3D打印引導(dǎo)鈦網(wǎng)在成年人顱骨缺損修補(bǔ)中的應(yīng)用

張毅 彭強(qiáng) 吳陽 王蕾 戴勇 倪娟

顱骨修補(bǔ)術(shù)是針對各種因素導(dǎo)致的顱骨缺損進(jìn)行修補(bǔ)、填充的神經(jīng)外科手術(shù)[1]。常規(guī)的顱骨修補(bǔ)術(shù)是根據(jù)患者缺損部位、 大小及形狀進(jìn)行人工修剪鈦網(wǎng)的一期修補(bǔ)，其手工塑形誤差大，制作的修復(fù)假體個體契合性差，精準(zhǔn)度低，不能滿足術(shù)后美觀、舒適的要求。3D 打印技術(shù)可運用軟件進(jìn)行分層制造、逐層疊加，通過掃描圖像模擬構(gòu)造三維立體形態(tài)，臨床效果好，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，尤其在骨關(guān)節(jié)及頜面外科修補(bǔ)正畸方向，近年來在神經(jīng)外科顱骨修補(bǔ)方面亦開展運用[2,3]。本文就3D 打印技術(shù)在臨床顱骨精準(zhǔn)個體化修補(bǔ)中的應(yīng)用進(jìn)行探討。

一、資料與方法

1.研究對象：選取南通大學(xué)第二附屬醫(yī)院神經(jīng)外科自2017年1月至2018年12月收治的39 例顱骨缺損患者為研究對象，其中常規(guī)修補(bǔ)術(shù)患者11 例（對照組），基于3D 打印技術(shù)進(jìn)行鈦網(wǎng)顱骨修補(bǔ)術(shù)患者28 例（試驗組）。試驗組中男性21 例，女性7例，年齡范圍18～61 歲，年齡（43.71±12.33）歲；顱骨缺損：額顳13 例，顳頂6 例，額顳頂5 例，額頂2 例，頂枕2 例；平均缺損面積8.2 cm×10.7 cm。對照組中男性9 例，女性2 例，年齡范圍18～58 歲，年齡（41.73±12.13）歲；顱骨缺損：額顳4 例，顳頂2 例，額顳頂3 例，額頂1 例，頂枕1 例；平均缺損面積7.8 cm×11.2 cm。39 例患者顱骨缺損原因均為顱腦創(chuàng)傷開顱去骨瓣減壓，手術(shù)至修補(bǔ)時間平均3 個月。2組患者的性別差異、年齡、平均缺損面積比較差異均無統(tǒng)計意義（P＞0.05）（表1）。

表1 2組患者一般資料比較

2.操作平臺：計算機(jī)配置：處理器：Inter Corei5-6200U CPU，安裝內(nèi)存：16.0 GB，系統(tǒng)類型：Windows7 64 位操作系統(tǒng)，基于x64 的處理器，顯示器分辨率：1920×1080，Mimics 16.0 圖像處理軟件；MakerBot Replicator2 3D 打印機(jī)：定位精度：XY 軸：0.011 mm，Z 軸：0.0025 mm；單個噴嘴直徑0.4 mm。軟件：MakerWare 1.0.2。

3.術(shù)前影像學(xué)檢查與鈦網(wǎng)的制備：所有患者術(shù)前均行頭部CT 掃描，將試驗組患者的顱骨CT 圖像以DICOM 格式導(dǎo)入Mimics 軟件，通過Mimics 鏡像法進(jìn)行顱骨缺損模型設(shè)計，顱骨缺損修補(bǔ)假體模型建立后，以STL 格式保存并導(dǎo)入傳遞給MakerBot Replicator2 3D 打印機(jī)，運用MakerWare 軟件對顱骨模型進(jìn)行校驗和修正[4]。根據(jù)模型的數(shù)據(jù)使用數(shù)字化設(shè)備進(jìn)行塑型，制作出與缺損相匹配的鈦網(wǎng)。鈦網(wǎng)的邊緣應(yīng)超過缺損邊緣約1 cm，以便固定。塑型成功的鈦網(wǎng)經(jīng)消毒后備用。個體化純鈦修復(fù)體的化學(xué)成分符合中國國家標(biāo)準(zhǔn)——《外科植入物用鈦及鈦合金加工材》GB/T13810-2007。

4.手術(shù)過程：試驗組患者均在全麻下原手術(shù)切口處切開，逐層切開充分暴露顱骨缺損的邊緣，鈦網(wǎng)已高壓滅菌消毒，不作任何裁剪覆蓋在骨窗上，與缺損骨面契合并鈦釘固定。對照組患者進(jìn)行麻醉、手術(shù)區(qū)域逐層暴露，高壓滅菌消毒鈦網(wǎng)進(jìn)行修理剪裁與骨面契合，隨之鈦釘固定。2組患者中缺損范圍大者將骨窗中心硬腦膜懸吊固定于鈦網(wǎng)上避免出現(xiàn)硬膜外積液，皮下放置引流管，縫合頭皮并加壓包扎固定。術(shù)后均復(fù)查顱腦CT。所有患者術(shù)后均常規(guī)應(yīng)用抗感染及相關(guān)對癥支持處理。根據(jù)病情72 h 后拔除引流管。常規(guī)術(shù)后1 周左右拆線。

5.統(tǒng)計學(xué)分析：采用SPSS23.0 統(tǒng)計學(xué)軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，年齡、缺損面積、修補(bǔ)時間及鈦釘數(shù)等計量資料采用均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差（±s）表示，組間比較采用獨立樣本t 檢驗，性別、術(shù)后并發(fā)癥等計數(shù)資料采用率（%）表示，采用χ2檢驗。以P＜0.05 為差異具有統(tǒng)計學(xué)意義。

二、結(jié)果

試驗組手術(shù)修補(bǔ)時間為（95.18±8.51）min，較常規(guī)修補(bǔ)手術(shù)的（125.45±6.58）min 明顯縮短，同時鈦釘固定的數(shù)目為（9.39±1.42）個，較常規(guī)修補(bǔ)手術(shù)的（11.55±1.86）個明顯減少，差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05）。另外2組術(shù)后并發(fā)癥發(fā)生率差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05），其中對照組發(fā)生皮下積液2 例，試驗組發(fā)生皮下積液1 例，經(jīng)穿刺抽吸、加壓包扎之后均好轉(zhuǎn)。試驗組1 例稍有切口處紅腫，予以局部消毒及抗感染靜脈使用后好轉(zhuǎn)出院，其他患者均無手術(shù)切口感染、鈦網(wǎng)外露及鈦網(wǎng)感染，術(shù)后患者顱骨修補(bǔ)處外形較對側(cè)對稱，塑型效果隨訪滿意，術(shù)后3 個月內(nèi)隨訪經(jīng)臨床和CT 檢查，顱骨外形恢復(fù)良好，兩側(cè)基本對稱，頜下咬合關(guān)系恢復(fù)良好，說話語音清漸，無張口受限。對照組3 個月內(nèi)隨訪，臨床及CT 檢查發(fā)現(xiàn)2 例傷口感染皮下腫脹，經(jīng)腫脹切口引流和靜脈抗感染后，仍然傷口流膿，予以清除植骨塊和重鈦板后傷口痊愈，考慮植入失敗（表2）。

表2 2組患者顱骨修補(bǔ)術(shù)相關(guān)變量比較

三、討論

3D 打印技術(shù)又稱快速成型技術(shù)或增材制造技術(shù)，能運用軟件“分層制造、逐層疊加”，通過掃描圖像模擬構(gòu)造三維立體形態(tài)，利用環(huán)保安全可黏合材料打印構(gòu)造物理模型的一種快速新興技術(shù)[5,6]。常規(guī)的顱骨修補(bǔ)手術(shù)因術(shù)中手工塑形誤差大， 制作的修復(fù)假體個體匹配性差，不能滿足患者修復(fù)后美觀、舒適的要求。隨著科技的進(jìn)步，三維塑形鈦網(wǎng)修補(bǔ)也已經(jīng)在臨床廣泛應(yīng)用， 雖然能使個體適配性和外觀美容得到大幅改善， 但當(dāng)顱骨缺損發(fā)生在曲面及解剖復(fù)雜的部位時，仍存在一些缺陷，而采用3D 打印下鈦網(wǎng)塑形能滿足個體適配性和外觀美容要求[7,8]。本文針對不同區(qū)域的顱骨缺損進(jìn)行3D 修補(bǔ)， 與常規(guī)修補(bǔ)術(shù)進(jìn)行比較， 探討3D 打印引導(dǎo)鈦網(wǎng)修補(bǔ)在成年人顱骨缺損中的臨床應(yīng)用價值。

研究前期， 筆者團(tuán)隊曾制造新西蘭兔顱骨缺損模型并運用3D 打印技術(shù)進(jìn)行預(yù)制兔骨性缺損的修復(fù)，術(shù)后1～6 個月血清和尿液中鈦離子濃度較術(shù)前明顯升高，第3 個月到達(dá)高峰；術(shù)后肺、肝、腎等臟器中鈦離子水平較對照組有明顯升高，其中術(shù)后1、3、6、12 個月鈦離子在脊髓中的蓄積均高于其他內(nèi)臟組織濃度。研究顯示鈦植入體在新西蘭兔體內(nèi)是相對安全的[9,10]。筆者團(tuán)隊進(jìn)一步將3D 打印技術(shù)運用到臨床患者顱骨精準(zhǔn)個體化修補(bǔ)中也取得了成功。本次試驗中28 例患者術(shù)前掃描的CT 影像圖片經(jīng)Mimics 軟件處理后可以精確進(jìn)行修補(bǔ)材料的面積及生理弧度調(diào)整，并運用MakerWare 軟件進(jìn)行個性化精確設(shè)計塑形， 制造出與缺損部分吻合良好的修復(fù)體，能還原復(fù)顱骨缺損部位的生理原貌；同時術(shù)中減輕術(shù)者勞動強(qiáng)度， 減少了鈦釘使用及多次手工塑型，降低了手術(shù)難度，且鈦網(wǎng)固定牢固，無浮動外露及感染， 同時手術(shù)時間較傳統(tǒng)的手工裁剪方式明顯縮短，頭部外觀較對側(cè)對稱，效果滿意。并且縮短了術(shù)后康復(fù)時間，增加了醫(yī)患雙方的滿意度。

另外本研究在病例年齡選擇方面，選擇成年18周歲以上人群。目前越來越多的領(lǐng)域開始關(guān)注尚處在生長發(fā)育階段的兒童甚至是嬰幼兒顱面缺損或畸形中使用堅強(qiáng)內(nèi)固定技術(shù)的可行性。李浩等[11]運用3D 打印技術(shù)輔助手術(shù)治療43 例平均年齡12 歲的重度脊柱側(cè)凸兒童， 通過研究認(rèn)為3D 打印技術(shù)的優(yōu)勢在于術(shù)中透視次數(shù)更少、手術(shù)時間縮短，但在矯正效果和并發(fā)癥控制方面則無明顯優(yōu)勢。生長發(fā)育期的患者是否是具備堅強(qiáng)內(nèi)固定技術(shù)的適應(yīng)人群，該技術(shù)對遠(yuǎn)期生長發(fā)育期顱面骨骼是否有抑制，目前沒有明確的建議。筆者團(tuán)隊在幼兔顱面缺損處進(jìn)行鈦網(wǎng)植入修復(fù)時， 出現(xiàn)了雙側(cè)顱骨的不對稱畸形發(fā)育，但未觀察到術(shù)處存在明顯積液、感染、血腫及鈦網(wǎng)松動、外露等嚴(yán)重情況，提示鈦離子及鈦網(wǎng)植入術(shù)操作本身是相對安全的[12]。

綜上所述，3D 打印技術(shù)與醫(yī)學(xué)結(jié)合的興起讓完美修補(bǔ)顱骨缺損成為可能，而鈦網(wǎng)作為修補(bǔ)材料也作為臨床的首選[13]。隨著打印技術(shù)的發(fā)展成熟，新型材料如聚醚醚酮及多種生物復(fù)合制劑開發(fā)及臨床投入，3D 打印技術(shù)引導(dǎo)下的臨床修補(bǔ)操作將在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域興起一次變革[14,15]。但是在臨床中運用鈦網(wǎng)進(jìn)行未成年人包括兒童及嬰幼兒顱骨缺損修補(bǔ)時需慎重考慮，術(shù)前充分溝通告知預(yù)后。