行比對(duì)。為手術(shù)提供可靠的依據(jù)。術(shù)后常規(guī)應(yīng)用抗生素預(yù)防感染，及時(shí)進(jìn)行康復(fù)鍛煉。

對(duì)兩組患者進(jìn)行1年的隨訪，囑患者每半年來醫(yī)院復(fù)查一次植入物的恢復(fù)情況及患者自身骨骼的生長(zhǎng)發(fā)育狀況。

1.3 觀察指標(biāo)

比較兩組患者的手術(shù)時(shí)間、術(shù)中出血量、治療效果及不良反應(yīng)的發(fā)生情況。

1.4 臨床效果評(píng)價(jià)

患者無疼痛，四肢能夠進(jìn)行正?；顒?dòng)，且關(guān)節(jié)的活動(dòng)范圍在75%以上，經(jīng)X線檢查，提示無明顯的骨性關(guān)節(jié)炎或者關(guān)節(jié)腔的狹窄和硬化，表示為優(yōu)；患者有輕微的疼痛，能夠進(jìn)行基本的活動(dòng)，且關(guān)節(jié)的活動(dòng)范圍在50%以上（含50%），經(jīng)X線檢查，提示有關(guān)節(jié)腔的狹窄和關(guān)節(jié)面的硬化，并且有骨贅形成，表示為良；患者有中度疼痛，四肢活動(dòng)輕度異常，且關(guān)節(jié)的活動(dòng)范圍在50%以下，經(jīng)X線檢查提示，有明顯的關(guān)節(jié)腔狹窄和關(guān)節(jié)面的硬化，并且有大量的骨贅形成，表示為可；患者疼痛十分明顯，四肢功能異常，且有嚴(yán)重的關(guān)節(jié)畸形伴僵硬，X線提示有十分嚴(yán)重的關(guān)節(jié)炎性改變，表示為差［9］。

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

2 結(jié)果

2.1 兩組患者手術(shù)時(shí)間、術(shù)中出血量的比較

觀察組患者的平均手術(shù)時(shí)間及術(shù)中出血量均明顯少于對(duì)照組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05），見表1。

表1 兩組患者手術(shù)時(shí)間及術(shù)中出血量比較（±s）

表1 兩組患者手術(shù)時(shí)間及術(shù)中出血量比較（±s）

組別n手術(shù)時(shí)間（min）術(shù)中出血量（mL）觀察組對(duì)照組t值P 45 56 102.7±10.6 237.2±24.5 9.247＜0.05 502.8±10.4 838.7±14.8 8.713＜0.05

2.2 兩組患者治療效果比較

觀察組患者治療效果為優(yōu)37例，良5例，優(yōu)良率為93.33%，明顯高于對(duì)照組的69.64%，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05），見表2。

表2 兩組患者治療效果比較

2.3 兩組患者術(shù)后并發(fā)癥比較

修復(fù)術(shù)后常見的并發(fā)癥主要有切口感染、骨折不愈合、內(nèi)固定松動(dòng)、植入物斷裂、切開再修復(fù)等。觀察組術(shù)后并發(fā)切口感染1例，內(nèi)固定松動(dòng)2例，骨折不愈合1例，植入物斷裂1例，并發(fā)癥的發(fā)生率為11.11%，低于對(duì)照組的19.64%，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05），見表3。

2.4 典型病例內(nèi)固定治療圖片

見圖1。

圖1男性患者，45歲，脛骨平臺(tái)粉碎性骨折，內(nèi)固定治療

表3 兩組患者術(shù)后并發(fā)癥比較

3 討論

3D打印技術(shù)是利用材料層層疊加的原理，根據(jù)預(yù)先設(shè)計(jì)好的模型結(jié)構(gòu)而制造出所需要物質(zhì)的技術(shù)，具有較強(qiáng)的綜合性和應(yīng)用性。在臨床治療創(chuàng)傷性骨缺損的過程中，通過手術(shù)治療對(duì)患者的缺損組織進(jìn)行修復(fù)，以保持骨組織的完整性和正常的生理功能，因此選擇匹配度較高的修復(fù)材料，在手術(shù)治療過程中，具有十分重要的作用［10］。將3D打印技術(shù)應(yīng)用于骨缺損的修復(fù)中，能夠迅速制備所需要的仿生人工骨組織，并且可以保證其外形與微觀結(jié)構(gòu)與患者的缺損部位的匹配度，從而有效解決傳統(tǒng)修補(bǔ)術(shù)由于植入物不匹配而需要在術(shù)中進(jìn)行多次塑形的問題［11，12］。

從表1中可以看出，通過應(yīng)用3D打印技術(shù)，觀察組患者的手術(shù)時(shí)間及術(shù)中出血量均明顯少于對(duì)照組，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05），說明3D打印技術(shù)通過在術(shù)前對(duì)手術(shù)過程進(jìn)行科學(xué)精確的規(guī)劃，能夠有效避免術(shù)中反復(fù)預(yù)彎鋼板以及反復(fù)測(cè)量螺釘?shù)拈L(zhǎng)度，從而可以明顯縮短手術(shù)時(shí)間，減少患者的出血量。從表2中可以看出，觀察組患者治療的優(yōu)良率為93.33%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于對(duì)照組的69.64%，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05），說明通過3D打印技術(shù)，可以為患者制定出匹配度最高的植入物和最佳的治療方案，為臨床手術(shù)治療提供準(zhǔn)確全面的數(shù)據(jù)，增加了手術(shù)成功的幾率，可以大大提高其治療效果。從表3中可以看出，觀察組患者的術(shù)后并發(fā)癥的發(fā)生率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于對(duì)照組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05），說明3D打印技術(shù)在縮短手術(shù)時(shí)間的過程中，減少了傷口的暴露時(shí)間，從而降低了切口感染的機(jī)會(huì)，并且在術(shù)前通過對(duì)手術(shù)進(jìn)行精確地規(guī)劃和模擬，使手術(shù)達(dá)到預(yù)期的效果，避免了再次切開修復(fù)，大大降低了患者術(shù)后并發(fā)癥的發(fā)生。

3D打印技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于通過熔融沉積技術(shù)將人體骨骼的三維立體結(jié)構(gòu)進(jìn)行快速構(gòu)型，使臨床醫(yī)生能夠?qū)?fù)雜錯(cuò)綜的骨折情況進(jìn)行更直觀、更全面的觀察，對(duì)術(shù)前診斷做出更準(zhǔn)確的判斷。最重要的是醫(yī)生可以根據(jù)模型的具體情況進(jìn)行比較逼真的模擬手術(shù)，對(duì)要應(yīng)用的鋼板進(jìn)行提前的塑形，在手術(shù)過程中，進(jìn)行精確定位，能夠明顯縮短手術(shù)時(shí)間，減少X線的應(yīng)用次數(shù)，從而降低對(duì)患者和醫(yī)生的輻射傷害［13，14］，因此，3D打印技術(shù)在臨床應(yīng)用過程中，能夠明顯提高患者骨缺損的修復(fù)效果，使復(fù)雜的手術(shù)過程變得相對(duì)容易，值得在臨床廣泛應(yīng)用。但3D打印技術(shù)也存在一定的缺點(diǎn)，其技術(shù)成本相比較其他普通檢查手段或普通手術(shù)，顯得十分昂貴，患者的接受力較差［15］，因此，在今后的臨床應(yīng)用中，應(yīng)在不斷發(fā)展醫(yī)學(xué)技術(shù)的同時(shí)，降低3D打印技術(shù)的經(jīng)濟(jì)成本。

綜上所述，3D打印技術(shù)能夠?qū)颊叩乃闹侨睋p情況進(jìn)行明確的判斷和分析，做好修復(fù)前的骨折評(píng)估和規(guī)劃，有利于對(duì)骨折情況進(jìn)行準(zhǔn)確的復(fù)位，使修復(fù)效果達(dá)到最佳，值得在臨床進(jìn)行廣泛應(yīng)用。

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App lication of 3D printing in repair of bone defect

SHIBaoqing
Department of Orthopedics，Xiamen Fifth Hospital，Xiamen 361000，China

Objective To discuss the application value of 3D printing in bone defect of limbs.M ethods 56 patients with traumatic bone defect in limbs treated in our hospital from December 2012 to December 2013 when 3D printing was not conducted were selected as control group；and another 45 patientswith traumatic bone defect in limbs treated in our hospital from January 2014 to January 2015 when 3D printing was conducted were selected as observation group. The operation duration，blood loss during operation，treatment effect and postoperative adverse reactionswere compared between two groups.Results The operation duration and blood loss during operation were significantly lower in the observation group than in the control group.The excellent and good rate of treatment was 93.33%in the observation group，which was significantly higher than 69.64%in the control group；The incidence rate of adverse reactions was 11.11%in the observation group，which was significantly lower than 19.64%in the control group（P＜0.05）.Conclusion 3D printing can provide definite diagnosis and analysis on the bone defect of limbs in patients to optimize the effect of repair，thus isworthy to be promoted in clinical practice.

3D printing；Limb trauma；Bone defect；Matching degree；Implant

R687.3

B

1673-9701（2016）18-0065-04

2016-03-02）