3D打印個(gè)體化導(dǎo)板在下肢成角畸形螺釘植入中的應(yīng)用

張洪濤，孔祥雪，史強(qiáng)，李旭，李鑒軼

(1.廣東省中山市黃圃人民醫(yī)院，廣東 中山　528403；2.南方醫(yī)科大學(xué)第三附屬醫(yī)院，廣東 廣州　510630；3.南方醫(yī)科大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院，廣東 廣州　510515)

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3D打印個(gè)體化導(dǎo)板在下肢成角畸形螺釘植入中的應(yīng)用

張洪濤1，孔祥雪2，史強(qiáng)2，李旭2，李鑒軼3

(1.廣東省中山市黃圃人民醫(yī)院，廣東 中山528403；2.南方醫(yī)科大學(xué)第三附屬醫(yī)院，廣東 廣州510630；3.南方醫(yī)科大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院，廣東 廣州510515)

目的探討利用3D打印技術(shù)設(shè)計(jì)并制作個(gè)體化的快速成型導(dǎo)板用于輔助“8”字鋼板置釘矯正下肢成角畸形的效果評(píng)價(jià)。方法根據(jù)下肢成角畸形的數(shù)據(jù)，依據(jù)鋼板的釘孔間距數(shù)據(jù)利用CAD工程軟件設(shè)計(jì)出個(gè)體化帶有相互平行導(dǎo)孔的輔助置釘導(dǎo)板，并利用3D打印技術(shù)制作出來。術(shù)前消毒備用，術(shù)中在導(dǎo)板輔助下行空心螺釘植入，術(shù)后X線評(píng)估手術(shù)效果。結(jié)果所有螺釘均準(zhǔn)確植入，植入成功率100%。無術(shù)中和術(shù)后并發(fā)癥。隨訪6～18個(gè)月，股脛角矯正角度為6°～10°，下肢機(jī)械軸距膝關(guān)節(jié)中心距離矯正后為(1±1.5) cm，外形明顯改善，手術(shù)前后比較，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。結(jié)論“8”字鋼板技術(shù)在糾正下肢成角畸形能取得良好效果，3D成形導(dǎo)板能有效輔助“8”字鋼板螺釘植入，手術(shù)簡(jiǎn)單，植入準(zhǔn)確。

3D打??；螺釘植入；下肢成角畸形

下肢成角畸形是兒童常見的畸形骨病之一，影像學(xué)資料顯示為兒童下肢力線異常，在臨床上表現(xiàn)為不同程度的膝內(nèi)、外翻畸形。下肢成角畸形不僅影響患兒的形體美感，嚴(yán)重的畸形如未及時(shí)治療可引起行走功能障礙等一系列嚴(yán)重并發(fā)癥[1]。

目前，治療下肢成角畸形常用的手術(shù)方法為應(yīng)用“8”字鋼板行一側(cè)骺板阻滯[2]。該方法經(jīng)臨床研究證實(shí)，矯正效果優(yōu)于原有的“U”形釘技術(shù)[3-6]。在臨床手術(shù)過程中，2 枚自攻型空心螺釘?shù)闹踩虢嵌炔缓线m會(huì)造成螺釘和鋼板間開合功能受限，影響螺釘改變角度的功能，并可能造成螺釘或鋼板的斷裂、矯正不足等一系列并發(fā)癥，影響矯正效果。雖然2 枚螺釘不必保持平行狀態(tài)，但保持平行狀態(tài)可以最大限度的發(fā)揮“8”字鋼板通過阻滯一側(cè)骺板來矯正成角畸形的效果。因此，本研究的目的設(shè)計(jì)并制作一種“8”字鋼板螺釘導(dǎo)向模塊并通過3D打印技術(shù)快速成型導(dǎo)向模塊來輔助螺釘植入，并評(píng)價(jià)其效果。

1　資料與方法

1.1一般資料回顧性分析了2013—2014年間在南方醫(yī)科大學(xué)第三附屬醫(yī)院兒童骨科中心行膝內(nèi)外畸形“8”字鋼板阻滯術(shù)的22 例患兒(30患膝)，其中膝內(nèi)翻26 膝，膝外翻4 膝。股骨、脛骨同時(shí)阻滯5 例，單獨(dú)脛骨阻滯17 例，單獨(dú)股骨阻滯8 例。其中男8 例(12患膝)，女14 例(18患膝)；年齡2～11 歲，平均年齡4.5 歲。術(shù)前測(cè)量股脛角為(15±6)°，表現(xiàn)為不同程度的下肢畸形及行走功能障礙。下肢機(jī)械軸距膝關(guān)節(jié)中心距離(5±2) cm。

1.2“8”字鋼板螺釘導(dǎo)向模塊的設(shè)計(jì)及制作在UG 6.0軟件中，根據(jù)患兒的下肢數(shù)據(jù)，結(jié)合“8”字鋼板3個(gè)圓心間距，設(shè)計(jì)出個(gè)體化的帶有3個(gè)相互平行導(dǎo)向孔的導(dǎo)向模塊(見圖1)，導(dǎo)出為STL格式，并使用SLA快速成型機(jī)將導(dǎo)向模塊實(shí)體使用光敏樹脂打印出來。導(dǎo)向模塊常規(guī)消毒后備用。

1.3手術(shù)方法手術(shù)前行X線雙下肢站立位全長(zhǎng)片檢查，觀察下肢力線，確定骺板異常位置及需要植入“8”字鋼板的位置?；純喝⊙雠P位，采用連續(xù)硬膜外麻醉方法。常規(guī)手術(shù)野消毒后鋪無菌單，并于大腿中段包扎空氣止血帶，壓力200mm Hg。將C型臂置于床旁，進(jìn)行X線透視確定骺板線的位置，然后將直徑1 mm細(xì)克氏針插入股骨近端髓板線中心內(nèi)。行縱行切口，鈍性分離皮下組織，勿損傷骨膜。以細(xì)克氏針為中點(diǎn)放入導(dǎo)向模塊，通過兩側(cè)導(dǎo)向孔植入2 枚2 mm克氏針(見圖2～3)。去除導(dǎo)向模塊，放入合適的“8”字鋼板，然后沿克氏針鉆入4.5 mm空心螺釘。經(jīng)C型臂確認(rèn)鋼板位置正確后，沖洗傷口并使用無菌縫線縫合傷口。膝內(nèi)翻的切口位于膝外側(cè)，同理膝外翻的切口位于膝內(nèi)側(cè)。術(shù)后使用石膏外固定，術(shù)后3 d的使用抗生素常規(guī)治療。

圖1　帶有3個(gè)相互平行導(dǎo)向孔的輔助置釘模板

圖2　在模板輔助下，平行植入2枚克氏導(dǎo)針

圖3　C型臂透視顯示克氏導(dǎo)針平行植入

1.4術(shù)后處理術(shù)后每3個(gè)月復(fù)查一次，當(dāng)下肢力線恢復(fù)正常時(shí)即手術(shù)取出“8”字鋼板(股骨頭與踝關(guān)節(jié)中點(diǎn)連線和膝關(guān)節(jié)中點(diǎn)連線重疊)?！?”字鋼板固定時(shí)間為6～18個(gè)月。

1.5統(tǒng)計(jì)學(xué)分析采用SPSS 17.0軟件對(duì)不同類型數(shù)據(jù)分別采用χ2檢驗(yàn)和t檢驗(yàn)等多種檢驗(yàn)方法，以P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2　結(jié)　　果

術(shù)中螺釘均平行植入，術(shù)中X線顯示螺釘位置佳，未穿過骨骺線及關(guān)節(jié)面，植入成功率100%。術(shù)后患兒創(chuàng)口無感染及深部血管神經(jīng)損傷，傷口愈合良好。術(shù)后患兒每3個(gè)月來院復(fù)查站立位下肢全長(zhǎng)X線片一次，觀測(cè)到下肢力線軸已向膝關(guān)節(jié)中心靠攏，達(dá)正常角度后取出“8”字鋼板(見圖4)?！?”字鋼板固定時(shí)間為6～18個(gè)月。

圖4　術(shù)后X線片示下肢力線已恢復(fù)正常

股脛角矯正角度為6°～10°；下肢機(jī)械軸距膝關(guān)節(jié)中心距離矯正后為(1±1.5) cm?；純盒g(shù)后隨訪時(shí)間為6～18個(gè)月，22 例30 膝中有28 膝畸形完全矯正，有2 例殘留有股骨或脛骨的弓形畸形(術(shù)前有佝僂病)，全部患兒未出現(xiàn)螺釘或鋼板斷裂、下肢不等長(zhǎng)、骨骺提前愈合等并發(fā)癥?；純杭议L(zhǎng)對(duì)矯正結(jié)果滿意。

導(dǎo)向模板引導(dǎo)下手術(shù)與傳統(tǒng)手術(shù)對(duì)比，導(dǎo)向模板手術(shù)：手術(shù)時(shí)間(22±8) min，術(shù)中出血(10±5) mL，一次性植入準(zhǔn)確率98%；傳統(tǒng)手術(shù)：手術(shù)時(shí)間(45±7) min，術(shù)中出血(50±10) mL，一次性植入準(zhǔn)確率75%。

手術(shù)前、后角度及偏心距對(duì)比，股脛角：術(shù)前(15±6)°，術(shù)后(7±4)°，P<0.05；下肢機(jī)械軸距膝關(guān)節(jié)中心距離：術(shù)前(5±2) cm，術(shù)后(1±1.5) cm，P<0.05。

3　討　　論

膝內(nèi)、外翻是常見的下肢成角畸形，表現(xiàn)為下肢自然伸直時(shí)，股骨和脛骨構(gòu)成向內(nèi)、向外的成角畸形。常見的臨床癥狀為下肢步態(tài)異常，膝關(guān)節(jié)疼痛以及股骨髕骨窩與髕骨的位置異常[7]。X線片上顯示為下肢力線軸異常。兒童時(shí)期的膝內(nèi)外翻多是屬于生理性的，下肢股骨脛骨的角度從新生兒到兒童再到青少年時(shí)期會(huì)有一個(gè)生理性的變化。在新生兒時(shí)期受姿勢(shì)和活動(dòng)因素的影響下肢呈輕度外翻，隨著自身的不斷矯正，至發(fā)育成熟時(shí)輕度的外翻也是正常的，此為生理性的成角畸形，不伴有功能障礙[8]。隨著年齡的增長(zhǎng)，一般是可以自愈的，但臨床上需要定期隨訪復(fù)查，以觀察自身矯正情況，如未恢復(fù)正常力線軸，需要進(jìn)行干預(yù)治療。病理性成角畸形的原因包括下肢骨折的畸形愈合、代謝性疾病、感染腫瘤、先天性干骺端發(fā)育不良等?；謴?fù)正常的解剖力線軸是治療下肢成角畸形的關(guān)鍵。

傳統(tǒng)采用脛骨近端截骨矯正成角畸形，但手術(shù)方法復(fù)雜，存在并發(fā)癥多等風(fēng)險(xiǎn)。阻滯釘半骺阻滯術(shù)也曾作為一種簡(jiǎn)單有效的治療方法被廣泛應(yīng)用。由于兒童時(shí)期自身有一定的自我矯正能力，有學(xué)者推薦男孩11～14 歲，女孩9～12 歲施行此手術(shù)[9]。然而，使用“U”形阻滯釘阻滯常伴有較多的并發(fā)癥，如阻滯釘發(fā)生松動(dòng)或是移位，髓板早閉等，從而影響治療效果。近年來，在傳統(tǒng)“U”形釘者髓板阻滯基礎(chǔ)上改進(jìn)的“8”字鋼板單側(cè)髓板阻滯術(shù)是一種手術(shù)新方法。施行“8”字鋼板行一側(cè)髓板阻滯術(shù)不僅實(shí)現(xiàn)了矯正下肢骨骼成角畸形，恢復(fù)生長(zhǎng)力線性目標(biāo)而且不易發(fā)生鋼板移位和髓板早閉，更重要的是還可以預(yù)防膝關(guān)節(jié)炎的發(fā)生。

Stevens等[10]臨床研究證實(shí)，其矯形速率甚至比“U”形釘技術(shù)增加30%。行“8”字鋼板進(jìn)行一側(cè)髓板阻滯，螺釘與鋼板之間構(gòu)成合頁(yè)結(jié)構(gòu)，可改變角度，使用安全，也更符合生理特點(diǎn)。在進(jìn)行空心螺釘植入過程中，2 枚螺釘雖不必完全平行植入，但平行植入螺釘可獲得最大的矯正空間及效果，符合正常的生理特點(diǎn)。在臨床手術(shù)過程中，2 枚自攻型空心螺釘?shù)闹踩虢嵌炔缓线m會(huì)造成螺釘和鋼板間開合功能受限，影響螺釘改變角度的功能，并可能造成螺釘或鋼板的斷裂、矯正不足等一系列并發(fā)癥，影響矯正效果。雖然2 枚螺釘不必保持平行狀態(tài)，但保持平行狀態(tài)可以最大限度的發(fā)揮“8”字鋼板通過阻滯一側(cè)骺板來矯正成角畸形的效果。另外，不同年齡的兒童其下肢3 枚植入螺釘間距有所差別。

本研究應(yīng)用個(gè)體化數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)計(jì)并通過3D打印快速成型技術(shù)制作的平行釘?shù)乐萌肽０?，可?zhǔn)確的輔助螺釘平行植入，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，使用操作方便，一人即可操作。術(shù)中，在該模塊裝置輔助下，一次即可成功準(zhǔn)確平行植入2 枚螺釘，縮短了手術(shù)時(shí)間，減少X線的暴露，增加了年輕醫(yī)師的手術(shù)信心。在臨床使用過程中，因其操作簡(jiǎn)單可靠，獲得小兒外科醫(yī)生的一致好評(píng)。在術(shù)后的隨訪過程中發(fā)現(xiàn)，使用平行釘?shù)乐踩肽K輔助“8”字鋼板置入，其矯正效果良好，股脛角由術(shù)前的(15±6)°矯正為術(shù)后的(7±4)°(P<0.05，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義)。下肢機(jī)械軸距膝關(guān)節(jié)中心距離由術(shù)前的(5±2) cm矯正為術(shù)后的(1±1.5) cm(P<0.05，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義)?；純盒g(shù)前均未出現(xiàn)嚴(yán)重的手術(shù)并發(fā)癥?；純涸陔S訪結(jié)束后，畸形均獲得矯正，下肢力線軸恢復(fù)正常，行走功能改善，未出現(xiàn)關(guān)節(jié)炎等并發(fā)癥。家長(zhǎng)對(duì)矯正治療結(jié)果滿意。

總之，使用基于3D打印快速成型技術(shù)的設(shè)計(jì)并制備的個(gè)體化平行置釘導(dǎo)向模塊輔助“8”字鋼板螺釘植入是一種簡(jiǎn)單有效的置釘方法，可最大限度的發(fā)揮“8”字鋼板螺釘聯(lián)合矯正下肢成角畸形的“合頁(yè)”能力，減少射線的暴露及手術(shù)時(shí)間，增加年輕外科醫(yī)師的手術(shù)信心，是對(duì)一側(cè)骺板阻滯術(shù)治療下肢成角畸形的進(jìn)一步改進(jìn)。

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1008-5572(2016)05-0467-03

R682.6

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2015-09-25

張洪濤(1976- )，男，副主任醫(yī)師，廣東省中山市黃圃人民醫(yī)院，528403。