3D打印導航模板在兒童后天性肘內(nèi)翻畸形矯形手術(shù)中的應(yīng)用

沈 濬，秦 蓉，王武愉，毛永敏，唐 凱，張愛國，徐大鵬

（無錫市兒童醫(yī)院，江蘇 無錫 214000）

兒童肘內(nèi)翻畸形多為肱骨遠端骨折并發(fā)癥[1]，畸形可表現(xiàn)為冠狀面內(nèi)翻、矢狀面屈伸和（或）水平面旋轉(zhuǎn)畸形[2]?；謴?fù)肘關(guān)節(jié)正常解剖結(jié)構(gòu)與功能是肘內(nèi)翻畸形矯形治療的目標。選取肱骨髁上部位進行截骨是矯正肘內(nèi)翻畸形的常用方法，如外側(cè)楔形截骨術(shù)、倒V 形截骨術(shù)、等腰三角形截骨術(shù)、雙L 形截骨術(shù)等。目前已有的文獻報道以外側(cè)楔形截骨術(shù)多見，總體而言，截骨在實際操作中在很大程度上依賴于骨科醫(yī)生的專業(yè)知識和經(jīng)驗，截骨操作出現(xiàn)定位不準確或截骨固定不當會導致移位畸形、校正過度或不足等[3]。隨著數(shù)字醫(yī)學和3D 打印技術(shù)的進步，截骨手術(shù)術(shù)前規(guī)劃、術(shù)中導航模板制作為截骨的精確性提供了巨大幫助[4]。2012 年7 月至2021年7 月收入本院的11 例肘內(nèi)翻畸形患兒，接受了采用計算機輔助設(shè)計和3D 打印導航模板輔助的截骨矯形手術(shù)，本文對這11 例患兒的臨床資料進行回顧性研究，以探討3D 導航模板在肘內(nèi)翻畸形矯形手術(shù)中應(yīng)用的可行性。

1 資料與方法

1.1 一般資料

本組男9 例，女2 例，左側(cè)畸形7 例，右側(cè)畸形4例，年齡5 歲至12 歲，平均7.9 歲，11 例均為肱骨髁上骨折的并發(fā)癥，肘內(nèi)翻畸形矯形手術(shù)時機在骨折發(fā)生后1.5 年至10 年，術(shù)前肘內(nèi)翻角度10°至20°，平均16.36°。所有患兒均無基礎(chǔ)性疾病。術(shù)前CT 影像由64排螺旋CT（philip，荷蘭）采集，數(shù)據(jù)以DICOM 格式存儲。用Mimics17.0 軟件進行術(shù)前規(guī)劃和導航模板設(shè)計。

1.2 手術(shù)方法

1.2.1 術(shù)前計算機模擬和導航模板制作 將患兒雙上肢的CT 數(shù)據(jù)（DICOM 格式）導入Mimics21.0 軟件，建立肱骨的三維模型，將健側(cè)圖像生成鏡像，與患側(cè)圖像進行比對，并結(jié)合入院前X 片測量的提攜角差值，確定冠狀面截骨平面和角度。以肱骨遠端外側(cè)髁為骨性標志，在Mimics21.0 軟件中提取肱骨遠端外側(cè)表面解剖數(shù)據(jù)，生成相應(yīng)的模板，分別設(shè)置兩枚平行于近端截骨面和遠端截骨面的定位管道，生成導航模板。根據(jù)患側(cè)肱骨與健側(cè)肱骨鏡像比對結(jié)果，相應(yīng)調(diào)整定位管道角度以應(yīng)對矢狀面、水平面的合并畸形[5]。布爾運算后修整邊緣多余部分，完成導航模板的制作，將導板以STL 格式導出至3D 打印機打印（圖1）。

圖1 計算機模擬和導航模板外觀照

1.2.2 導航模板消毒方法 采用環(huán)氧乙烷對導航模 板 進 行 消 毒， 溫 度 設(shè) 置 為（50±5） ℃， 濃 度300 ～1000mg/L，濕度控制在30%RH 至80%RH 范圍內(nèi)。

1.2.3 導航模板使用 麻醉穩(wěn)妥后，局部消毒鋪巾。取肘外側(cè)切口，依次切開皮膚、皮下組織，在二頭肌、三頭肌之間切開骨膜，暴露肱骨遠端髁間窩上水平，3D 打印模板嵌入肱骨，尋及最嵌合處，四根克氏針自導針方向鉆入肱骨，取出模板，克氏針范圍內(nèi)楔形截骨，肱骨內(nèi)側(cè)柱處相交，截骨角度約30°，糾正肘內(nèi)翻角度，截骨后肱骨斷端外翻閉合后經(jīng)皮分別從肱骨外髁打入三枚克氏針，固定于截骨近端，活動肘關(guān)節(jié)，查看術(shù)后提攜角改變情況。C 臂機透視查看截骨面對位對線情況。稀碘伏沖洗手術(shù)切口，縫合骨膜皮下組織?？耸厢樜舱蹚澚羝ね猓δ芪皇喙潭?。見圖2。

圖2 導航模板使用

2 結(jié)果

2.1 導航模板描述

我們設(shè)計的導航模板整體呈弧形，包括貼合面、2個上截骨面定位管和2 個下截骨面定位管，同一截骨面的定位管處于同一水平分布，上下截骨面定位管冠狀面成角即冠狀面外翻截骨角度，在水平面成角即水平旋轉(zhuǎn)角度。根據(jù)計算機三維成像結(jié)果，設(shè)計好不同角度。

2.2 手術(shù)結(jié)果

11 例患兒均成功設(shè)計并制作出導航模板，術(shù)前計算機設(shè)計時間68 ～120min（平均109min）。導航模板與患兒肱骨遠端匹配度良好，從暴露出骨質(zhì)至截骨面固定牢靠耗時9 ～25min（平均16min），截骨均一次性成功，達到預(yù)定截骨角度。

2.3 肘關(guān)節(jié)術(shù)后功能評價

術(shù)后定期復(fù)查，6 ～8 周復(fù)查見截骨線消失則拆除石膏、拔除克氏針行功能鍛煉。術(shù)前患肢提攜角-10°至-20°，術(shù)后患肢提攜角糾正為3°至15°，平均矯正27°，末次隨訪時患肢肘關(guān)節(jié)活動度最大伸直角度為-10°～12°〔平均(2±0.4)°〕，最大屈曲角度為118°～134°〔平均(130.7±2.2)°〕，根據(jù)Bellemore 等[6]標準進行評估：優(yōu)10 例，良1 例，無并發(fā)癥發(fā)生。

3 討論

兒童肘內(nèi)翻畸形多見于肱骨遠端骨折復(fù)位不充分、保守治療過程中復(fù)位丟失、肱骨遠端生長紊亂后[7]。本次研究納入11 例患兒均是肱骨髁上骨折對合欠佳引起。肘內(nèi)翻畸形造成肘關(guān)節(jié)生物力線、尺骨鷹嘴及肱三頭肌向內(nèi)側(cè)移位，對尺骨產(chǎn)生長期反復(fù)的外旋力矩，造成肘關(guān)節(jié)外側(cè)副韌帶的松弛，遠期來看可以導致肘關(guān)節(jié)外側(cè)旋轉(zhuǎn)的不穩(wěn)定性[8]。Gurkan 指出肘內(nèi)翻畸形與尺神經(jīng)脫位及同側(cè)肩關(guān)節(jié)后方不穩(wěn)定存在相關(guān)性[9]。

對肱骨髁上部位進行截骨是矯正肘內(nèi)翻畸形的常用方法，目前已有的截骨方式包括：外側(cè)楔形截骨術(shù)[10]、倒V 形截骨術(shù)[11]、等腰三角形截骨術(shù)[12]、雙L 形截骨術(shù)[13]、階梯型截骨術(shù)[14]、弧形截骨術(shù)[15]等。每種手術(shù)方式各有優(yōu)缺點，例如外側(cè)閉合楔形截骨術(shù)由于簡單易操作的特點，在臨床選用較多，但不能解決外側(cè)髁的突出問題, 而且存在畸形矯正中心點外移的現(xiàn)象[16-17], 若將截骨遠端內(nèi)移則可改善外髁凸起問題，但部分患兒會出現(xiàn)神經(jīng)損傷[18]；階梯型截骨術(shù)、弧形截骨術(shù)可解決截骨后外側(cè)髁突出問題，但是操作相對復(fù)雜，術(shù)中出血多，術(shù)中定位難度高，術(shù)后并發(fā)癥多，而且出現(xiàn)神經(jīng)損傷者多見[1,16,17]；等腰三角形截骨術(shù)可在三維平面矯正畸形，但手術(shù)操作復(fù)雜，可能會導致肢體短縮[19]。

理想的截骨術(shù)應(yīng)該是一種三維矯治，包括矯治冠狀面的內(nèi)翻畸形、矢狀面的過伸畸形、水平面的內(nèi)旋畸形。目前對于肘內(nèi)翻畸形的治療也傾向于三維矯治，這對術(shù)者在精準控制截骨位點和矯正角度要求較高，實際操作中往往需要反復(fù)調(diào)試，根據(jù)大體外觀、個人經(jīng)驗進行術(shù)中決策。我們遵守相對保守的原則，在外側(cè)楔形截骨術(shù)的基礎(chǔ)上采用計算機術(shù)前規(guī)劃，設(shè)計出3D 導航模板，可在三維平面進行輔助定位和截骨，取得了良好的臨床效果。

我們選擇外側(cè)楔形截骨術(shù)的原因如下：1）術(shù)者對此手術(shù)入路熟悉，截骨方法熟練，截骨后遠端對近端折彎復(fù)位時術(shù)者和助手配合默契，能較好地處置術(shù)中關(guān)鍵操作步驟。2）納入病例內(nèi)翻角度介于-10°至-20°，預(yù)期采用楔形截骨術(shù)后外側(cè)髁突出不明顯，外觀可以接受。3）針對楔形截骨術(shù)的3D 打印導航模板結(jié)構(gòu)簡單小巧，可以實現(xiàn)三維矯形。

本研究小組對納入的11 例肘內(nèi)翻患兒的影像資料進行了術(shù)前計算機模擬，3 例是單純冠狀面畸形，其余8 例合并其他維度畸形，包括過伸畸形和（或）內(nèi)旋畸形。其他維度畸形較健側(cè)相差均小于5°，Chung M S 和Takagi T 等人，認為肩關(guān)節(jié)對此畸形角度可以代償[20-21]，我們在設(shè)計導航模板時重點是對冠狀面畸形進行矯正。我們設(shè)計的導航模板整體呈弧形，包括貼合面、2 個上截骨面定位管和2 個下截骨面定位管，同一截骨面的定位管處于同一水平分布，上下截骨面定位管冠狀面成角即冠狀面外翻截骨角度，在水平面成角即水平旋轉(zhuǎn)角度。

既往我們做外側(cè)楔形截骨術(shù)時存在以下風險：定位不夠精準，需反復(fù)透視，導針角度存在變數(shù)。截骨遠端骨皮質(zhì)需存留2mm，做鉸鏈支撐，但是沒有導航模板情況下經(jīng)常截斷對側(cè)骨皮質(zhì)或骨皮質(zhì)存留過多影響折彎，有時需反復(fù)多次截骨，延長手術(shù)進程，增加出血量。借助于3D 打印導航模板，貼合面與肱骨遠端外側(cè)面匹配度好，貼合緊密，準確定位了截骨平面，截骨、截骨面的吻合1 次就成功，這大大縮短了手術(shù)時間，符合手術(shù)矯形預(yù)期。我們認為3D 打印導航模板優(yōu)點如下：1）增加確定性，包括截骨平面和角度，預(yù)期旋轉(zhuǎn)角度，能實現(xiàn)多維度矯形。2）降低了手術(shù)難度，縮短了截骨時間，減少了術(shù)中出血量，增加了手術(shù)安全性，利于年輕醫(yī)生開展此類手術(shù)。3）減少術(shù)中透視次數(shù)。

總結(jié)經(jīng)驗，我們羅列出導航模板如下缺點和相應(yīng)對策：1）導航模板缺少術(shù)中固定裝置，在截骨過程中可能會產(chǎn)生偏移影響精準度[5,22]。我們的導航模板設(shè)計簡潔，整體貼合滿意，設(shè)計的定位管道長度大于3.0cm，可避免導針擺動彎曲造成定位偏移，導航模板使用過程中未見偏移。下一步設(shè)計導航模板時我們考慮在貼合面設(shè)計一穩(wěn)定孔，增加穩(wěn)定性。2）非金屬材質(zhì)的導航模板在截骨過程中因電鋸摩擦可能發(fā)生形變[19,23]，克氏針轉(zhuǎn)動過程中磨損模板可增加手術(shù)污染機會，產(chǎn)生熱量也會破壞管道結(jié)構(gòu)[24]。此類形變及磨損確實是一個現(xiàn)實問題，我們制作模板使用的PLA 材料（復(fù)翔科技，中國）克氏針確實會磨損定位孔，為此我們選用較細的克氏針導針，直徑較定位管內(nèi)徑小0.3mm。采用低速電鉆，轉(zhuǎn)動過程中導針冷水沖浴，降低導針溫度，減少污染可能性。3）導航模板增加成本（材料成本、前期時間成本）[4]。包括3D 打印材料、較高精度的3D 打印機、高分辨率的CT 數(shù)據(jù)[25]、術(shù)前模擬耗時[23,26]、醫(yī)生需要掌握處理成像數(shù)據(jù)的技術(shù)。對于這一缺點，我們認為這是發(fā)展性問題，隨著科技的進步和發(fā)展，成本問題會得到解決。臨床上我們應(yīng)加強術(shù)前醫(yī)患溝通，取得患兒家長認可。

本研究局限性：病例數(shù)較少，隨訪時間較短，無對照試驗，相關(guān)統(tǒng)計學分析無法開展（結(jié)論可靠性降低）。影像學數(shù)據(jù)來源64 排螺旋CT，對于小年齡患兒，肱骨遠端軟骨成分較多，CT 不顯影，若采用磁共振影像可更好地展示解剖特征。3D 打印導航模板采用PLA 材料，不耐高溫，消毒需較長時間，且術(shù)中存在碎屑污染的風險。導航模板理論上可以糾正矢狀面屈伸畸形、水平面旋轉(zhuǎn)畸形，在我們的研究中體現(xiàn)不深入，主要原因是納入研究的11 例患兒存在其他維度畸形不明顯，考慮到兒童有自我塑形能力和術(shù)者手術(shù)操作習慣，我們偏保守，后期將開展三維矯形工作。術(shù)前計算機規(guī)劃設(shè)計和3D導航模板打印耗費工時，醫(yī)生需要掌握處理成像數(shù)據(jù)的技術(shù)，導航模板打印增加了患兒的治療費用，對于這一缺點，我們認為隨著科技的進步和發(fā)展，病例的積累，該技術(shù)成本會顯著降低。

綜上所述，設(shè)計出個性化導航模板有利于手術(shù)操作，能簡化操作程序，提高術(shù)中定位和截骨角度的精確性，減少手術(shù)操作時間，是一種切實可行的手術(shù)方法。