3D打印鈦網(wǎng)在顱部骨缺損修復(fù)術(shù)中的應(yīng)用

蔡根平，胡 康，鄭建仙，劉長春，林志坤，王文浩

(聯(lián)勤保障部隊第909醫(yī)院/廈門大學(xué)附屬東南醫(yī)院神經(jīng)外科,福建 漳州 363000)

去骨瓣顱骨減壓成形術(shù)在神經(jīng)外科應(yīng)用較多，是治療腦外傷、腦腫瘤的重要術(shù)式，但術(shù)中不可避免地會造成骨缺損，如不能恰當(dāng)填充缺損部分，可能繼發(fā)腦組織移位，產(chǎn)生較嚴(yán)重的并發(fā)癥[1]。因此，顱部骨缺損修復(fù)術(shù)對改善術(shù)后腦組織功能具有十分重要的意義，往往與減壓成形術(shù)同期進(jìn)行。顱骨修補材料有自體骨瓣、有機(jī)玻璃、骨水泥、硅橡膠板、鈦網(wǎng)等，其中鈦網(wǎng)具有生物相容性好、形狀可塑、生物力學(xué)穩(wěn)定、材料來源豐富等優(yōu)點，在顱骨修補中應(yīng)用較多[2]。但是，由于骨缺損的位置、形狀和大小不同，需剪裁與缺損部位相吻合的鈦網(wǎng)，以往多行手工裁剪，費時費力，且往往不能與骨缺損精確吻合，增加了后期鈦網(wǎng)或腦組織暴露的風(fēng)險，易導(dǎo)致嚴(yán)重并發(fā)癥[3]。隨著3D打印鈦網(wǎng)技術(shù)的不斷成熟，通過術(shù)前影像學(xué)三維重建模擬骨缺損的立體形狀，并打印與之精確匹配的鈦網(wǎng)模型，速度快，準(zhǔn)確性高，極大縮短了手術(shù)時間，提高了手術(shù)精確度[4]。張毅等[5]指出，應(yīng)用3D打印鈦網(wǎng)進(jìn)行精準(zhǔn)塑形剪裁安全可行，能縮短修補時間，減少術(shù)后并發(fā)癥。目前，多個中心先后報道了3D打印鈦網(wǎng)在顱部骨缺損修復(fù)術(shù)中的應(yīng)用效果，但受限于樣本量和觀察時間，仍然不能提供較可靠的循證醫(yī)學(xué)證據(jù)?；诖耍狙芯吭诓捎?D打印鈦網(wǎng)的基礎(chǔ)上，分析其在顱部骨缺損修復(fù)術(shù)中的應(yīng)用效果及并發(fā)癥發(fā)生情況，以期為精準(zhǔn)、個體化定制骨缺損修補材料提供數(shù)據(jù)支持。

1 資料與方法

1.1 臨床資料

回顧性分析2015年10月至2019年10月我院收治的88例行去骨瓣減壓術(shù)患者的臨床資料，按照手術(shù)方式的不同分為觀察組和對照組，對照組49例患者采用手工裁剪鈦網(wǎng)行修補術(shù)，觀察組39例患者采用3D打印鈦網(wǎng)行修補術(shù)。2組患者臨床資料比較，差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)，具有可比性，見表1。

納入標(biāo)準(zhǔn)：①年齡18～75歲；②減壓術(shù)與鈦網(wǎng)修補術(shù)同期進(jìn)行，單發(fā)部位骨缺損；③手術(shù)順利完成，患者康復(fù)出院；④臨床資料完整。排除標(biāo)準(zhǔn)：①對鈦網(wǎng)過敏；②伴嚴(yán)重認(rèn)知功能障礙及嚴(yán)重肝腎功能障礙；③伴廣泛腦組織或神經(jīng)創(chuàng)傷、全身感染。

1.2 手術(shù)方法

采用Maker Bot Replicator 2 3D打印機(jī)及配套Maker Ware1.0.2軟件，打印機(jī)定位精度參數(shù)為XY軸0.011 mm，Z軸0.002 5 mm，單個噴嘴直徑0.4 mm。

首先進(jìn)行頭部64排螺旋CT平掃及增強(qiáng)掃描，然后進(jìn)行三維重建，確定缺損的位置、大小、形狀等；然后以DICOM格式導(dǎo)入Mimics軟件進(jìn)行缺損模型設(shè)計，以STL格式保存并導(dǎo)入Maker Bot Replicator2 3D打印機(jī)，運用Maker Ware1.0.2軟件對顱骨模型進(jìn)行校驗和修正，根據(jù)模型的數(shù)據(jù)使用數(shù)字化設(shè)備進(jìn)行塑型，制作出與缺損部位相匹配的鈦網(wǎng)，鈦網(wǎng)邊緣應(yīng)超過缺損邊緣1 cm。塑型成功的鈦網(wǎng)高壓滅菌消毒后備用，純鈦修復(fù)體的化學(xué)成分符合《外科植入物用鈦及鈦合金加工材》GB/T13810-2007認(rèn)定標(biāo)準(zhǔn)[6]。

患者全身麻醉，充分暴露顱骨缺損的邊緣。觀察組鈦網(wǎng)不作任何裁剪，直接覆蓋在骨窗上，使之與缺損骨面契合，隨后使用鈦釘固定；對照組根據(jù)術(shù)前CT三維重建數(shù)據(jù)對鈦網(wǎng)進(jìn)行手工裁剪，以便準(zhǔn)確填充缺損部位，如填充效果不滿意，需反復(fù)裁剪以最大程度匹配缺損。缺損范圍較大時可將骨窗中心硬腦膜懸吊固定于鈦網(wǎng)上，以避免硬膜外積液，最后皮下放置引流管，縫合頭皮，加壓包扎固定。2組患者均術(shù)后復(fù)查顱腦CT，確認(rèn)鈦網(wǎng)無明顯移位，并行常規(guī)抗感染等處理。

1.3 觀察指標(biāo)

比較2組患者手術(shù)修補時間、圍術(shù)期并發(fā)癥、鈦釘固定數(shù)目和鈦網(wǎng)厚度，隨訪5～17個月，中位時間10.5個月，比較2組患者隨訪期間并發(fā)癥發(fā)生率。

1.4 統(tǒng)計學(xué)處理

2 結(jié)果

2.1 手術(shù)修補時間和圍術(shù)期并發(fā)癥比較

觀察組患者手術(shù)修補時間短于對照組，圍術(shù)期并發(fā)癥發(fā)生率低于對照組，差異均有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)，見表2。

表1 患者臨床資料比較

表2 手術(shù)修補時間和圍術(shù)期并發(fā)癥比較

2.2 鈦釘固定數(shù)目和鈦網(wǎng)厚度比較

觀察組患者鈦釘固定數(shù)目較對照組少，鈦網(wǎng)厚度較對照組小，差異均有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)，見表3。

2.3 隨訪并發(fā)癥比較

隨訪5～17個月，觀察組患者并發(fā)癥發(fā)生率較對照組低，差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)，見表4。

表3 鈦釘固定數(shù)目和鈦網(wǎng)厚度比較

表4 隨訪并發(fā)癥比較[例(%)]

2.4 典型病例

患者,男,52歲，因高處墜落后腦挫裂傷行雙側(cè)額顳部開顱血腫清除及去骨瓣減壓術(shù)，右側(cè)缺損10 cm×9 cm，左側(cè)缺損9 cm×8 cm，經(jīng)術(shù)前CT明確缺損具體情況，采用3D打印鈦網(wǎng)修復(fù)，術(shù)中可見3D鈦網(wǎng)與骨缺損精確匹配(圖1)，術(shù)后隨訪10個月，未出現(xiàn)鈦網(wǎng)暴露及其他并發(fā)癥。

a:術(shù)前CT示腦挫裂位置和大小;b、c:三維重建示缺損大小;d:3D打印鈦網(wǎng)修復(fù);e:術(shù)中可見精確匹配

3 討論

顱部骨缺損修復(fù)術(shù)中的常規(guī)修復(fù)材料往往取材有限、機(jī)體相容性差、易吸收、免疫排斥發(fā)生率高、材料感染風(fēng)險高、可塑性差，而鈦網(wǎng)具有理化性能好、組織相容性好、可塑性強(qiáng)、無磁性等優(yōu)點，能廣泛用于臨床修復(fù)領(lǐng)域[7]。臨床上使用的鈦網(wǎng)多為成品鈦網(wǎng)，其可以維持穩(wěn)定的空間結(jié)構(gòu)和力學(xué)效果，但需要根據(jù)不同的缺損情況進(jìn)行重新裁剪和塑形，通常需要重復(fù)多次，并且手工塑形往往誤差較大，制作的修復(fù)假體契合性較差，精準(zhǔn)度較低，不能完全達(dá)到匹配的效果，加之在塑形過程中易形成銳利的邊緣，增加了術(shù)后鈦網(wǎng)暴露的風(fēng)險[8]。隨著3D打印的發(fā)展，3D打印鈦網(wǎng)技術(shù)不斷成熟。3D打印技術(shù)主要包括CT三維掃描、計算機(jī)輔助模型設(shè)計和數(shù)據(jù)分析、輸入打印機(jī)、形成3D模型等，其運用配套軟件進(jìn)行分層制造、逐層疊加，模擬構(gòu)造骨缺損的三維立體結(jié)構(gòu)，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于骨關(guān)節(jié)、頜面外科修補等領(lǐng)域[9]。本研究探討3D打印鈦網(wǎng)在顱部骨缺損修復(fù)術(shù)中的應(yīng)用及并發(fā)癥發(fā)生情況，以期為精準(zhǔn)、個體化定制骨缺損修補材料提供數(shù)據(jù)支持。

本研究結(jié)果顯示，觀察組患者手術(shù)修補時間明顯短于對照組。3D打印鈦網(wǎng)技術(shù)能夠確定重建骨所需要的骨量大小，據(jù)此設(shè)計去骨方案[10]，再通過術(shù)前影像學(xué)三維重建模擬骨缺損的立體形狀，打印與人體顱骨精確匹配的鈦網(wǎng)模型。與手工裁剪鈦網(wǎng)相比，3D打印鈦網(wǎng)操作起來更加省時，性能更加穩(wěn)定，與人體的生物相容性更好，且能夠提供穩(wěn)定的力學(xué)支撐，起到屏障膜的作用，適用于各類骨缺損，尤其是復(fù)雜的大面積、不規(guī)則骨缺損[11]。另外，3D打印鈦網(wǎng)無需多次人工裁剪，避免了術(shù)中彎制，手術(shù)時間也隨之縮短[12]。本研究結(jié)果顯示，觀察組鈦釘固定數(shù)目較對照組少，這與3D打印鈦網(wǎng)的精準(zhǔn)個體化有關(guān)，3D打印鈦網(wǎng)與患處高度吻合，能夠減少手工塑形，使用的鈦釘數(shù)目也相應(yīng)減少。本研究結(jié)果表明，觀察組鈦網(wǎng)厚度較對照組小，鈦網(wǎng)的厚度與鈦網(wǎng)空間維持防止塌陷的能力密切相關(guān)，白麗云等[13]對不同厚度的3D打印鈦網(wǎng)進(jìn)行三維有限元分析指出，鈦網(wǎng)越厚，空間維持能力越強(qiáng)，但同時鈦網(wǎng)越厚，對黏膜的刺激性也越大，0.4 mm厚度的鈦網(wǎng)更適合于臨床需求[14-15]，本研究中3D打印鈦網(wǎng)的厚度與此數(shù)據(jù)相接近。

本研究發(fā)現(xiàn)，觀察組圍術(shù)期并發(fā)癥發(fā)生率明顯低于對照組，原因可能為3D打印鈦網(wǎng)能夠減少裁剪過程中鈦網(wǎng)反復(fù)與腦組織接觸，且其表面光滑，便于固定和取出，邊緣也比較圓鈍，不會給黏膜帶來較大負(fù)擔(dān)，因此材料過敏、腦組織水腫、出血、感染等并發(fā)癥較少[16]。本研究術(shù)后隨訪發(fā)現(xiàn)，觀察組并發(fā)癥發(fā)生率明顯低于對照組，且對照組術(shù)后并發(fā)癥中鈦網(wǎng)外露的發(fā)生率最高，這主要是因為分離皮瓣局部較薄，加之修補材料的異物刺激導(dǎo)致皮瓣越來越薄，最后出現(xiàn)破潰或鈦網(wǎng)外露；或者是由于修補材料的張力過大，強(qiáng)行拉攏縫合后瘢痕修復(fù)過程中皮瓣切口越來越薄，進(jìn)而出現(xiàn)鈦網(wǎng)外露[17]；或是人工材料鈦網(wǎng)與實際骨缺損不能精確匹配，導(dǎo)致鈦網(wǎng)外露的風(fēng)險增加。另外，自體顱骨成形術(shù)后骨瓣感染也很常見，治療難度也較大，而3D打印鈦網(wǎng)顱骨成形術(shù)可降低感染率，并憑借其精準(zhǔn)的個體適配度使頭部外觀對稱，更加美觀。Seong等[18]采用CT引導(dǎo)下3D打印技術(shù)定制鈦網(wǎng)進(jìn)行顱骨成形術(shù)，解決了此前自體顱骨形成術(shù)反復(fù)感染的問題，該技術(shù)具有手術(shù)時間短，并發(fā)癥少，費用低及醫(yī)療風(fēng)險少的特點。王蕾等[19]在新西蘭兔顱骨缺損模型中運用3D打印鈦網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行缺損修復(fù)，結(jié)果顯示鈦植入體在新西蘭兔體內(nèi)有較高的安全性。而張毅等[20]指出，3D打印鈦修復(fù)體及鈦釘固定修補幼年新西蘭兔缺損的顱骨，會阻礙修補側(cè)顱面骨的生長發(fā)育，造成修補側(cè)及對側(cè)顱面骨的不對稱發(fā)育。因此，對兒童及嬰幼兒顱骨缺損進(jìn)行修補時需慎重選擇鈦網(wǎng)。

綜上所述，3D打印鈦網(wǎng)在顱部骨缺損修復(fù)術(shù)中有較好的近期臨床療效，能夠降低手術(shù)并發(fā)癥發(fā)生率。