3D打印技術(shù)應(yīng)用于成年人手指關(guān)節(jié)置換術(shù)研究分析

嚴 純 孫達鋒 張維亞

手指關(guān)節(jié)創(chuàng)傷屬于臨床最為常見的骨科疾病，多數(shù)為創(chuàng)傷或者疾病導(dǎo)致手指關(guān)節(jié)的畸形與關(guān)節(jié)功能障礙，隨著病情進展影響患者關(guān)節(jié)功能，對患者生活質(zhì)量和身心健康產(chǎn)生嚴重的影響。目前，臨床治療手指關(guān)節(jié)創(chuàng)傷的方法包括開展移植關(guān)節(jié)手術(shù)、關(guān)節(jié)成形手術(shù)以及關(guān)節(jié)置換手術(shù)等，目的是恢復(fù)患者手指關(guān)節(jié)功能[1]。

近年來，隨著現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的飛速發(fā)展以及對手指關(guān)節(jié)解剖學(xué)的深入研究，傳統(tǒng)的人工假體材料在設(shè)計和遠期效果上得到明顯的改善，伴隨醫(yī)療技術(shù)的發(fā)展，3D打印技術(shù)在骨科廣泛應(yīng)用，具備精準化、個體化以及成本低等優(yōu)勢，在人工假體中的應(yīng)用發(fā)揮了重要作用[2]。本研究探討3D打印技術(shù)在手指關(guān)節(jié)置換中的效果，以期為臨床提供指導(dǎo)和依據(jù)。

1 資料與方法

1.1 一般資料

回顧性選取2016年5月至2017年8月在海安市人民醫(yī)院治療的46例(50指)掌指關(guān)節(jié)損傷患者，根據(jù)患者最終選取的治療方案將其分為觀察組(22例23指)和對照組(24例27指)。觀察組中男性13例，女性9例；年齡20～59歲，平均年齡(34.44±7.65)歲；體質(zhì)量指數(shù)(body mass index，BMI)(22.19±2.39)kg/m2；外傷史(9.63±1.12)月。對照組中男性14例，女性10例；年齡19～56歲，平均年齡(33.20±8.03)歲；BMI(23.02±2.80)kg/m2；外傷史(9.30±1.25)月。兩組患者一般資料比較差異無統(tǒng)計學(xué)意義，具有可比性。所有患者及家屬均知情同意。

1.2 納入與排除標準

(1)納入標準:①年齡＞18歲；②均因外傷所致，外傷史＞6個月；③均為單手損傷。

(2)排除標準:①傷口遷延不愈或有感染；②有前壁外在肌或手部內(nèi)在肌嚴重損傷粘連；③有上肢運動神經(jīng)損傷；④有血液系統(tǒng)疾病、惡性腫瘤及肝腎功能障礙等其他嚴重疾病。

1.3 儀器與試劑

Brilliance 64排128層螺旋CT(荷蘭飛利浦公司)；FDM 3D打印機計算機系統(tǒng)(南京積億醫(yī)療科技有限公司)；65～120 mm UHS01鎳鈦記憶合金接骨器(湖州天鵝生物記憶醫(yī)療器械有限公司)；HBS-1096C酶聯(lián)免疫吸附法測定儀(南京凱基生物科技發(fā)展有限公司)；試劑為南京凱基生物科技發(fā)展有限公司提供。

1.4 治療方法及隨訪

(1)對照組:給予常規(guī)手指關(guān)節(jié)置換術(shù)，患者平臥，患肢外展，在指間關(guān)節(jié)背側(cè)的關(guān)節(jié)作弧形切口，暴露關(guān)節(jié)囊后對粘連組織和不平整關(guān)節(jié)進行復(fù)位和切除，暴露患者掌側(cè)后調(diào)整伸肌腱的張力并將遠端骨質(zhì)切除，鉆頭擴髓后進入到皮質(zhì)，對遠端、近端指骨的長度將假體進行修整，將假體金屬柄置入遠端的髓腔，高分子聚合物柄端置入近端髓腔，準入骨水泥后止血并進行8字縫合，采取彈力加壓繃帶進行包扎。術(shù)后給予患者功能訓(xùn)練指導(dǎo)。

(2)觀察組:手指關(guān)節(jié)置換術(shù)應(yīng)用3D打印技術(shù)，術(shù)前采用64排128層螺旋CT開展檢查，配備3D打印機和計算機系統(tǒng)，安裝三維重建軟件，打印材料選取聚乳酸，CT掃描后進行重建，選取鎳鈦記憶合金接骨器掃描并進行數(shù)據(jù)記錄，在計算機上對數(shù)據(jù)進行處理開展三維重建，通過提取輪廓得到骨的蒙板，獲取肋骨接骨器的蒙板，完成區(qū)域增長以及編輯處理，在計算機上生產(chǎn)三維模型，包括手指關(guān)節(jié)模型、皮膚三維模型以及接骨器三維模型，將模型進行形態(tài)學(xué)優(yōu)化，制作模型后按照對照組手術(shù)方法進行假體安裝。術(shù)后給予患者功能訓(xùn)練指導(dǎo)。

1.5 檢測方法

抽取患者空腹靜脈血3 ml，離心后分離血清待檢，采用酶聯(lián)免疫吸附法測定患者白細胞介素6(interleukin，IL-6)和IL-10濃度水平變化，所有試劑按照說明書嚴格操作。

1.6 判斷標準

(1)療效判斷:①優(yōu)，關(guān)節(jié)活動度為正常側(cè)80%以上，關(guān)節(jié)活動時無疼痛；②良，關(guān)節(jié)活動度為正常側(cè)50%～79%，關(guān)節(jié)活動時偶有疼痛；③可，關(guān)節(jié)活動度為正常側(cè)50%以下，關(guān)節(jié)活動時無疼痛；④差，關(guān)節(jié)無活動度或關(guān)節(jié)部有疼痛。

(2)疼痛評分:疼痛程度采用視覺模擬評分法(VAS)，分數(shù)為0～10分，分數(shù)越高，疼痛越嚴重。

1.7 統(tǒng)計學(xué)方法

采用SPSS19.0軟件進行數(shù)據(jù)分析，BMI、年齡、關(guān)節(jié)活動度等資料采用表示，所有計量資料均呈正態(tài)分布或近似正態(tài)分布，組間比較使用t檢驗，性別比較使用x2檢驗，治療療效采用秩和檢驗，以P＜0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 兩組治療療效比較

觀察組22例患者的治療效果中，優(yōu)10例，良8例，可4例，差0例，優(yōu)良率達到81.82%。對照組24例患者的治療效果中，優(yōu)5例，良6例，可7例，差6例，優(yōu)良率為45.8%，觀察組優(yōu)良率顯著高于對照組，兩組比較差異有統(tǒng)計學(xué)意義(Z=-2.680，P＜0.05)。

表2 兩組掌指關(guān)節(jié)損傷患者手術(shù)前后IL-6和IL-10比較(pg/ml，±s)

表2 兩組掌指關(guān)節(jié)損傷患者手術(shù)前后IL-6和IL-10比較(pg/ml，±s)

注：表中IL-6為白細胞介素-6；IL-10為白細胞介素-10

2.2 兩組手術(shù)前后關(guān)節(jié)活動度比較

觀察組和對照組術(shù)后關(guān)節(jié)活動度明顯較術(shù)前改善；觀察組術(shù)后12個月關(guān)節(jié)活動度明顯高于對照組，兩組比較差異有統(tǒng)計學(xué)意義(t=2.753，P＜0.05)，見表1。

表1 兩組掌指關(guān)節(jié)損傷患者手術(shù)前后關(guān)節(jié)活動度比較(°，±s)

表1 兩組掌指關(guān)節(jié)損傷患者手術(shù)前后關(guān)節(jié)活動度比較(°，±s)

2.3 兩組術(shù)后VAS評分比較

觀察組術(shù)后VAS評分為(1.82±0.32)分，明顯低于對照組的(2.66±0.41)分，兩組比較差異有統(tǒng)計學(xué)意義(t=-7.696，P＜0.05)。

2.4 兩組手術(shù)前后IL-6和IL-10比較

觀察組和對照組術(shù)后3 d的IL-6和IL-10均較術(shù)前升高，其差異有統(tǒng)計學(xué)意義(t觀察組=-6.264、t=-9.229，t對照組=-8.065、t=-10.451；P＜0.05)；觀察組與對照組術(shù)前和術(shù)后3 d的IL-6和IL-10比較差異無統(tǒng)計學(xué)意義(tIL-6=0.722、t=-0.963，tIL-10=-0.319、t=-1.194；P＞0.05)。見表2。

3 討論

手部外傷是手外科最為常見的疾病，會導(dǎo)致患者手部畸形與功能損傷，也是目前手外科最為常見的疾病，臨床處理極為棘手。目前，對手部關(guān)節(jié)功能重建主要采用自體吻合血管關(guān)節(jié)移植，但是在治療期間由于自體關(guān)節(jié)來源問題、供應(yīng)區(qū)域的結(jié)構(gòu)問題等均導(dǎo)致了治療存在困難[3]。隨著現(xiàn)代醫(yī)療技術(shù)的飛速發(fā)展，人工關(guān)節(jié)置換手術(shù)已成為重要的方法，可以明顯恢復(fù)患者關(guān)節(jié)活動度，克服了傳統(tǒng)自體關(guān)節(jié)移植存在的供源不足問題，有效的彌補了關(guān)節(jié)融合過程中帶來的關(guān)節(jié)僵硬和活動范圍小的缺點[4-5]。研究發(fā)現(xiàn)，通過采取人工關(guān)節(jié)置換方式優(yōu)勢明顯，可以將關(guān)節(jié)骨量最大限度的保留，手術(shù)過程中僅需去除關(guān)節(jié)表面的骨質(zhì)，有助于后期人工關(guān)節(jié)置換手術(shù)開展，同時可以最大限度的將關(guān)節(jié)周圍軟組織進行保留，對于維持關(guān)節(jié)的正常解剖關(guān)系具有重要意義[6]。人工假體的置入體積相對較小，將關(guān)節(jié)表面進行覆蓋，方便取出，對于日后翻修的難度較低，也不會造成關(guān)節(jié)血液運行的破壞，有助于后期骨質(zhì)愈合，穩(wěn)定程度較高[7]。但是，在開展人工手指關(guān)節(jié)置換期間也存在一定的劣勢，部分患者存在假體磨損、松動，導(dǎo)致臨床開展再次手術(shù)，同時磨損的顆粒也會導(dǎo)致反應(yīng)性的滑膜炎和接觸面骨質(zhì)吸收。目前臨床較為先進的是使用硅膠假體，但是遠期隨訪觀察部分患者仍然會出現(xiàn)骨質(zhì)進行性破壞、滑膜炎、關(guān)節(jié)進行性僵硬等并發(fā)癥，主要的原因是假體本身設(shè)計可能存在一定的問題[8-9]。人工假體應(yīng)具備良好的生物相容性，彈性模量要接近人體手部皮質(zhì)骨與密度，目前使用的多為金屬材料，而且在制造過程中要根據(jù)材料的性能進行假體部件的設(shè)計，提供更好的強度、耐磨損以及質(zhì)量輕的假體[10]。

近年來，隨著現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展，3D打印技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域廣泛開展應(yīng)用，通過3D技術(shù)制作模型可以快速將假體模型進行制作，同時開展術(shù)前模擬、術(shù)中指導(dǎo)以及改進植入物，廣泛的在臨床開展應(yīng)用[11]。本研究中觀察了3D打印技術(shù)應(yīng)用在成年人手指關(guān)節(jié)置換手術(shù)中一方面實現(xiàn)了術(shù)前規(guī)劃的完善，通過CT、計算機模擬可以進行骨折復(fù)位、假體設(shè)計等過程，通過三維重建能夠獲取更為詳細的解剖信息，醫(yī)師可以完成術(shù)前模擬演練、確定手術(shù)切口的聯(lián)系，方便醫(yī)師掌握手術(shù)操作的安全性與操作的精準性[12]。此外，開展手術(shù)過程中醫(yī)師可以隨時對參考模型進行觀察，減少手術(shù)出血，縮短手術(shù)時間，降低手術(shù)醫(yī)源性損傷與術(shù)后并發(fā)癥發(fā)生。

3D打印技術(shù)更符合現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的理念，可以最大程度實現(xiàn)個體化、精準化的治療，實現(xiàn)了手指關(guān)節(jié)置換的“私人定制”，拉近了和患者及家屬之間溝通的距離，通過計算基模擬可以為患者講解手術(shù)方法和過程，爭取了患者治療依從性，拉近了醫(yī)患之間距離[13]。本研究觀察了手術(shù)過程中患者體內(nèi)白細胞介素因子變化情況，其中IL-6屬于重要的炎癥細胞因子，生物學(xué)活性廣泛，在人體創(chuàng)傷與修復(fù)過程中能夠激活中性粒細胞，加速了創(chuàng)傷后炎癥介質(zhì)釋放，同時對促進創(chuàng)傷后炎癥反應(yīng)發(fā)生具有重要意義；IL-10則可以抑制多種促炎性細胞因子形成，同時間接抑制自然殺傷細胞活性，屬于重要的抗炎癥反應(yīng)因子[14-15]。本研究顯示，觀察組和對照組術(shù)后3 d的IL-6和IL-10均較術(shù)前升高；觀察組和對照組術(shù)前和術(shù)后3 d的IL-6和IL-10比較差異無統(tǒng)計學(xué)意義，表明采用3D打印技術(shù)應(yīng)用于成年人手指關(guān)節(jié)置換術(shù)中不會增加患者體內(nèi)炎癥反應(yīng)程度，應(yīng)用可靠。

本研究顯示，觀察組治療療效優(yōu)于對照組，其優(yōu)良率達到81.82%，表明采用3D打印技術(shù)應(yīng)用于成年人手指關(guān)節(jié)置換術(shù)效果優(yōu)于傳統(tǒng)假體置換手術(shù)。觀察組和對照組術(shù)后關(guān)節(jié)活動度明顯較術(shù)前改善，觀察組術(shù)后12個月關(guān)節(jié)活動度明顯高于對照組，表明采用3D打印技術(shù)應(yīng)用于成年人手指關(guān)節(jié)置換術(shù)中可以明顯改善患者關(guān)節(jié)活動功能。觀察組術(shù)后VAS評分明顯低于對照組，表明采用3D打印技術(shù)應(yīng)用于成年人手指關(guān)節(jié)置換術(shù)中可以顯著減輕患者疼痛程度。本研究優(yōu)勢在于證實了3D打印技術(shù)在手指關(guān)節(jié)置換中的應(yīng)用前景，能夠獲取更可靠的假體置換效果，為臨床選擇治療方案奠定了基礎(chǔ)，但是本研究隨訪時間短，納入患者數(shù)量有限，還需要進一步進行大樣本量長期隨訪深入觀察。

3D打印技術(shù)應(yīng)用于成年人手指關(guān)節(jié)置換術(shù)有較好的效果，具有臨床應(yīng)用價值。