3D打印技術在修復骨缺損中的應用探討

史保慶

廈門市第五醫院骨科，福建廈門361000

3D打印技術在修復骨缺損中的應用探討

史保慶

廈門市第五醫院骨科，福建廈門361000

目的探討3D打印技術在四肢創傷骨缺損中的應用價值。方法選擇我院骨科未開展3D打印技術期間（2012年12月～2013年12月）收治的創傷性四肢骨缺損的患者56例作為對照組，開展3D打印技術期間（2014年1月～2015年1月）收治的創傷性四肢骨缺損的患者45例作為觀察組，比較兩組患者的手術時間、術中出血量、治療效果及術后不良反應的發生情況。結果觀察組患者的手術時間及術中出血量明顯少于對照組，治療效果的優良率為93.33%，遠遠高于對照組的69.64%，不良反應的發生率為11.11%，遠遠低于對照組的19.64%，差異具有統計學意義（P＜0.05）。結論3D打印技術能夠對患者的四肢骨缺損情況進行明確的判斷和分析，使修復效果達到最佳，值得在臨床中廣泛應用。

3D打印技術；四肢創傷；骨缺損；匹配度；植入體

創傷性四肢骨缺損是臨床常見的骨缺損類型，其臨床治療的關鍵是選擇合適的植入組織來替代缺損的組織以重塑組織結構的完整性［1，2］。由于創傷原因造成的骨缺損，其缺損形式多種多樣，具有較高的不規則性，常常造成植入組織與缺損部位不匹配，需要進行多次反復的塑形與匹配，直接導致手術時間延長，無法達到較滿意的預期效果［3-5］。隨著影像學技術的不斷發展，3D打印技術逐漸在臨床廣泛應用，其優點在于能夠為患者制定合適的植入體，對手術過程進行準確的模擬，降低手術的難度和復雜性，使植入體與缺損區的匹配度達到最高［6-8］。本文就3D打印技術在四肢創傷骨缺損中的應用價值進行探討，旨在探討科學合理的治療手段，現報道如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選擇我院骨科未開展3D打印技術期間（2012年12月～2013年12月）收治的創傷性四肢骨缺損的患者56例作為對照組，其中男34例，女22例，年齡33～65歲，平均（39.14±0.78）歲。上肢骨缺損33例，下肢骨缺損23例，按照Schatzker分型可分為：Ⅱ型6例，Ⅲ型29例，Ⅳ型21例。平均骨缺損長度為（8.0±1.2）cm，軟組織平均缺損面積為10 cm×5 cm。將開展3D打印技術期間（2014年1月～2015年1月）收治的創傷性四肢骨缺損的患者45例作為觀察組，其中男25例，女20例，年齡在32～60歲，平均（38.26±1.27）歲。其中上肢骨缺損19例，下肢骨缺損26例。按照Schatzker分型可分為：Ⅱ型7例，Ⅲ型21例，Ⅳ型17例。平均骨缺損長度為（7.0±2.4）cm，軟組織平均缺損面積為9 cm×6 cm。在所有患者知情同意的前提下，對照組患者術前未應用3D打印技術，觀察組患者術前應用3D打印技術。兩組患者在年齡、性別、缺損部位和程度等方面比較，差異無統計學意義（P＞0.05），具有可比性。

1.2 治療方法

對照組進行常規手術修復骨缺損：檢查患者的生命體征，觀察傷口部位、污染情況及缺損情況，進行常規的X線片檢查，判斷骨缺損的程度及短縮的長度。患肢用止血帶充氣止血，徹底清創，用碘伏紗布填充創面。在骨折部位進行切開復位并進行內固定，恢復正常的骨骼長度，保持力線。在X線透視下，打入克氏針，將力線對位準確后，用外固定架進行固定。觀察組患者應用3D打印技術，進行骨缺損修復，具體方法如下。

1.2.1 3D打印在進行修復手術之前對患者進行常規X線檢查和CT掃描，并且記錄和保存骨缺損圖像，將CT掃描獲得的數據錄入Mimics16.0系統中，經過處理，構建骨骼的三維模型，而后應用MakeWare軟件，將構建的模型轉換為3D打印機可以應用的文件格式代碼，利用SD數據卡，將打印信息傳遞給打印機，隨后，打印機通過將生物降解塑料材料聚乳酸（PLA）溶解成細絲，由噴頭噴出，然后積累成型，得到1：1的骨骼模型，留待手術備用。

1.2.2 修復過程對構建的3D模型進行全面分析和觀察，利用3D測量工具，對骨折塊的分離距離、關節面塌陷程度及缺損范圍進行精確測量，然后進行手術模擬，包括選擇手術入徑、切口的暴露范圍、骨折的復位、鋼板的復位位置、鋼板的最佳匹配度、螺釘長度及進入方向等，在術前進行逼真的手術模擬和操作。術中根據實體模型對植入物進行預彎和調整，將骨折部位完全暴露，與實體進行比對。為手術提供可靠的依據。術后常規應用抗生素預防感染，及時進行康復鍛煉。

對兩組患者進行1年的隨訪，囑患者每半年來醫院復查一次植入物的恢復情況及患者自身骨骼的生長發育狀況。

1.3 觀察指標

比較兩組患者的手術時間、術中出血量、治療效果及不良反應的發生情況。

1.4 臨床效果評價

患者無疼痛，四肢能夠進行正常活動，且關節的活動范圍在75%以上，經X線檢查，提示無明顯的骨性關節炎或者關節腔的狹窄和硬化，表示為優；患者有輕微的疼痛，能夠進行基本的活動，且關節的活動范圍在50%以上（含50%），經X線檢查，提示有關節腔的狹窄和關節面的硬化，并且有骨贅形成，表示為良；患者有中度疼痛，四肢活動輕度異常，且關節的活動范圍在50%以下，經X線檢查提示，有明顯的關節腔狹窄和關節面的硬化，并且有大量的骨贅形成，表示為可；患者疼痛十分明顯，四肢功能異常，且有嚴重的關節畸形伴僵硬，X線提示有十分嚴重的關節炎性改變，表示為差［9］。

1.5 統計學方法

2 結果

2.1 兩組患者手術時間、術中出血量的比較

觀察組患者的平均手術時間及術中出血量均明顯少于對照組，差異有統計學意義（P＜0.05），見表1。

表1 兩組患者手術時間及術中出血量比較（±s）

表1 兩組患者手術時間及術中出血量比較（±s）

組別n手術時間（min）術中出血量（mL）觀察組對照組t值P 45 56 102.7±10.6 237.2±24.5 9.247＜0.05 502.8±10.4 838.7±14.8 8.713＜0.05

2.2 兩組患者治療效果比較

觀察組患者治療效果為優37例，良5例，優良率為93.33%，明顯高于對照組的69.64%，差異有統計學意義（P＜0.05），見表2。

表2 兩組患者治療效果比較

2.3 兩組患者術后并發癥比較

修復術后常見的并發癥主要有切口感染、骨折不愈合、內固定松動、植入物斷裂、切開再修復等。觀察組術后并發切口感染1例，內固定松動2例，骨折不愈合1例，植入物斷裂1例，并發癥的發生率為11.11%，低于對照組的19.64%，差異有統計學意義（P＜0.05），見表3。

2.4 典型病例內固定治療圖片

見圖1。

圖1男性患者，45歲，脛骨平臺粉碎性骨折，內固定治療

表3 兩組患者術后并發癥比較

3 討論

3D打印技術是利用材料層層疊加的原理，根據預先設計好的模型結構而制造出所需要物質的技術，具有較強的綜合性和應用性。在臨床治療創傷性骨缺損的過程中，通過手術治療對患者的缺損組織進行修復，以保持骨組織的完整性和正常的生理功能，因此選擇匹配度較高的修復材料，在手術治療過程中，具有十分重要的作用［10］。將3D打印技術應用于骨缺損的修復中，能夠迅速制備所需要的仿生人工骨組織，并且可以保證其外形與微觀結構與患者的缺損部位的匹配度，從而有效解決傳統修補術由于植入物不匹配而需要在術中進行多次塑形的問題［11，12］。

從表1中可以看出，通過應用3D打印技術，觀察組患者的手術時間及術中出血量均明顯少于對照組，差異具有統計學意義（P＜0.05），說明3D打印技術通過在術前對手術過程進行科學精確的規劃，能夠有效避免術中反復預彎鋼板以及反復測量螺釘的長度，從而可以明顯縮短手術時間，減少患者的出血量。從表2中可以看出，觀察組患者治療的優良率為93.33%，遠遠高于對照組的69.64%，差異具有統計學意義（P＜0.05），說明通過3D打印技術，可以為患者制定出匹配度最高的植入物和最佳的治療方案，為臨床手術治療提供準確全面的數據，增加了手術成功的幾率，可以大大提高其治療效果。從表3中可以看出，觀察組患者的術后并發癥的發生率遠遠低于對照組，差異有統計學意義（P＜0.05），說明3D打印技術在縮短手術時間的過程中，減少了傷口的暴露時間，從而降低了切口感染的機會，并且在術前通過對手術進行精確地規劃和模擬，使手術達到預期的效果，避免了再次切開修復，大大降低了患者術后并發癥的發生。

3D打印技術的優點在于通過熔融沉積技術將人體骨骼的三維立體結構進行快速構型，使臨床醫生能夠對復雜錯綜的骨折情況進行更直觀、更全面的觀察，對術前診斷做出更準確的判斷。最重要的是醫生可以根據模型的具體情況進行比較逼真的模擬手術，對要應用的鋼板進行提前的塑形，在手術過程中，進行精確定位，能夠明顯縮短手術時間，減少X線的應用次數，從而降低對患者和醫生的輻射傷害［13，14］，因此，3D打印技術在臨床應用過程中，能夠明顯提高患者骨缺損的修復效果，使復雜的手術過程變得相對容易，值得在臨床廣泛應用。但3D打印技術也存在一定的缺點，其技術成本相比較其他普通檢查手段或普通手術，顯得十分昂貴，患者的接受力較差［15］，因此，在今后的臨床應用中，應在不斷發展醫學技術的同時，降低3D打印技術的經濟成本。

綜上所述，3D打印技術能夠對患者的四肢骨缺損情況進行明確的判斷和分析，做好修復前的骨折評估和規劃，有利于對骨折情況進行準確的復位，使修復效果達到最佳，值得在臨床進行廣泛應用。

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App lication of 3D printing in repair of bone defect

SHIBaoqing
Department of Orthopedics，Xiamen Fifth Hospital，Xiamen 361000，China

Objective To discuss the application value of 3D printing in bone defect of limbs.M ethods 56 patients with traumatic bone defect in limbs treated in our hospital from December 2012 to December 2013 when 3D printing was not conducted were selected as control group；and another 45 patientswith traumatic bone defect in limbs treated in our hospital from January 2014 to January 2015 when 3D printing was conducted were selected as observation group. The operation duration，blood loss during operation，treatment effect and postoperative adverse reactionswere compared between two groups.Results The operation duration and blood loss during operation were significantly lower in the observation group than in the control group.The excellent and good rate of treatment was 93.33%in the observation group，which was significantly higher than 69.64%in the control group；The incidence rate of adverse reactions was 11.11%in the observation group，which was significantly lower than 19.64%in the control group（P＜0.05）.Conclusion 3D printing can provide definite diagnosis and analysis on the bone defect of limbs in patients to optimize the effect of repair，thus isworthy to be promoted in clinical practice.

3D printing；Limb trauma；Bone defect；Matching degree；Implant

R687.3

B

1673-9701（2016）18-0065-04

2016-03-02）