3D打印技術(shù)在肘關(guān)節(jié)恐怖三聯(lián)征治療中的應(yīng)用效果評估

鐘浩博，劉偉樂，孫春漢，鄭少偉

惠州市第一人民醫(yī)院骨科，廣東 惠州 516000

肘關(guān)節(jié)“恐怖三聯(lián)征”為肘關(guān)節(jié)后脫位同時伴橈骨頭及尺骨冠狀突骨折的總稱，是復雜肘關(guān)節(jié)骨折脫位中損傷較嚴重的一種情況[1]。作為臨床上較為常見肘關(guān)節(jié)外傷疾病，恐怖三聯(lián)征患者臨床預(yù)后差，一般需要手術(shù)復位并固定骨折、修復損傷韌帶，但目前手術(shù)治療效果差異較大，術(shù)前準備和策劃不足是原因之一，而術(shù)前策劃的技術(shù)不足也嚴重制約著手術(shù)療效，因此臨床上急需一種能很好指導手術(shù)實施的術(shù)前策劃技術(shù)[2-3]。數(shù)字化設(shè)計技術(shù)有可反復操作特性，能對設(shè)計方案進行反復模擬、改動并多角度驗證，因此可精確設(shè)計手術(shù)方案，但虛擬的手術(shù)方案設(shè)計如何指導現(xiàn)實手術(shù)，縮小虛擬與現(xiàn)實之間的差距是數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用的重要問題。

3D打印技術(shù)是目前骨科領(lǐng)域的研究熱點，其可將任何形狀的虛擬模型打印成實體模型，可滿足生物力學要求，目前已在復雜脛骨平臺骨折[4]、C型橈骨遠端骨折[5]等領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用，但關(guān)于3D打印技術(shù)在肘關(guān)節(jié)恐怖三聯(lián)征中的應(yīng)用未見報道。本研究運用數(shù)字模擬肘關(guān)節(jié)的關(guān)節(jié)復位、韌帶解剖附著點，以3D技術(shù)打印出患側(cè)部位，為肘關(guān)節(jié)恐怖三聯(lián)征患者內(nèi)固定的植入前處理提供借鑒，結(jié)果報告如下：

1 資料與方法

1.1 一般資料

選取2017年4月～2019年1月我院收治的肘關(guān)節(jié)恐怖三聯(lián)征患者40例。納入標準：均為閉合性橈骨頭及尺骨冠狀突骨折，受傷原因有摔傷、交通事故傷、重物砸傷等；依據(jù)Regan-Morreyt分型為Ⅰ～Ⅲ型，滿足手術(shù)指征；對本研究知情，且簽署手術(shù)知情同意書。排除標準：術(shù)前合并血管神經(jīng)損傷者；病理性骨折或合并其他部位骨折者；合并嚴重意識、溝通障礙及未按要求完成術(shù)后隨訪者。采用隨機數(shù)字表法將患者分為觀察組、對照組各20例，兩組一般資料比較差異無統(tǒng)計學意義（P＞0.05，表1），具有可比性。本研究獲得我院倫理委員會批準。

表1 兩組一般資料比較[n=20, n（%）]Tab.1 Comparison of general data in two groups

1.2 研究方法

1.2.1 治療方法 對照組：經(jīng)X線、CT平掃+三維重建檢查完成術(shù)前設(shè)計。術(shù)前仔細閱讀X線、CT重建影像圖片，充分了解骨折類型。通過縫合鉚釘?shù)姆绞叫扪a內(nèi)側(cè)與外側(cè)的韌帶復合體，縫合后于患肢加石膏，固定3周后將石膏去除，于護士幫助下屈伸肘關(guān)節(jié)訓練，并練習關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)，促進早日康復。觀察組：在應(yīng)用X線、CT平掃+三維重建基礎(chǔ)上，利用有限元軟件mimics及3D打印技術(shù)將骨折復位和內(nèi)固定植入具象化，完成術(shù)前設(shè)計，采用3D打印輔助下帶線鉚釘治療。術(shù)前完善X線、CT平掃、三維重建檢查，結(jié)合mimics軟件對影像數(shù)據(jù)進行整合處理，在計算機上于虛擬骨塊上劃分區(qū)域設(shè)計手術(shù)，模擬手術(shù)過程，同時應(yīng)用打印制作出的1:1實體模型再次進行類真實手術(shù)模擬，直視下結(jié)合患者具體病情，預(yù)先設(shè)定手術(shù)方案，確定鉚釘植入點。醫(yī)務(wù)人員于模型上實體模擬手術(shù)，提高手術(shù)流暢性，并幫助準確評估損傷部位、傷情、骨折分類分型，排除病理性骨折。手術(shù)實施與功能鍛煉、資料隨訪均由同一組手術(shù)醫(yī)師完成。

1.2.2 術(shù)后處理及隨訪 術(shù)后均對兩組接受手術(shù)的患肢進行懸吊固定，此期可適量進行肌肉等長鍛煉，術(shù)后2 d酌情拆線，術(shù)后14 d均可酌情行肘關(guān)節(jié)主動訓練，應(yīng)用廣譜抗生素連續(xù)預(yù)防感染3 d。兩組均隨訪至少6月，包括術(shù)后第3月、第6月門診隨訪及DR檢查、肘關(guān)節(jié)功能評估與隨后的電話隨訪資料。每次隨訪時拍攝患者肘關(guān)節(jié)影像學圖片，觀察骨折線愈合情況，判斷關(guān)節(jié)面能否良好對合，并記錄并發(fā)癥發(fā)生情況。

1.3 觀察指標

比較兩組手術(shù)療效指標，包括手術(shù)時間、術(shù)中出血量、術(shù)中透視次數(shù)、骨折愈合時間。采用Broberg-Morrev評分系統(tǒng)評估兩組術(shù)前、術(shù)后3、6、9月肘關(guān)節(jié)功能，該評分系統(tǒng)從疼痛、關(guān)節(jié)屈伸活動度、穩(wěn)定性、力量及功能等方面綜合評估，得分越高表明患者肘關(guān)節(jié)功能恢復越好。采用疼痛視覺模擬評分（VAS）評估兩組術(shù)前、術(shù)后1、3、6月疼痛度，該表滿分0～10分，得分越高疼痛越嚴重。記錄兩組并發(fā)癥發(fā)生率，包括感染、關(guān)節(jié)面不對合、骨化性肌炎、創(chuàng)傷性關(guān)節(jié)炎等。

1.4 統(tǒng)計學方法

采用SPSS21.0軟件處理數(shù)據(jù)，計數(shù)資料以百分比表示，采取連續(xù)校正χ2檢驗，計量資料以均數(shù)±標準差表示，行獨立樣本t檢驗、重復測量數(shù)據(jù)的方差分析及LSD-t檢驗，以P＜0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結(jié)果

2.1 兩組手術(shù)療效指標比較

觀察組手術(shù)時間、術(shù)中出血量、術(shù)中透視次數(shù)、骨折愈合時間均短/少于對照組，差異有統(tǒng)計學意義（P＜0.05，表2）。

表2 兩組手術(shù)療效指標比較（n=20, Mean±SD）Tab.2 Comparison of surgical efficacy index between two groups

2.2 兩組Broberg-Morrev評分比較

術(shù)后兩組Broberg-Morrev評分均增加（P＜0.05），且觀察組術(shù)后3、6、9月Broberg-Morrev評分高于對照組，差異有統(tǒng)計學意義（P＜0.05，表3）。

2.3 兩組VAS評分比較

術(shù)后1、3、6月兩組VAS評分均增加（P＜0.05），且觀察組術(shù)后1、3、6月VAS評分低于對照組，差異有統(tǒng)計學意義（P＜0.05，表4）。

2.4 兩組并發(fā)癥發(fā)生率比較

觀察組術(shù)后9月內(nèi)并發(fā)癥發(fā)生率與對照組比較差異無統(tǒng)計學意義（P＞0.05，表5）。

2.5 典型病例

患者男，43歲，尺骨冠狀突骨折伴橈骨頭粉碎性骨折，考慮行內(nèi)固定+外固定架固定（圖1）。

3 討論

尺骨冠狀突位于肘窩深部，周圍血管、神經(jīng)較豐富，解剖關(guān)系復雜，尺骨冠狀突骨折后需及時復位與固定[6]。肘關(guān)節(jié)恐怖三聯(lián)征的治療目的是恢復肘關(guān)節(jié)穩(wěn)定、促進早期康復，目前肘關(guān)節(jié)恐怖三聯(lián)征的中長期治療優(yōu)良率已達70%～90%[7-8]。3D打印技術(shù)為快速成型技術(shù)的一種，其采用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層打印的方式來構(gòu)造物體[9]，在骨科手術(shù)中，可根據(jù)影像學及計算機輔助技術(shù)設(shè)計的支架，利用3D打印技術(shù)滿足患者個體化需求[10-11]，但目前3D打印技術(shù)在恐怖三聯(lián)征中的應(yīng)用價值報道較少。

表3 兩組Broberg-Morrev評分比較（分，n=20, Mean±SD）Tab.3 Comparison of Broberg-Morrev scores between two groups

表4 兩組VAS評分比較（分，n=20, Mean±SD）Tab.4 Comparison of VAS scores between two groups

表5 兩組并發(fā)癥發(fā)生率比較 [n=20，n（%）]Tab.5 Comparison of the incidence of complications between two groups

圖1 典型病例Fig.1 Typical case

本研究顯示，觀察組手術(shù)時間、術(shù)中出血量、術(shù)中透視次數(shù)短/少于對照組。有研究報道，常規(guī)影像學結(jié)合3D打印技術(shù)應(yīng)用于復雜脛骨平臺骨折中，患者骨折均治愈，而試驗組手術(shù)時間、術(shù)中出血、術(shù)中透視次數(shù)少于對照組的結(jié)果一致[12]，表明3D打印技術(shù)應(yīng)用于肘關(guān)節(jié)恐怖三聯(lián)征中，可明顯提高手術(shù)效果。但上述研究未對骨折愈合時間進行觀察，而本研究發(fā)現(xiàn)觀察組骨折愈合時間較對照組縮短，表明本研究所制定的3D打印模型利于促進患者骨折愈合。3D打印骨科產(chǎn)品大小及結(jié)構(gòu)均較符合人體正常結(jié)構(gòu)的解剖模型，為醫(yī)師制定疑難病例的手術(shù)術(shù)前計劃提供了有利幫助，手術(shù)操作步驟的減少與手術(shù)準確度的提高在精致導板工具中得到了益處，基于3D打印技術(shù)的內(nèi)固定植入物三維模型庫虛擬手術(shù)方案設(shè)計為提高手術(shù)質(zhì)量提供了保障，且3D打印架起了虛擬與現(xiàn)實的橋梁，能使手術(shù)更精確、合理、個性化，將帶有微孔的金屬植入可有效提高骨的整合，提升手術(shù)質(zhì)量與可靠性，減少手術(shù)時間，減輕患者痛苦，顯著提升臨床療效[13]，這也是本研究觀察組術(shù)后1、3、6月VAS評分低于對照組的原因所在。

觀察組術(shù)后3、6月Broberg-Morrev評分高于對照組，與胡明云等[14]報道結(jié)果一致，證實3D打印技術(shù)的應(yīng)用能有效促進肘關(guān)節(jié)恐怖三聯(lián)征患者術(shù)后肘關(guān)節(jié)功能恢復，尤其是本研究評分時間增加了1個時點，即觀察組隨訪9月Broberg-Morrev評分仍高于對照組，表明本研究制作的3D打印模型能更利于促進患者肘關(guān)節(jié)功能恢復。在設(shè)計肘關(guān)節(jié)恐怖三聯(lián)征手術(shù)方案時，因尺骨冠狀突與橈骨的結(jié)構(gòu)特殊性，手術(shù)顯露較困難，僅憑X線難以對骨折特征進行全面診斷分析，多層螺旋CT對術(shù)前增進骨折形態(tài)的了解起到了良好推動作用，但其有靜態(tài)化、平面圖像化等不足[15]。而3D打印技術(shù)則能實現(xiàn)骨折部位的真實重現(xiàn)，在進行CT三維重建后，由放射科專業(yè)技術(shù)人員在計算機上應(yīng)用mimics軟件處理CT數(shù)據(jù)，將處理好的數(shù)據(jù)交由3D打印公司，以3D打印技術(shù)將患者肘關(guān)節(jié)打印為1:1仿真模型，真實還原骨折具體情況，使術(shù)者在術(shù)前對骨折分型有充分的認識，直觀可視地了解骨折塊間的位置關(guān)系，繼而完成手術(shù)方案的模擬操作，解決復雜的肘關(guān)節(jié)疾病及重建解剖形態(tài)，精確設(shè)計術(shù)前個體化人工定制假體，假體與宿體骨有良好形態(tài)匹配度，手術(shù)操作步驟減少與手術(shù)準確度的提高在精致的導板工具總得到了益處，含微孔的金屬植入物可有效提高骨整合，從而提高臨床療效[16]。Li等[17]的研究也發(fā)現(xiàn)，使用計算機輔助血管造影劑快速成型技術(shù)輔助Tile C型骨折的治療，有助于觀察骨折及周圍血管情況，減少術(shù)中及術(shù)后并發(fā)癥，提高治療效果，加速術(shù)后康復。

本研究觀察組術(shù)后9月內(nèi)感染、關(guān)節(jié)面不對合、骨化性肌炎、創(chuàng)傷性關(guān)節(jié)炎等并發(fā)癥發(fā)生率略低于對照組，但差異比較無統(tǒng)計學意義，可能與樣本量較少有關(guān)，但本研究結(jié)果仍提示3D打印技術(shù)可能有助于減少恐怖三聯(lián)征患者術(shù)后并發(fā)癥。3D打印技術(shù)應(yīng)用在肘關(guān)節(jié)恐怖三聯(lián)征患者骨結(jié)構(gòu)重建中，可術(shù)前模擬手術(shù)操作，借助3D打印模型一方面可較好了解骨折具體情況并對其進行分型，指導選擇合適手術(shù)方案，同時初步確定術(shù)中可能存在的難點，做好準備[18]；此外也能在模型上進行手術(shù)方案的模擬操作，制定骨折復位計劃及采用的手術(shù)方案，使醫(yī)師在實際手術(shù)期間做到有條不紊進行手術(shù)，術(shù)中也可隨時參考模型，減少術(shù)中透視，提高手術(shù)成功率，減少并發(fā)癥風險[11]。

當然3D打印也有一定不足之處，如存在精度喪失、硬度不足等問題，另外3D打印材料也普遍較昂貴，這可能增加患者經(jīng)濟負擔。在應(yīng)用3D打印技術(shù)時需注意個性化模板3D打印材料，選擇甲基丙烯酸材料，其化學穩(wěn)定性好，可以γ射線消毒；X線、CT掃描機手術(shù)時體位均需解剖位，以便相互參照、對比；術(shù)中模板需安放至與模擬手術(shù)相應(yīng)的骨面，注重模板所引導的冠狀面及矢狀面角度，以達到預(yù)期手術(shù)效果[19]。此外3D打印這一技術(shù)尚處在起步期，仍存在設(shè)備、材料細胞及技術(shù)上的系列難題，尚有許多重大科學問題有待深入研究。

綜上所述，3D打印技術(shù)應(yīng)用于肘關(guān)節(jié)恐怖三聯(lián)征中，可明顯提高患者手術(shù)療效，促進其術(shù)后肘關(guān)節(jié)功能恢復，且疼痛輕，不會明顯增加并發(fā)癥風險，值得在臨床推廣實踐。