3D打印技術(shù)配合預(yù)制接骨板在骨關(guān)節(jié)創(chuàng)傷微創(chuàng)治療中的應(yīng)用研究*

安曉龍,付 軍,藺廣生

1.空軍軍醫(yī)大學(xué)西京醫(yī)院骨科(西安 710032)；2.陜西省志丹縣人民醫(yī)院骨科(延安 717500)；3.陜西省延安市人民醫(yī)院骨三科(延安 716000)

骨關(guān)節(jié)創(chuàng)傷是骨科領(lǐng)域常見的疾病之一，多為外力因素所致，受傷機制主要是暴力傳導(dǎo)或直接受力導(dǎo)致骨骼斷裂，常伴有關(guān)節(jié)軟骨損傷，以及關(guān)節(jié)周圍軟組織受損，嚴(yán)重時危及血管神經(jīng)。骨關(guān)節(jié)創(chuàng)傷可發(fā)生于不同年齡段。關(guān)節(jié)內(nèi)骨折如果未獲得解剖復(fù)位，關(guān)節(jié)的局部承受壓力過于集中，關(guān)節(jié)面骨質(zhì)容易發(fā)生疲勞性磨損。由于關(guān)節(jié)周圍組織結(jié)構(gòu)復(fù)雜，其骨骼與周圍組織共同構(gòu)成一個完整的功能單位，一起協(xié)同完成關(guān)節(jié)功能。關(guān)節(jié)運動對生物力學(xué)的要求較高，關(guān)節(jié)內(nèi)骨折對復(fù)位要求相對嚴(yán)格，加之關(guān)節(jié)周圍軟組織致密，尤其是肌腱和韌帶結(jié)構(gòu)為細胞成分少、纖維成分多，而且皮下組織層薄，血運相對差，手術(shù)治療常造成切口愈合不良、軟組織及骨質(zhì)感染、疤痕攣縮等手術(shù)并發(fā)癥幾率高。選擇在合理保護軟組織血運的前提下，能良好復(fù)位固定骨折的手術(shù)方案，才能夠有效降低手術(shù)并發(fā)癥，最大程度恢復(fù)關(guān)節(jié)功能。

本研究回顧性分析2015年7月至2018年12月對53例骨關(guān)節(jié)創(chuàng)傷病例進行分組對照，將骨骼影像進行三維重建，利用3D打印技術(shù)進行成型，在術(shù)前對骨骼模型模擬復(fù)位，設(shè)計接骨板，并科學(xué)預(yù)制，模擬固定。術(shù)中采用微創(chuàng)復(fù)位固定技術(shù)，取得滿意療效。

資料和方法

1 一般資料 本組納入病例53例，男39例，女14例；年齡26～79歲，平均47.3歲；其中肱骨上段骨折3例，脛骨平臺骨折19例，脛骨遠端骨折31例；合并有膝關(guān)節(jié)周圍軟組織挫傷5例，踝關(guān)節(jié)周圍軟組織挫傷22例。根據(jù)相同部位骨折隨機分配方法，將患者分為兩組：采用3D打印技術(shù)配合預(yù)制接骨板微創(chuàng)手術(shù)治療的微創(chuàng)組27例，其中男17例，女10例，年齡33～79歲，平均49.6歲；其中肱骨上段骨折1例，脛骨平臺骨折9例，脛骨遠端骨折17例。采用傳統(tǒng)的切開復(fù)位內(nèi)固定手術(shù)治療的對照組26例，其中男22例，女4例，年齡26～58歲，平均40.7歲；其中肱骨上段骨折2例，脛骨平臺骨折9例，脛骨遠端骨折15例。手術(shù)操作者為同一組醫(yī)師完成。兩組患者術(shù)前一般資料的比較差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)，具有可比性，見表1。所有患者術(shù)前接受X線片檢查，遠、近折端以外完整骨骼的各5 cm處之間的范圍，進行CT平掃加三維重建。納入標(biāo)準(zhǔn)：①肱骨上段、股骨上段、股骨下段、脛骨上段、脛骨下段累及到關(guān)節(jié)面的骨折病例；②年齡為23歲以上的成年患者；③無肢體發(fā)育畸形；④局部皮膚無感染、無皮膚病及腫瘤病變患者； ⑤患者及其家屬同意接受微創(chuàng)治療手術(shù)。排除標(biāo)準(zhǔn)：①具有手術(shù)禁忌證的患者；②Gustilo-Anderson Ⅱ型以上開放性骨折，軟組織條件較差的患者；③關(guān)節(jié)周圍軟組織攣縮，嚴(yán)重影響關(guān)節(jié)功能的患者；④合并肢體血管或神經(jīng)損傷，需要術(shù)中探查的患者；⑤依從性低，不能配合功能鍛煉的患者；⑥術(shù)后不能隨訪的患者。

表1 微創(chuàng)組與對照組患者術(shù)前一般資料的比較

2 研究方法

2.1 術(shù)前準(zhǔn)備:將病例患肢骨折部位進行CT平掃(層厚0.5～0.6 mm)，所得數(shù)據(jù)進行處理后，輸入3D打印圖像處理軟件，進行三維重建，設(shè)置骨骼模型保留長度和打印范圍，建立骨塊之間的連接及支撐，然后將處理好的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成3D打印機可讀取的數(shù)據(jù)。在打印機上，應(yīng)用高分子材料進行熱熔陣型堆積，打印成模型。要求模型的大小同病例骨骼1∶1的比例，形態(tài)與骨骼骨折后一致，在模型上保留可分辨的所有游離骨塊。同一模型打印兩個。

對模型進行處理后，沿骨折線，用雕刻刀切開模型的各個骨塊，根據(jù)骨骼解剖結(jié)構(gòu)，將骨塊逐一復(fù)位，用液態(tài)速干膠將復(fù)位后的骨塊逐一粘接固定。選擇合適接骨板，依照骨骼模型，進行比量，將接骨板進行折彎預(yù)制，使之長度、角度符合固定要求，與骨面貼覆。

將預(yù)制好的接骨板先用軟水常規(guī)清洗，再用酶清洗劑清洗后，進行高溫高壓滅菌消毒；同時將另外1個模型用軟水常規(guī)清洗，低溫等離子進行消毒后，備術(shù)中參照觀摩。

2.2 手術(shù)方法:患者麻醉后，采用合適體位，肢體消毒鋪巾，在C型臂X光機透視下，通過手法間接復(fù)位，配合應(yīng)用克氏針經(jīng)皮撬撥復(fù)位游離骨塊，復(fù)位過程中，結(jié)合模型形態(tài)，更有利于達到解剖復(fù)位效果。復(fù)位過程中，合理保護軟組織，防止骨塊及克氏針損傷周圍血管及神經(jīng)。復(fù)位滿意后，按照術(shù)前在模型上設(shè)計的接骨板位置，在接骨板預(yù)置部位遠離關(guān)節(jié)的一端，經(jīng)皮膚切一小口，避開神經(jīng)、血管及肌腱，顯露骨質(zhì)，經(jīng)切口在骨膜下潛行剝離一隧道，隧道與預(yù)制接骨板長度、寬度一致，將預(yù)制好的接骨板經(jīng)切口置入骨膜下，使之與骨面貼覆，X光機透視見骨折復(fù)位良好后，在導(dǎo)航下，經(jīng)皮在骨質(zhì)上鉆孔，擰入相應(yīng)長度螺釘固定。透視檢查骨折復(fù)位情況及固定效果，滿意后，徹底沖洗切口，放置引流管，應(yīng)用可吸收線無張力縫合，引流管接負(fù)壓引流器。肢體適當(dāng)加壓包扎，術(shù)后患肢抬高，緩解骨膜剝離處出血。

術(shù)后記錄手術(shù)時間、術(shù)中出血量，觀察肢體血運及腫脹情況，拍攝肢體手術(shù)區(qū)域X線片。早期肢體無痛、不負(fù)重功能鍛煉。記錄手術(shù)切口是否出現(xiàn)感染、愈合延期等并發(fā)癥，應(yīng)用相應(yīng)的關(guān)節(jié)功能評分標(biāo)準(zhǔn)進行評估并記錄。

2.3 術(shù)后隨訪及療效評價:術(shù)后應(yīng)用統(tǒng)計學(xué)將微創(chuàng)組與對照組的手術(shù)時間、術(shù)中出血量、切口長度進行分析。同時對比兩組手術(shù)的固定效果、術(shù)后軟組織腫脹程度、肢體血運情況、切口愈合效果、早期功能情況等；術(shù)后每2周進行回訪，綜合評價關(guān)節(jié)功能評分。

結(jié) 果

1 微創(chuàng)組與對照組手術(shù)時間、術(shù)中出血量 微創(chuàng)組與對照組術(shù)后隨訪12～20個月，平均隨訪12.9個月。兩組患者手術(shù)時間平均分別為(90.8±10.7)min、(111.9±11.3)min，組間比較差異有統(tǒng)計學(xué)意義(t=6.982，P=0.000)。微創(chuàng)組與對照組術(shù)中出血量平均分別為(137.2±12.6) ml、(358.5±11.7) ml，組間比較差異有統(tǒng)計學(xué)意義(t=66.194，P=0.000，表2)。微創(chuàng)組手術(shù)切口較對照組明顯小，對軟組織創(chuàng)傷輕。

表2 微創(chuàng)組與對照組手術(shù)時間、術(shù)中出血量

2 術(shù)后隨訪 兩組所有病例均獲得骨性愈合。隨訪結(jié)果，根據(jù)關(guān)節(jié)功能評價評定療效，微創(chuàng)組優(yōu)16例，良11例；對照組優(yōu)9例，良8例，可9例。優(yōu)良率83%。

討 論

1 骨關(guān)節(jié)損傷治療的要點 關(guān)節(jié)周圍骨折占肢體骨折的50%～56%[1]。原則上，關(guān)節(jié)內(nèi)骨折移位形成0.1 cm以上的平面差就需要手術(shù)治療[2]。目前觀點認(rèn)為，治療牽涉關(guān)節(jié)面的肢體長骨骨折，重點在于關(guān)節(jié)面的解剖復(fù)位，恢復(fù)關(guān)節(jié)形態(tài)學(xué)結(jié)構(gòu)，其次是肢體長度的恢復(fù)，力線的還原、無旋轉(zhuǎn)，還有堅強有效的內(nèi)固定，是保證關(guān)節(jié)早期功能鍛煉的基礎(chǔ)。關(guān)節(jié)面的平整和結(jié)構(gòu)恢復(fù)，能夠有效防止后期創(chuàng)傷性關(guān)節(jié)炎的發(fā)生[3]。減少對軟組織血運的阻斷，能有效促進切口早期愈合，防止軟組織感染導(dǎo)致的骨、內(nèi)固定物外露，甚至骨髓炎發(fā)生；同時能減少骨膜的破壞，縮短骨質(zhì)愈合時間。軟組織條件的保護還緩解肢體疼痛，可以早期無痛功能鍛煉，能有效防止關(guān)節(jié)僵直。

另外，肢體骨折的閉合復(fù)位手法要求相對較高，不恰當(dāng)?shù)牟僮骰蚍磸?fù)復(fù)位會造成軟組織的進一步損傷。因此在復(fù)位時要小心謹(jǐn)慎，不可盲目牽引和過度用力操作而破壞軟組織的連接。同時要分辨軟組織的內(nèi)部交鎖阻擋[4]，合理應(yīng)用合頁作用進行復(fù)位，防止骨塊不穩(wěn)定。在內(nèi)固定物置入時，有效保護其周圍軟組織是關(guān)鍵，注意防止卡壓血管、神經(jīng)和肌腱，不可在腱鞘下形成橋型跨越，以防后期肢體功能受限甚至肌腱磨損斷裂。

治療累計關(guān)節(jié)面的關(guān)節(jié)周圍骨折，關(guān)節(jié)面達到解剖復(fù)位、肢體長度恢復(fù)、成角小于5°、力線恢復(fù)，是手術(shù)治療效果的基本條件。符合生物力學(xué)的固定方法，是骨骼愈合的關(guān)鍵所在。早期無痛有效功能鍛煉，是肢體功能恢復(fù)的保障。因此，進行手術(shù)合理的設(shè)計和周密的術(shù)前準(zhǔn)備，是追求手術(shù)效果的關(guān)鍵所在。術(shù)前要認(rèn)真分析骨折形態(tài)，制定復(fù)位和固定方法，設(shè)計最小創(chuàng)傷的手術(shù)切口和內(nèi)固定置入方案。然而通過傳統(tǒng)的影像學(xué)閱片，很難對骨折形態(tài)、關(guān)節(jié)骨折后的病理結(jié)構(gòu)有全面的認(rèn)識。而近年來興起的單純建立3D打印模型用于術(shù)前或術(shù)中的觀摩和對比，一定程度上只是增加了對骨折形態(tài)的判斷和認(rèn)識，仍然沒有將其作用進一步挖掘和發(fā)揮。

2 技術(shù)應(yīng)用的原理及意義 在骨科專業(yè)方面，3D打印技術(shù)目前主要應(yīng)用于骨骼及瘤體打印，用于輔助醫(yī)學(xué)教學(xué)、治療方案的擬定、手術(shù)技巧的設(shè)計、外固定裝置的個體化設(shè)計[5]，以及體內(nèi)特殊假體打印植入[6]等，并取得良好效果。手術(shù)輔助材料的打印對疾病的診斷和治療有著重要的臨床意義，例如在復(fù)雜骨折的分型、脊柱側(cè)彎的分型、骨腫瘤的鑒別、關(guān)節(jié)損傷的嚴(yán)重程度判斷等方面，目前已得到專業(yè)領(lǐng)域的廣泛認(rèn)可。

創(chuàng)傷骨科所面對的病例具有很大的隨機性和完全的獨特性，每一例病例受傷機制不同，機體損傷結(jié)果也有所區(qū)別，具體治療細節(jié)也不相同[7]。所以在制定診療方案中，應(yīng)用3D打印技術(shù)，將骨骼按照1∶1 的比例進行實體三維成型，首先進行明確、規(guī)范診斷，其次結(jié)合實體模型進行分析研究，甚至應(yīng)用工科技術(shù)和醫(yī)學(xué)解剖知識相結(jié)合，對模型進行個體化的加工重組，模擬骨折復(fù)位，再根據(jù)骨科復(fù)位固定要求及骨骼生物力學(xué)原理，設(shè)計出個體化的內(nèi)固定材料。通過術(shù)前的診斷、分析，以及模擬復(fù)位固定、材料準(zhǔn)備，術(shù)中制定最微創(chuàng)的方法，進行骨塊復(fù)位，精確規(guī)劃手術(shù)區(qū)域的有限顯露，預(yù)先設(shè)計結(jié)構(gòu)定型的固定材料，合理植入最大程度符合AO內(nèi)固定原理的內(nèi)植物裝置。通過以上方法，能最大程度減小手術(shù)及治療的創(chuàng)傷，縮短手術(shù)時間；同時減少手術(shù)出血，降低輸血風(fēng)險，緩解目前全社會血源不足現(xiàn)狀；提高手術(shù)的精確度和準(zhǔn)確性，改進治療效果，提高痊愈率；減少手術(shù)并發(fā)癥，降低創(chuàng)傷的致殘率，提升骨科對疑難復(fù)雜損傷的治療能力。

目前3D打印設(shè)備及材料的成本高、相關(guān)軟件知識產(chǎn)權(quán)等問題[8]，是此項技術(shù)在醫(yī)學(xué)專業(yè)領(lǐng)域推廣的壁壘；另外，3D打印技術(shù)目前處于發(fā)展的初級階段，其應(yīng)用技術(shù)仍未達到一定高度，所打印模型的精細化程度不高的問題，仍需進一步解決和提升。

綜上，通過 3D打印技術(shù)配合預(yù)制接骨板的方法治療骨關(guān)節(jié)損傷，能夠達到精準(zhǔn)操作，解剖復(fù)位。能提高手術(shù)準(zhǔn)確性，縮短手術(shù)時間，減少創(chuàng)傷及出血。能有效減少手術(shù)副損傷及并發(fā)癥，術(shù)后能夠早期功能鍛煉，促進肢體功能恢復(fù)。三維成像實體模型還可以預(yù)先掌握手術(shù)會遇到的各種問題，從而使手術(shù)的安全性大大提高[9]；術(shù)中也可以隨時參考模型，進行閉合復(fù)位固定，減小甚至無需切口，能保護骨膜的完整性，縮短骨質(zhì)愈合時間[10]。術(shù)后軟組織疤痕小，不影響外觀及功能。三維成像實體模型結(jié)合定制固定裝置，在手術(shù)操作中能夠起到手術(shù)導(dǎo)航作用[11]，一般情況下能夠置釘一次性成功，有效解決特殊部位的螺釘置入難度及術(shù)中反復(fù)調(diào)整的問題，從而獲得更滿意手術(shù)效果，符合精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)要求。