3D打印骨折模型在肱骨遠(yuǎn)端C型骨折中的應(yīng)用

張忠?guī)r，李玉波，王瑜，石立濤，金宇，楊小華

（承德醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院，河北 承德 067000）

肱骨遠(yuǎn)端C型骨折在全身骨折中發(fā)病率較高，占全身骨折的1%，肱骨骨折的30%，屬于關(guān)節(jié)內(nèi)骨折[1]。其常累及雙柱，保守治療效果差，手術(shù)治療已達(dá)成共識。由于肘關(guān)節(jié)覆蓋的肌肉、血管及神經(jīng)較多，復(fù)雜的關(guān)節(jié)面及干骺端粉碎骨折難以閉合復(fù)位。即使切開手術(shù)，復(fù)位和固定也較困難，導(dǎo)致部分關(guān)節(jié)功能恢復(fù)不理想。目前術(shù)前對骨折的了解大多來自X射線片、CT或三維重建，很難對骨折整體情況完整顯示[2-3]，多數(shù)情況下需要術(shù)中探查，再決定手術(shù)方式。3D打印技術(shù)在骨科領(lǐng)域應(yīng)用越來越廣泛，打印出部位實(shí)物模型及導(dǎo)航模板指導(dǎo)個(gè)性化手術(shù)逐步應(yīng)用于臨床[4-5]，3D打印可幫助醫(yī)生了解患者骨折部位、類型及移位程度，對病情做明確的評估；另外可根據(jù)模型，用不同術(shù)方法進(jìn)行術(shù)前模擬手術(shù)，制定個(gè)體化手術(shù)方案，使手術(shù)更為精確。本院采用3D打印技術(shù)打印骨折模型結(jié)合雙側(cè)鎖定鈦板治療肱骨遠(yuǎn)端骨折患者27例，取得滿意的臨床效果。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選取2013年1月—2017年1月承德醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院收治的手術(shù)治療肱骨遠(yuǎn)端C型骨折患者59例作為研究對象，根據(jù)患者自愿原則進(jìn)行分組。其中，27例選擇采用3D打印技術(shù)打印骨折實(shí)物模型輔助手術(shù)操作作為3D打印組，32例常規(guī)手術(shù)組按照傳統(tǒng)方法進(jìn)行手術(shù)作為傳統(tǒng)手術(shù)組。3D打印組：男性17例，女性10例；年齡18～75歲，平均（42.4±18.1）歲；左側(cè)16例，右側(cè)11例；按照AO/OTA分型，C1 8例，C2 6 例，C1 3 例 ；受傷時(shí)間 3 ～ 14 d，平均 7.2 d ；合并傷6例。傳統(tǒng)手術(shù)組：男性19例，女性13例；年齡21～76歲，平均（41.8±17.6）歲；左側(cè)17例，右側(cè)15例；按照AO/OTA分型，C1 11例，C2 9例，C12例;受傷時(shí)間3～13 d，平均7.4 d；合并傷9例。排除標(biāo)準(zhǔn)：①合并嚴(yán)重心、肺、腦等多器官疾病，無法耐受手術(shù)治；②合并同側(cè)上肢血管、神經(jīng)損傷；③因開放性骨折導(dǎo)致感染；④多發(fā)傷、失血性休克無法糾正導(dǎo)致死亡；⑤隨訪資料不完整或患者依從性較差。兩組一般資料比較，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05），具有可比性。

1.2 術(shù)前準(zhǔn)備

入院后給予石膏固定，患肢制動，消腫止痛對癥治療，完善相關(guān)檢查，年齡＜60歲常規(guī)行心臟彩超檢查，術(shù)前常規(guī)行肘關(guān)節(jié)正側(cè)位、CT三維重建檢查。

3D數(shù)據(jù)采集：三維圖像的構(gòu)建及三維打印技術(shù)采用64排CT平掃數(shù)據(jù)（層距0.5 mm），電壓120 kV，電流150 mA，導(dǎo)入三維重建軟件Mimics，對Mimocs斷層圖像編輯完成后，以STL的格式輸入到3D打印機(jī)，調(diào)整打印方位，就可以打印出實(shí)體模型進(jìn)行手術(shù)設(shè)計(jì)。在體外選擇合適型號的鋼板，對個(gè)體差異進(jìn)行鋼板適度塑型，確定內(nèi)固定物與骨折塊貼附良好及同時(shí)用螺釘進(jìn)行骨折的固定，記錄手術(shù)所選鋼板型號和螺釘數(shù)目、長度、位置、方向及角度等數(shù)據(jù)，將塑型的鋼板及螺釘送手術(shù)室消毒備用。

1.3 手術(shù)方法

以肱骨遠(yuǎn)端C3型骨折為例，麻醉后患者側(cè)臥位，自肘關(guān)節(jié)后正中切口，至尺骨鷹嘴下逐層切開。首先于尺神經(jīng)溝游離并保護(hù)尺神經(jīng)，牽向內(nèi)側(cè)，顯露肱尺關(guān)節(jié)后側(cè)，切開關(guān)節(jié)囊，找到半月切跡裸區(qū)，行尺骨鷹嘴V型截骨，將尺骨鷹嘴斷端連同肱三頭肌牽向近側(cè)，顯露骨折端，肱骨髁間骨質(zhì)粉碎，有多條骨折線及數(shù)枚骨折塊，關(guān)節(jié)面不平整，肘關(guān)節(jié)失去正常對位關(guān)系，清理骨折端后，依據(jù)3D模型骨折情況進(jìn)行復(fù)位，復(fù)位滿意后，用數(shù)枚克氏針固定骨折斷端，將C型骨折變?yōu)锳型，肱骨遠(yuǎn)端后外側(cè)及內(nèi)側(cè)根據(jù)術(shù)前計(jì)劃塑型放置2枚鈦板，如關(guān)節(jié)面固定不穩(wěn)定，用1、2枚空心螺釘固定，再次透視；見關(guān)節(jié)面平整，用一枚鈦板或克氏針張力帶固定尺骨鷹嘴骨折斷端，被動活動良好，無異?；顒樱瑢⒊呱窠?jīng)前置，留置2枚引流管，逐層縫合后，關(guān)閉創(chuàng)口。

1.4 術(shù)后處理

患肢抬高有利于消腫，采用三角巾懸吊或石膏托固定，術(shù)后患者進(jìn)行肌肉等長收縮鍛煉，6周后根據(jù)骨折愈合情況逐步進(jìn)行抗阻力鍛煉。術(shù)后3個(gè)月復(fù)查1次/月，術(shù)后3～12個(gè)月復(fù)查1次/2個(gè)月。

1.5 術(shù)后隨訪及評價(jià)

術(shù)后3個(gè)月記錄按照Mayo評分從疼痛、活動度、穩(wěn)定性及生活功能4方面進(jìn)行功能評估，滿分100分：90～100為優(yōu)；75～89分為良；60～74為可；＜60為差，評價(jià)肘關(guān)節(jié)功能。測量術(shù)后6個(gè)月肘關(guān)節(jié)活動度。記錄所有患者手術(shù)時(shí)間、透視次數(shù)、術(shù)中出血量、術(shù)后骨折愈合時(shí)間及術(shù)后并發(fā)癥發(fā)生率。

1.6 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

數(shù)據(jù)分析采用SPSS 19.0統(tǒng)計(jì)軟件。計(jì)量資料以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差（±s）表示，比較用t檢驗(yàn)，計(jì)數(shù)資料以率（%）表示，比較用χ2檢驗(yàn)，P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 兩組手術(shù)時(shí)間、術(shù)中透視次數(shù)及術(shù)中出血量比較

兩組手術(shù)時(shí)間、術(shù)中透視次數(shù)及術(shù)中出血量比較，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）；3D打印組手術(shù)時(shí)間、術(shù)中透視次數(shù)及術(shù)中出血量低于傳統(tǒng)手術(shù)組。見表1。

2.2 兩組術(shù)后3個(gè)月Mayo評分比較

兩組術(shù)后3個(gè)月Mayo評分比較，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（χ2=3.882，P=0.049）；3D打印組術(shù)后3個(gè)月Mayo評分優(yōu)于傳統(tǒng)手術(shù)組。見表2。

表1 兩組手術(shù)時(shí)間、術(shù)中透視次數(shù)及術(shù)中出血量比較（±s）

表1 兩組手術(shù)時(shí)間、術(shù)中透視次數(shù)及術(shù)中出血量比較（±s）

術(shù)中出血量/ml 3D 打印組 27 116.8±6.6 3.8±1.4 164.7±40.6傳統(tǒng)手術(shù)組 32 164.6±5.7 5.2±1.7 247.9±36.8 t值 6.531 3.376 8.232 P值 0.000 0.003 0.000組別 n 手術(shù)時(shí)間/min術(shù)中透視/次

表2 兩組術(shù)后3個(gè)月Mayo評分比較

2.3 兩組術(shù)后6個(gè)月關(guān)節(jié)活動度及骨折愈合時(shí)間比較

兩組術(shù)后6個(gè)月關(guān)節(jié)活動度及骨折愈合時(shí)間比較，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）；3D打印組術(shù)后6個(gè)月關(guān)節(jié)活動度優(yōu)于傳統(tǒng)手術(shù)組，而骨折愈合時(shí)間早于傳統(tǒng)手術(shù)組。見表3。

2.4 兩組手術(shù)并發(fā)癥發(fā)生率比較

兩組手術(shù)并發(fā)癥發(fā)生率比較，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（χ2=0.481，P=0.488）；3D打印組手術(shù)并發(fā)癥發(fā)生率低于傳統(tǒng)手術(shù)組。見表4。

2.5 病例情況

患者女性，63歲，摔傷致右肘疼痛，活動受限2 h入院。診斷：右側(cè)肱骨遠(yuǎn)端AO-C3型骨折，術(shù)前行X射線、三維重建檢查，3D打印圖片及術(shù)前模擬復(fù)位固定；患者術(shù)后第2天及術(shù)后半年復(fù)查X射線顯示，術(shù)后半年肘關(guān)節(jié)功能屈伸活動良好。見圖1～4。

表3 兩組術(shù)后6個(gè)月關(guān)節(jié)活動度及骨折愈合時(shí)間比較（±s）

表3 兩組術(shù)后6個(gè)月關(guān)節(jié)活動度及骨折愈合時(shí)間比較（±s）

骨折愈合時(shí)間/周3D 打印組 27 108.3±8.9 155.5±7.5 13.6±2.1傳統(tǒng)手術(shù)組 32 95.3±9.2 125.8±8.3 14.2±2.3 t值 3.563 5.621 1.431 P值 0.003 0.000 0.625組別 n 肘關(guān)節(jié)屈伸活動度/（°）前臂旋轉(zhuǎn)活動度/（°）

表4 兩組手術(shù)并發(fā)癥發(fā)生率比較

圖1 右側(cè)肱骨A0-C3型骨折

圖2 術(shù)前X射線三維重建

圖3 3D打印圖片及術(shù)前模擬復(fù)位固定

圖4 恢復(fù)情況

3 討論

肱骨遠(yuǎn)端C型骨折是肘關(guān)節(jié)嚴(yán)重創(chuàng)傷，常合并干骺端及關(guān)節(jié)面粉碎、壓縮缺損或神經(jīng)血管損傷。骨折端不易堅(jiān)強(qiáng)固定，術(shù)后常常有畸形愈合，骨折不愈合、對位及對線不佳等并發(fā)癥[6]。肱骨遠(yuǎn)端骨折后，怎樣獲得功能良好且無痛的肘關(guān)節(jié)，最重要的是重建關(guān)節(jié)面的解剖結(jié)構(gòu)，恢復(fù)肱骨遠(yuǎn)端的三角形框架結(jié)構(gòu)。如果早期固定穩(wěn)定，便可以進(jìn)行全面的康復(fù)鍛煉。肱骨遠(yuǎn)端骨折多合并老年骨質(zhì)疏松、骨量低下，螺釘與鋼板之間的穩(wěn)定性很容易發(fā)生改變，臨床既要達(dá)到骨折愈合，又要獲得關(guān)節(jié)的靈活性，其是治療的難點(diǎn)。筆者更傾向鎖定雙鋼板固定，鎖定鋼板能牢固固定骨折塊，且可更好的進(jìn)行骨折端重建，提供堅(jiān)強(qiáng)固定有利于早期功能鍛煉，療效改善，其已逐步成為治療肱骨遠(yuǎn)端C型骨折標(biāo)準(zhǔn)手術(shù)方式[7-8]。

傳統(tǒng)的X射線及CT平掃受角度或骨塊重疊干擾，難以確定骨折的移位方向、壓縮，特別是關(guān)節(jié)周圍粉碎骨折。盡管CT三維重建可多角度觀察骨折走向，但也是二維平面顯示，術(shù)中醫(yī)師只能根據(jù)記憶的三維模型進(jìn)行復(fù)位[9]，受術(shù)者的臨床經(jīng)驗(yàn)及操作技巧限制，學(xué)習(xí)曲線較長。3D打印技術(shù)是采用數(shù)字模型，應(yīng)用粉末狀或液體的塑料或金屬的可黏合材料，通過逐層打印方式構(gòu)建實(shí)物模型的技術(shù)[10]。醫(yī)生能在術(shù)中任意角度觀察骨折的3D打印實(shí)體模型，有助于對骨折部位做出最準(zhǔn)確的評估，制定科學(xué)合理的治療方案。在膝、肩、肘及骨盆等關(guān)節(jié)周圍復(fù)雜的骨科手術(shù)領(lǐng)域，3D打印應(yīng)用越來越廣泛，取得很好的臨床效果，3D打印技術(shù)為現(xiàn)實(shí)手術(shù)及虛擬手術(shù)架設(shè)一座橋梁。官建中報(bào)道[11]在發(fā)育性髖關(guān)節(jié)脫位的患者中實(shí)用3D打印技術(shù)進(jìn)行治療，精確制定手術(shù)計(jì)劃、模擬手術(shù)，取得很好的臨床效果。吳新寶報(bào)道[12]利用3D打印技術(shù)制作陳舊性骨盆骨折模型，在骨盆模型進(jìn)行截骨、復(fù)位標(biāo)記、內(nèi)固定物塑型，手術(shù)順利完成，達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。本研究比較傳統(tǒng)手術(shù)與應(yīng)用3D打印技術(shù)打印骨折模型治療肱骨遠(yuǎn)端骨折肱骨遠(yuǎn)端C型骨折，傳統(tǒng)手術(shù)常規(guī)行X射線、三維CT檢查，行傳統(tǒng)手術(shù)方式，3D組打印3D骨折部位模型模擬手術(shù)，手術(shù)按照術(shù)前設(shè)計(jì)方案實(shí)施。本研究發(fā)現(xiàn)，3D打印組和常規(guī)手術(shù)組比較，手術(shù)時(shí)間、術(shù)中透視次數(shù)、術(shù)中出血量減少，這和術(shù)前精準(zhǔn)設(shè)計(jì)密切相關(guān)。術(shù)中按照術(shù)前計(jì)劃實(shí)施，肘關(guān)節(jié)功能也優(yōu)于常規(guī)手術(shù)組，3D組更少的剝離軟組織，解剖復(fù)位的概率更高，術(shù)后可以更早的功能鍛煉避免關(guān)節(jié)僵硬。在骨折愈合時(shí)間及術(shù)后并發(fā)癥方面，兩組差異不大，可能與研究樣病例較少有關(guān)，存在一定局限性。

筆者認(rèn)為，3D打印組與常規(guī)的手術(shù)組有以下優(yōu)勢：①3D打印技術(shù)打印出1∶1實(shí)物模型，可讓醫(yī)生直觀、立體、更全面了解骨折走向，骨折塊大小，壓縮骨質(zhì)的缺損程度，在模型上直接測量。同時(shí)患者也可通過對骨折模型對自己病情有充分認(rèn)識，有利于醫(yī)患溝通，提高患者依從性，對提升患者滿意度方面有積極影響[13-14]；②手術(shù)中常常遇到內(nèi)固定物材料與骨面貼附不理想或螺釘角度不佳，需要術(shù)中多次塑形或調(diào)節(jié)螺釘方向，才能達(dá)到合適位置。在3D模型基礎(chǔ)上，進(jìn)行骨折復(fù)位，鈦板塑形，術(shù)中鈦板可完美貼附于復(fù)位后骨折端，且確定鈦板及螺釘合適的位置、角度、長短，條件允許情況下可打印出個(gè)體化的鋼板及螺釘[15-16]。由于術(shù)前精確設(shè)計(jì)，充分了解骨折塊之間關(guān)系、有助于術(shù)中減少過多軟組織剝離并且保護(hù)皮膚血供，簡便手術(shù)過程，預(yù)手術(shù)節(jié)約手術(shù)時(shí)間及軟組織暴露，減少出血量及術(shù)中需要透視時(shí)間；③由于術(shù)中血管、神經(jīng)、肌肉或軟組織遮擋，視野有限，特別是復(fù)位關(guān)節(jié)面粉碎骨折操作難度大，術(shù)前可以根據(jù)模型對骨折塊及周圍解剖進(jìn)行標(biāo)識，有助于術(shù)中內(nèi)置物放置及骨折的解剖復(fù)位。陳克[17]在治療跟骨骨折中，對跟骰關(guān)節(jié)、載距突、跟骨結(jié)節(jié)為定位錨點(diǎn)，進(jìn)行內(nèi)置物裁剪，復(fù)位，植骨，取得很好的臨床效果；④如術(shù)中需植骨，術(shù)前可在數(shù)字模型基礎(chǔ)上準(zhǔn)確獲得骨缺損量，只靠臨床經(jīng)驗(yàn)植骨可能有一定偏差。筆者在3D打印組有2例C3型肱骨小頭、肱骨滑車粉碎嚴(yán)重、無法修復(fù)，在3D模型輔助下，明確骨質(zhì)缺損大小、形狀，進(jìn)行關(guān)節(jié)面測量，術(shù)中取髂骨進(jìn)行關(guān)節(jié)面重建，手術(shù)時(shí)間明顯縮短，取得很好臨床效果。

3D打印優(yōu)點(diǎn)較傳統(tǒng)手術(shù)優(yōu)勢明顯，但也存在一定局限性：①費(fèi)用昂貴，特別是復(fù)雜骨折需個(gè)體化定制內(nèi)植物，在基層醫(yī)院甚至絕大部分難以普及；②由于打印出實(shí)體骨骼模型，脫離肌肉、血管、神經(jīng)等軟組織，且打印精準(zhǔn)度上受關(guān)節(jié)軟骨的影響仍需要提升[18]，在實(shí)際術(shù)中操作存在一定局限性；③從患者完善三維重建等相關(guān)資料到打印模型，3D打印花費(fèi)時(shí)間較長，不適應(yīng)于急診手術(shù)；④現(xiàn)有比較成熟的3D打印材料種類有塑料、陶瓷、金屬等，無法滿足臨床醫(yī)生的所有要求，特殊用途的材料如羥基磷灰石、透明質(zhì)酸等具有組織相容性和安全性的生物材料有待于進(jìn)一步研究。

綜上所述，應(yīng)用3D打印骨折模型輔助治療復(fù)雜的肱骨髁間骨折較傳統(tǒng)方式優(yōu)勢明顯，其不僅節(jié)約手術(shù)時(shí)間，減少出血量，在術(shù)后關(guān)節(jié)功能恢復(fù)上療效更佳。雖然3D打印存在一些不足，但隨著技術(shù)改進(jìn)，打印效率不斷提高，在未來的骨科領(lǐng)域中，會應(yīng)用越來越廣泛。