3D打印聯(lián)合Minmics軟件在肘關(guān)節(jié)骨折中的應(yīng)用

姬文晨,蔣婉婷,李 嘉,劉 凱,李 萌*

(1西安交通大學(xué)第一附屬醫(yī)院骨科,西安 710061;2西安市第四醫(yī)院超聲診斷科;*通訊作者,E-mail:drleemon@163.com)

肘關(guān)節(jié)是由尺橈骨近端、肱骨遠(yuǎn)端及周圍韌帶共同組成,是上肢最為重要的關(guān)節(jié),發(fā)生率占全身骨折的14%,其解剖結(jié)構(gòu)復(fù)雜,涉及關(guān)節(jié)較多(肱橈關(guān)節(jié)、肱尺關(guān)節(jié)、尺橈近端關(guān)節(jié)),一旦發(fā)生骨折,如若治療不當(dāng),往往會(huì)給患者造成嚴(yán)重的功能障礙,進(jìn)而影響生活質(zhì)量[1,2]。保守治療難以恢復(fù)關(guān)節(jié)面平整,較少采用,隨著內(nèi)固定技術(shù)和理念的發(fā)展,切開復(fù)位內(nèi)固定是治療肘關(guān)節(jié)骨折的主要方式,其可以實(shí)現(xiàn)解剖復(fù)位,堅(jiān)強(qiáng)固定[3]。但是,對(duì)于缺乏經(jīng)驗(yàn)的年輕醫(yī)生來說,手術(shù)過程往往存在復(fù)位不良,時(shí)間較長(zhǎng),并發(fā)癥較多等問題,如何克服上述困難,是臨床工作者需要思考和面對(duì)的[4]。3D打印是近年興起的一項(xiàng)技術(shù),可以對(duì)骨折部位實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)打印,從而使得醫(yī)生術(shù)前對(duì)于骨折局部有立體理解,有利于進(jìn)行術(shù)前準(zhǔn)備[5,6]。Minmics軟件是一套高度整合的3D圖像編輯軟件,可以識(shí)別CT和MRI圖像掃描數(shù)據(jù),建立空間模型并編輯,可以對(duì)骨折局部進(jìn)行拆解并模擬復(fù)位,了解復(fù)位過程中局部對(duì)合情況,從而減少術(shù)中反復(fù)復(fù)位的次數(shù)[7]。本課題組2015-01～2017-01將3D打印聯(lián)合Minmics軟件應(yīng)用于肘關(guān)節(jié)骨折中,取得了良好效果,現(xiàn)報(bào)道如下。

1 材料與方法

1.1 一般資料

20例患者因外傷或車禍等原因,自行或由急救車送入我院,按照入院順序依次分入兩組。

3D打印聯(lián)合Minmics軟件組:共計(jì)10例患者,進(jìn)行了平均12個(gè)月的隨訪,男性5例,女性5例;年齡31-63歲,平均(46.9±1.3)歲。致傷原因:車禍傷6例,墜落傷3例,摔倒1例。致傷至手術(shù)時(shí)間平均5 d。術(shù)前完善肘關(guān)節(jié)CT三維重建,3D打印實(shí)物模型,應(yīng)用Minmics軟件術(shù)前拆解骨折局部,了解對(duì)位情況,模擬手術(shù)對(duì)骨折進(jìn)行復(fù)位。

常規(guī)手術(shù)組:共計(jì)10例患者,進(jìn)行了平均12個(gè)月的隨訪,男性6例,女性4例;年齡26-56歲,平均(45.8±2.3)歲。致傷原因:車禍傷7例,跌倒1例,墜落傷2例。術(shù)前常規(guī)拍攝肘關(guān)節(jié)三維CT重建,通過影像學(xué)評(píng)估,確定手術(shù)方案。致傷至手術(shù)時(shí)間平均6 d。

兩組間年齡、性別、致傷原因等比較差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05),具有可比性。兩組病例基本資料見表1。

表1 兩組患者基本資料比較

Table 1 Comparison of basic data between the two groups

組別n年齡(歲)男/女致傷原因(車禍傷/跌倒/墜落傷)3D打印聯(lián)合Minmics軟件組1046.9±1.35/56/3/1常規(guī)手術(shù)組1045.8±2.36/47/1/2 t/X2-2.6713.9825.320 P0.0720.1710.097

病例納入標(biāo)準(zhǔn):①新鮮骨折,受傷至手術(shù)時(shí)間小于3周;②尺骨鷹嘴、冠狀突骨折伴有橈骨小頭骨折,肱骨髁間粉碎性骨折及二者合并等復(fù)雜肘關(guān)節(jié)骨折;③無心血管、呼吸和精神系統(tǒng)疾病,可耐受手術(shù);④臨床病例資料完整,并對(duì)本研究知情同意者。

病例排除標(biāo)準(zhǔn):①陳舊性骨折,受傷至手術(shù)時(shí)間大于3周;②病理性骨折;③基礎(chǔ)體質(zhì)較差,無法耐受手術(shù);④臨床病例資料不完整,失訪的病人。

1.2 手術(shù)方式

3D打印聯(lián)合Minmics軟件組,典型病例見圖1。術(shù)前拍攝肘關(guān)節(jié)正側(cè)位片,確定手術(shù)部位(見圖1A,1B),行肘關(guān)節(jié)CT三維重建(見圖1C),明確粉碎性骨折移位情況。3D打印實(shí)體模型(見圖1D),直觀了解骨折情況,為選擇合適內(nèi)固定和適當(dāng)手術(shù)方式提供理論依據(jù)。將掃描數(shù)據(jù)刻盤導(dǎo)入Mimics 15.0軟件,建立患者肘關(guān)節(jié)數(shù)字模型,骨折碎塊用不同顏色標(biāo)注,使臨床大夫更加明確粉碎性骨折的移位情況(見圖1E),利用軟件拆解骨折局部,并進(jìn)行虛擬復(fù)位,了解復(fù)位過程中,拼接對(duì)合骨塊注意事項(xiàng),為實(shí)際操作縮短手術(shù)時(shí)間奠定基礎(chǔ)(見圖1F,1G)。

10例病人中9例在臂叢麻醉下進(jìn)行,1例在全麻下進(jìn)行。麻醉滿意,上臂中上1/3止血帶固定,壓力35 kPa,時(shí)間60 min,常規(guī)消毒、鋪巾,沿肘關(guān)節(jié)后方做長(zhǎng)約13 cm切口,空心螺釘固定尺骨冠狀突后,用解剖鋼板固定尺骨鷹嘴。用2枚空心螺釘固定橈骨小頭骨折塊,使得肱橈關(guān)節(jié)面平整,檢測(cè)肘關(guān)節(jié)穩(wěn)定性,發(fā)現(xiàn)外側(cè)副韌帶受損,隨即用帶線鉚釘予以固定,透視見骨折位置復(fù)位良好(見圖1H),術(shù)畢,放置引流管后逐層縫合傷口。

常規(guī)手術(shù)組:術(shù)前拍攝肘關(guān)節(jié)三維CT重建,通過影像學(xué)評(píng)估,確定手術(shù)方案,10例患者均在臂叢麻醉下進(jìn)行。手術(shù)方式同上。

1.3 術(shù)后處理

兩組術(shù)后采用帶鉸鏈關(guān)節(jié)的支具輔助外固定。術(shù)后常規(guī)給予止痛、消腫、抬高患肢等對(duì)癥治療。術(shù)后第3天開始進(jìn)行被動(dòng)適度肘關(guān)節(jié)活動(dòng)。術(shù)后2周拆線,出院后每6周復(fù)查肘關(guān)節(jié)正側(cè)位片。

A,B.術(shù)前肘關(guān)節(jié)正側(cè)位片;C,D.術(shù)前肘關(guān)節(jié)三維CT重建圖像和3D打印模型;E.不同顏色標(biāo)記骨折碎塊;F,G.分離拆解模擬復(fù)位骨折;H.術(shù)后透視骨折復(fù)位良好圖1 3D打印聯(lián)合Minmics軟件治療肘關(guān)節(jié)粉碎性骨折Figure 1 The 3D printing assisted in Minmicssoftware in the treatment of elbow comminuted fracture

1.4 療效評(píng)價(jià)

3D打印聯(lián)合Minmics軟件組和常規(guī)手術(shù)組從以下兩個(gè)方面進(jìn)行評(píng)價(jià):①肘關(guān)節(jié)功能評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)(Mayo評(píng)分)[8];②切口長(zhǎng)度、出血量、手術(shù)時(shí)間、透視次數(shù)、住院時(shí)間;③術(shù)后12個(gè)月肘關(guān)節(jié)活動(dòng)度(屈曲、伸直、旋前、旋后)。

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理

采用SPSS18.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行分析。數(shù)據(jù)以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示,3D打印聯(lián)合Minmics軟件組和常規(guī)手術(shù)組年齡、手術(shù)情況,Mayo評(píng)分,肘關(guān)節(jié)活動(dòng)度比較采用t檢驗(yàn),一般資料中性別和致傷原因比較采用卡方檢驗(yàn),檢驗(yàn)水準(zhǔn)α=0.05。

2 結(jié)果

2.1 手術(shù)情況評(píng)估

3D打印聯(lián)合Minmics軟件組和常規(guī)手術(shù)組在切口長(zhǎng)度和住院時(shí)間等方面,差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義;而在出血量、手術(shù)時(shí)間和透視次數(shù)等方面,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05,見表2)。常規(guī)對(duì)照組術(shù)后2例病人局部傷口有淡紅色液體滲出,給予每日換藥和局部理療后愈合。

表2 兩組手術(shù)過程各項(xiàng)指標(biāo)比較

Table 2 Indicators of surgical procedure in two groups

組別n切口長(zhǎng)度(cm)出血量(ml)手術(shù)時(shí)間(h)透視次數(shù)(次)住院時(shí)間(d) 3D打印聯(lián)合Minmics軟件組1013.1±1.65153.3±23.92.1±0.38.7±1.614.7±0.6 常規(guī)手術(shù)組1013.9±1.27246.3±34.72.9±0.411.1±1.215.1±1.1 t-3.971-14.320-12.561-7.675-4.851 P0.1200.0240.0130.0210.213

2.2 術(shù)后影像學(xué)評(píng)估

術(shù)后3 d 3D打印聯(lián)合Minmics軟件組和常規(guī)組復(fù)查肘關(guān)節(jié)三維CT可見骨折固定牢靠,關(guān)節(jié)面平整,力線恢復(fù)可(見圖2A-D)。術(shù)后6周拍攝肘關(guān)節(jié)正側(cè)位片可見骨折線模糊,較術(shù)前愈合傾向明顯(見圖2E,F)。

2.3 Mayo功能評(píng)分比較

兩組術(shù)后3個(gè)月、6個(gè)月、12個(gè)月Mayo評(píng)分與術(shù)前比較,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05);其中,術(shù)后6個(gè)月評(píng)分高于術(shù)后3個(gè)月,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05);術(shù)后12個(gè)月評(píng)分與術(shù)后6個(gè)月比較,差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。兩組術(shù)前評(píng)分差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義,術(shù)后3個(gè)月、6個(gè)月、12個(gè)月3D打印聯(lián)合Minmics軟件組評(píng)分明顯高于常規(guī)手術(shù)組,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05,見表3)。

A-D.術(shù)后3 d肘關(guān)節(jié)三維CT重建圖像;E,F.術(shù)后6周肘關(guān)節(jié)正側(cè)位片圖2 術(shù)后3 d和6周3D打印聯(lián)合Minmics軟件組影像學(xué)表現(xiàn)Figure 2 Imaging in 3D printing assisted in Minmics software group 3 d and 6 weeks after operation

2.4 兩組術(shù)后12個(gè)月肘關(guān)節(jié)活動(dòng)度比較

術(shù)后12個(gè)月,3D打印聯(lián)合Minmics軟件組肘關(guān)節(jié)活動(dòng)度在屈曲、伸直、旋前和旋后方面優(yōu)于常規(guī)手術(shù)組,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05,見表4),但是二者活動(dòng)度均無法完全恢復(fù)到傷前狀態(tài),與健側(cè)相比活動(dòng)度仍然在一定程度上受到限制。

表3 兩組病人手術(shù)前后肘關(guān)節(jié)Mayo功能評(píng)分(分)

Table 3 Mayo functional score of elbow joint before and after operation in two groups(scores)

組別n術(shù)前術(shù)后3個(gè)月 術(shù)后6個(gè)月 術(shù)后12個(gè)月 3D打印聯(lián)合Minmics軟件組1033.2±3.767.7±6.4?87.6±4.3?#89.2±2.7?# 常規(guī)手術(shù)組1031.7±6.756.7±4.1?71.9±5.1?#74.4±3.9?# t-2.756 -7.456 -8.563 -5.367 P0.2110.0370.0190.006

與術(shù)前相比,*P<0.05;與術(shù)后3個(gè)月比較,#P<0.05

表4 術(shù)后12個(gè)月患者肘關(guān)節(jié)活動(dòng)度比較(°)

Table 4 Comparison of elbow motion between two groups at 12 months after operation(°)

組別n屈曲伸直?旋前旋后 3D打印聯(lián)合Minmics軟件組10120.7±3.29.4±3.173.6±2.976.4±2.1 常規(guī)手術(shù)組10104.5±4.617.3±2.764.3±4.267.2±3.3 t-13.237 -10.161 -6.510 -7.369 P0.0270.0120.0010.013

*患者術(shù)后12個(gè)月肘關(guān)節(jié)無法完全達(dá)到伸直中立位,表中伸直度數(shù)是以伸直中立位(0°)為參照的屈曲度數(shù)

3 討論

肘關(guān)節(jié)是全身穩(wěn)定性最強(qiáng)的關(guān)節(jié)之一,對(duì)于上肢功能的維持十分重要。在受外界暴力時(shí)(車禍、墜落、跌倒),容易發(fā)生脫位和骨折,如若處理不恰當(dāng),往往會(huì)造成后期關(guān)節(jié)功能障礙[9]。由于其涉及的關(guān)節(jié)面和韌帶較多,保守治療通常不能起到理想效果,所以切開復(fù)位內(nèi)固定就成為治療這種骨折的主流方式[10]。手術(shù)的目的[11-13]在于:①恢復(fù)關(guān)節(jié)面的平整:外界暴力所致的骨折往往會(huì)損傷橈骨小頭、尺骨鷹嘴及冠狀突,手術(shù)可以通過解剖復(fù)位減少后期關(guān)節(jié)功能的喪失;②修復(fù)韌帶:肘關(guān)節(jié)內(nèi)外側(cè)的韌帶是維持穩(wěn)定的重要裝置,外傷所造成的損傷往往需要通過帶線鉚釘予以固定,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定裝置的重建;③促進(jìn)患肢功能鍛煉:內(nèi)固定術(shù)后局部穩(wěn)定,可以早期進(jìn)行功能鍛煉,避免僵直,進(jìn)而提高術(shù)后肘關(guān)節(jié)的功能。

既往手術(shù)方案的制定往往依靠X線、CT、MRI等常規(guī)影像學(xué)手段,這就要求醫(yī)生具備豐富的手術(shù)經(jīng)驗(yàn),且非常熟悉手術(shù)入路和局部解剖。然而,對(duì)于基層醫(yī)生和年輕大夫而言,難以做到這些,如何解決上述問題,值得臨床工作者進(jìn)一步探討。3D打印作為數(shù)字骨科的一部分,可以精確打印骨折局部,所獲得的數(shù)字化實(shí)體模型,實(shí)現(xiàn)了由二維到三維、平面到立體、虛擬到現(xiàn)實(shí)的轉(zhuǎn)變,提供了比醫(yī)學(xué)影像資料更加詳細(xì)的解剖學(xué)信息,使得醫(yī)生術(shù)前更加清晰直觀地了解骨折情況,有利于術(shù)前選擇合適長(zhǎng)度的鋼板[14-16]。Minmics軟件是3D圖像編輯軟件,通過建立空間模型可以編輯骨折局部圖像,將骨折碎塊用不同顏色標(biāo)記,明確骨折塊的類型和具體部位;可以對(duì)骨折局部進(jìn)行拆解并模擬復(fù)位,了解復(fù)位過程中局部對(duì)合情況,明確粉碎性骨折復(fù)位順序[6]。

本課題將3D打印聯(lián)合Minmics軟件的方法應(yīng)用于肘關(guān)節(jié)骨折的治療中,與常規(guī)手術(shù)組相比,可減少術(shù)中出血量,縮短手術(shù)時(shí)間,降低透視次數(shù),增加術(shù)后Mayo評(píng)分及術(shù)后12個(gè)月肘關(guān)節(jié)活動(dòng)度,究其原因在于3D打印聯(lián)合Minmics軟件組根據(jù)3D打印實(shí)體模型,術(shù)前可以選擇合適長(zhǎng)度鋼板并進(jìn)行預(yù)彎,使得臨床醫(yī)師在術(shù)前做到心中有數(shù),從而縮減了術(shù)中反復(fù)復(fù)位和做皮下隧道的次數(shù),進(jìn)而縮短了手術(shù)時(shí)間和住院時(shí)間,降低了術(shù)中透視的次數(shù);采用Minmics軟件模擬復(fù)位,了解復(fù)位所需注意事項(xiàng)及步驟數(shù),提高復(fù)位優(yōu)良率,從而提高術(shù)后肘關(guān)節(jié)Mayo評(píng)分及活動(dòng)度;采用切開復(fù)位內(nèi)固定術(shù)通過恢復(fù)關(guān)節(jié)面平整,修復(fù)韌帶系統(tǒng),重建穩(wěn)定裝置,可以顯著改善術(shù)后關(guān)節(jié)功能,且經(jīng)過一段時(shí)間康復(fù)鍛煉,在6個(gè)月的時(shí)候肘關(guān)節(jié)功能可達(dá)到最大程度恢復(fù),但是,我們也發(fā)現(xiàn)其功能恢復(fù)的程度較健側(cè)肢體仍然有差距,大多數(shù)病人的肘關(guān)節(jié)活動(dòng)度仍然無法完全恢復(fù)到傷前正常狀態(tài)。

綜上所述,我們認(rèn)為3D打印聯(lián)合Minmics軟件對(duì)于肘關(guān)節(jié)骨折的治療有著重要意義,可以因人而異制定個(gè)體化的手術(shù)方案,從而縮短手術(shù)時(shí)間,減少出血量,降低透視次數(shù),改善術(shù)后肘關(guān)節(jié)功能,值得臨床推廣應(yīng)用。