3D 打印技術輔助外固定架治療下肢復雜性骨缺損

杜俊煒 劉江 徐征宇 姜瑤 趙鑫強 張衍 畢鄭剛 耿碩*

復雜性骨缺損是骨科治療中的難題，也是骨折最嚴重的并發(fā)癥之一，其導致原因諸多，主要為高能量損傷導致。因其創(chuàng)傷大、易并發(fā)感染，故加大了骨缺損的治療難度。隨著醫(yī)療技術的發(fā)展，3D 打印技術逐漸應用到醫(yī)學的各個領域。3D 打印技術是一個新興技術，被稱為“第二次工業(yè)革命”[1-3]，為骨缺損的治療提供了幫助，本文主要利用3D打印技術輔助外固定架治療下肢復雜性骨缺損進行臨床分析，現(xiàn)報道如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料

本研究共納入12 例患者，其中男7 例，女5 例；年齡12 ～48 歲，平均年齡為32 歲。其中股骨骨缺損6 例，脛骨骨缺損6 例。所有患者拍攝站立位下肢全長及64 層螺旋CT 三維成像。12 名患者分為3D 組（6 例）和傳統(tǒng)組（6例），3D 組利用計算機進行三維手術規(guī)劃和模擬，并采用3D 打印1∶1 的骨骼模型進行手術預演。兩組術者均為同一人。

1.2 3D 打印模型設計及手術方法

3D 打印模型設計: 3D 組患者將下肢CT 原始Dicom 格式數(shù)據(jù)導入Mimics 19.0 軟件，進行三維重建數(shù)字規(guī)劃，并用樹脂材料打印下肢實體模型，使用實際手術器械及外固定架在3D 實體模型上進行手術預演。

手術方法: 患者麻醉后，取仰臥位，取出失效的內固定。徹底清除竇道、切除已感染的死骨及擴大清除邊緣至少5 mm 的正常骨質，直至出現(xiàn)“紅辣椒征”，并植入骨水泥Spacer 后閉合創(chuàng)口。隨后依據(jù)術前模擬進針點，在C 型臂X 線機透視下于體表進行標識，組裝術前定制的環(huán)形外固定支架。在相應的固定環(huán)處行皮下尖刀開口，向患肢兩側鉆入合適的克氏針，呈交叉固定患肢的外固定環(huán)，擰緊外固定針及固定環(huán)連接裝置?；颊哂谛g后3 個月取出骨水泥。

1.3 評價指標

3D 組和傳統(tǒng)組均采用Fugl-Meyer 評價量表對患者進行療效評估，并對比兩組的手術時間、術中出血量、搬移時間、骨痂礦化時間、透視次數(shù)及HSS 膝關節(jié)功能評分。

1.4 統(tǒng)計學方法

采用SPSS 19.0 軟件對研究中得到數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計學分析。兩組計量資料采用 檢驗，計數(shù)資料比較用檢驗，＜0.05為差異具有統(tǒng)計學意義。

2 結果

所有患者術后均獲隨訪，隨訪時間為6 ～12 個月，平均隨訪時間8 個月。患者的基本資料見表1。通過對3D 組和傳統(tǒng)組進行年齡和性別比較，顯示差異均無統(tǒng)計學意義（＞0.05）。3D 組患者術中所需時間、出血量及透視次數(shù)等指標均優(yōu)于傳統(tǒng)組（＜0.05），具體詳見表2。根據(jù)Fugl-Meyer 評價量表對患者情況進行療效評價，3D 組評分明顯高于傳統(tǒng)組（＜0.05）。3D 組與傳統(tǒng)組術后療效對比見表3。典型病例見圖1。

表1 12 例下肢復雜骨缺損患者的資料

表2 3D 組與傳統(tǒng)組一般資料及術中情況對比

典型病例: 患者，女，29 歲。2 年前因車禍致左側股骨遠 端骨折，于當?shù)蒯t(yī)院行切開復位內固定術。術后有一竇道流膿，細菌培養(yǎng)結果: 耐甲氧西林表皮葡萄球菌，診斷為左側股骨遠端骨折術后骨不連。該患者術前應用3D 打印及數(shù)字規(guī)劃技術進行手術預演，并安裝環(huán)形外固定架和模擬穿針的方向及角度。模擬手術后消毒該裝置備術中使用，依據(jù)術前規(guī)劃，采用Masquelet 技術，取出失效的內固定并徹底清創(chuàng)，植入骨水泥Spacer后閉合創(chuàng)口，安裝環(huán)形外固定架。術后3 個月取出骨水泥。

3 討論

3.1 治療下肢復雜骨缺損的相關研究

骨科醫(yī)師對于修復重建下肢骨缺損的方法有很多種，主要是牽張成骨技術、誘導膜技術、帶血管蒂骨移植技術及組織工程技術等，這些技術有其各自的優(yōu)勢。牽張成骨技術:該技術由Ilizarov 最先報道并經過不斷完善和改進，廣泛應用于臨床，它基于張力-應力法則[4-5]，在緩慢牽張過程中產生一定的張力并釋放相關生長因子，不斷刺激骨細胞增殖和成熟，進而使骨缺損區(qū)域修復和再生[6]。該技術適用于各種原因導致的骨不連、復雜的畸形矯正以及大段骨缺損等[7]。誘導膜技術:該技術在2000 年由Masquelet 首次提出并得到認可，它通過誘導膜包裹骨水泥使其自體膜逐漸形成，隨后進行骨移植修復骨缺損的部位。由于誘導膜技術應用時和骨缺損的范圍無關，故干骺端的骨缺損尤為適用，此技術還廣泛用于骨腫瘤術后及先天性畸形矯正術后所導致的骨缺損等[8-9]。帶血管蒂骨移植技術: 1975 年由Taylor 首次報導將腓骨瓣應用于脛骨骨缺損超過6 cm 的肢體重建[10]，Chu等[11]通過腓骨移植成功治療了因惡性骨腫瘤切除術后導致的股骨大段骨缺損，并獲得了良好的恢復。El-Gammal 等[12]研究得出，帶血管蒂的腓骨移植是切除腫瘤后重建下肢骨缺損的一項不錯的技術。組織工程技術: 一門新興技術，它利用生物材料對骨缺損的結構和功能進行修復和改善，是理想的骨移植修復材料。目前較為常用的有種子細胞、成骨因子、生物活性支架及骨的構建等。Haubruck 等[13]發(fā)現(xiàn)骨形態(tài)發(fā)生蛋白-7 是骨再生的刺激因素，它與自體骨移植聯(lián)合應用可改善骨不連治療的療效。Chen 等[14]制造了具有均勻多孔結構，高度可控孔徑和優(yōu)異生物相容性的多孔鈦支架，證實微孔結構在生物活性和骨誘導中起關鍵作用，這些組織工程技術在未來具有廣闊的發(fā)展前景。

3.2 3D 打印技術輔助外固定架治療下肢復雜骨缺損的優(yōu)勢

隨著螺旋CT 三維重建技術的發(fā)展，臨床醫(yī)師可以通過數(shù)字化軟件對下肢骨缺損進行三維重建圖像，明確骨缺損的范圍及復雜程度，并用樹脂材料打印實體模型。常用的3D打印技術有選擇性激光燒結、分層實體制造、立體激光光刻及熔融沉積成型等[15]。

綜上所述，應用3D 打印技術可以提前制訂出術前計劃并進行手術預演，使手術更精準、更微創(chuàng)。術后患者依從性好、滿意度高，術后療效佳。因此，3D 打印技術輔助外固定架治療下肢復雜性骨缺損是一個不錯的選擇，具有極大的臨床應用前景，值得推廣。