3D打印技術配合預制接骨板在骨關節創傷微創治療中的應用研究*

安曉龍,付 軍,藺廣生

1.空軍軍醫大學西京醫院骨科(西安 710032)；2.陜西省志丹縣人民醫院骨科(延安 717500)；3.陜西省延安市人民醫院骨三科(延安 716000)

骨關節創傷是骨科領域常見的疾病之一，多為外力因素所致，受傷機制主要是暴力傳導或直接受力導致骨骼斷裂，常伴有關節軟骨損傷，以及關節周圍軟組織受損，嚴重時危及血管神經。骨關節創傷可發生于不同年齡段。關節內骨折如果未獲得解剖復位，關節的局部承受壓力過于集中，關節面骨質容易發生疲勞性磨損。由于關節周圍組織結構復雜，其骨骼與周圍組織共同構成一個完整的功能單位，一起協同完成關節功能。關節運動對生物力學的要求較高，關節內骨折對復位要求相對嚴格，加之關節周圍軟組織致密，尤其是肌腱和韌帶結構為細胞成分少、纖維成分多，而且皮下組織層薄，血運相對差，手術治療常造成切口愈合不良、軟組織及骨質感染、疤痕攣縮等手術并發癥幾率高。選擇在合理保護軟組織血運的前提下，能良好復位固定骨折的手術方案，才能夠有效降低手術并發癥，最大程度恢復關節功能。

本研究回顧性分析2015年7月至2018年12月對53例骨關節創傷病例進行分組對照，將骨骼影像進行三維重建，利用3D打印技術進行成型，在術前對骨骼模型模擬復位，設計接骨板，并科學預制，模擬固定。術中采用微創復位固定技術，取得滿意療效。

資料和方法

1 一般資料 本組納入病例53例，男39例，女14例；年齡26～79歲，平均47.3歲；其中肱骨上段骨折3例，脛骨平臺骨折19例，脛骨遠端骨折31例；合并有膝關節周圍軟組織挫傷5例，踝關節周圍軟組織挫傷22例。根據相同部位骨折隨機分配方法，將患者分為兩組：采用3D打印技術配合預制接骨板微創手術治療的微創組27例，其中男17例，女10例，年齡33～79歲，平均49.6歲；其中肱骨上段骨折1例，脛骨平臺骨折9例，脛骨遠端骨折17例。采用傳統的切開復位內固定手術治療的對照組26例，其中男22例，女4例，年齡26～58歲，平均40.7歲；其中肱骨上段骨折2例，脛骨平臺骨折9例，脛骨遠端骨折15例。手術操作者為同一組醫師完成。兩組患者術前一般資料的比較差異無統計學意義(P>0.05)，具有可比性，見表1。所有患者術前接受X線片檢查，遠、近折端以外完整骨骼的各5 cm處之間的范圍，進行CT平掃加三維重建。納入標準：①肱骨上段、股骨上段、股骨下段、脛骨上段、脛骨下段累及到關節面的骨折病例；②年齡為23歲以上的成年患者；③無肢體發育畸形；④局部皮膚無感染、無皮膚病及腫瘤病變患者； ⑤患者及其家屬同意接受微創治療手術。排除標準：①具有手術禁忌證的患者；②Gustilo-Anderson Ⅱ型以上開放性骨折，軟組織條件較差的患者；③關節周圍軟組織攣縮，嚴重影響關節功能的患者；④合并肢體血管或神經損傷，需要術中探查的患者；⑤依從性低，不能配合功能鍛煉的患者；⑥術后不能隨訪的患者。

表1 微創組與對照組患者術前一般資料的比較

2 研究方法

2.1 術前準備:將病例患肢骨折部位進行CT平掃(層厚0.5～0.6 mm)，所得數據進行處理后，輸入3D打印圖像處理軟件，進行三維重建，設置骨骼模型保留長度和打印范圍，建立骨塊之間的連接及支撐，然后將處理好的數據轉換成3D打印機可讀取的數據。在打印機上，應用高分子材料進行熱熔陣型堆積，打印成模型。要求模型的大小同病例骨骼1∶1的比例，形態與骨骼骨折后一致，在模型上保留可分辨的所有游離骨塊。同一模型打印兩個。

對模型進行處理后，沿骨折線，用雕刻刀切開模型的各個骨塊，根據骨骼解剖結構，將骨塊逐一復位，用液態速干膠將復位后的骨塊逐一粘接固定。選擇合適接骨板，依照骨骼模型，進行比量，將接骨板進行折彎預制，使之長度、角度符合固定要求，與骨面貼覆。

將預制好的接骨板先用軟水常規清洗，再用酶清洗劑清洗后，進行高溫高壓滅菌消毒；同時將另外1個模型用軟水常規清洗，低溫等離子進行消毒后，備術中參照觀摩。

2.2 手術方法:患者麻醉后，采用合適體位，肢體消毒鋪巾，在C型臂X光機透視下，通過手法間接復位，配合應用克氏針經皮撬撥復位游離骨塊，復位過程中，結合模型形態，更有利于達到解剖復位效果。復位過程中，合理保護軟組織，防止骨塊及克氏針損傷周圍血管及神經。復位滿意后，按照術前在模型上設計的接骨板位置，在接骨板預置部位遠離關節的一端，經皮膚切一小口，避開神經、血管及肌腱，顯露骨質，經切口在骨膜下潛行剝離一隧道，隧道與預制接骨板長度、寬度一致，將預制好的接骨板經切口置入骨膜下，使之與骨面貼覆，X光機透視見骨折復位良好后，在導航下，經皮在骨質上鉆孔，擰入相應長度螺釘固定。透視檢查骨折復位情況及固定效果，滿意后，徹底沖洗切口，放置引流管，應用可吸收線無張力縫合，引流管接負壓引流器。肢體適當加壓包扎，術后患肢抬高，緩解骨膜剝離處出血。

術后記錄手術時間、術中出血量，觀察肢體血運及腫脹情況，拍攝肢體手術區域X線片。早期肢體無痛、不負重功能鍛煉。記錄手術切口是否出現感染、愈合延期等并發癥，應用相應的關節功能評分標準進行評估并記錄。

2.3 術后隨訪及療效評價:術后應用統計學將微創組與對照組的手術時間、術中出血量、切口長度進行分析。同時對比兩組手術的固定效果、術后軟組織腫脹程度、肢體血運情況、切口愈合效果、早期功能情況等；術后每2周進行回訪，綜合評價關節功能評分。

結 果

1 微創組與對照組手術時間、術中出血量 微創組與對照組術后隨訪12～20個月，平均隨訪12.9個月。兩組患者手術時間平均分別為(90.8±10.7)min、(111.9±11.3)min，組間比較差異有統計學意義(t=6.982，P=0.000)。微創組與對照組術中出血量平均分別為(137.2±12.6) ml、(358.5±11.7) ml，組間比較差異有統計學意義(t=66.194，P=0.000，表2)。微創組手術切口較對照組明顯小，對軟組織創傷輕。

表2 微創組與對照組手術時間、術中出血量

2 術后隨訪 兩組所有病例均獲得骨性愈合。隨訪結果，根據關節功能評價評定療效，微創組優16例，良11例；對照組優9例，良8例，可9例。優良率83%。

討 論

1 骨關節損傷治療的要點 關節周圍骨折占肢體骨折的50%～56%[1]。原則上，關節內骨折移位形成0.1 cm以上的平面差就需要手術治療[2]。目前觀點認為，治療牽涉關節面的肢體長骨骨折，重點在于關節面的解剖復位，恢復關節形態學結構，其次是肢體長度的恢復，力線的還原、無旋轉，還有堅強有效的內固定，是保證關節早期功能鍛煉的基礎。關節面的平整和結構恢復，能夠有效防止后期創傷性關節炎的發生[3]。減少對軟組織血運的阻斷，能有效促進切口早期愈合，防止軟組織感染導致的骨、內固定物外露，甚至骨髓炎發生；同時能減少骨膜的破壞，縮短骨質愈合時間。軟組織條件的保護還緩解肢體疼痛，可以早期無痛功能鍛煉，能有效防止關節僵直。

另外，肢體骨折的閉合復位手法要求相對較高，不恰當的操作或反復復位會造成軟組織的進一步損傷。因此在復位時要小心謹慎，不可盲目牽引和過度用力操作而破壞軟組織的連接。同時要分辨軟組織的內部交鎖阻擋[4]，合理應用合頁作用進行復位，防止骨塊不穩定。在內固定物置入時，有效保護其周圍軟組織是關鍵，注意防止卡壓血管、神經和肌腱，不可在腱鞘下形成橋型跨越，以防后期肢體功能受限甚至肌腱磨損斷裂。

治療累計關節面的關節周圍骨折，關節面達到解剖復位、肢體長度恢復、成角小于5°、力線恢復，是手術治療效果的基本條件。符合生物力學的固定方法，是骨骼愈合的關鍵所在。早期無痛有效功能鍛煉，是肢體功能恢復的保障。因此，進行手術合理的設計和周密的術前準備，是追求手術效果的關鍵所在。術前要認真分析骨折形態，制定復位和固定方法，設計最小創傷的手術切口和內固定置入方案。然而通過傳統的影像學閱片，很難對骨折形態、關節骨折后的病理結構有全面的認識。而近年來興起的單純建立3D打印模型用于術前或術中的觀摩和對比，一定程度上只是增加了對骨折形態的判斷和認識，仍然沒有將其作用進一步挖掘和發揮。

2 技術應用的原理及意義 在骨科專業方面，3D打印技術目前主要應用于骨骼及瘤體打印，用于輔助醫學教學、治療方案的擬定、手術技巧的設計、外固定裝置的個體化設計[5]，以及體內特殊假體打印植入[6]等，并取得良好效果。手術輔助材料的打印對疾病的診斷和治療有著重要的臨床意義，例如在復雜骨折的分型、脊柱側彎的分型、骨腫瘤的鑒別、關節損傷的嚴重程度判斷等方面，目前已得到專業領域的廣泛認可。

創傷骨科所面對的病例具有很大的隨機性和完全的獨特性，每一例病例受傷機制不同，機體損傷結果也有所區別，具體治療細節也不相同[7]。所以在制定診療方案中，應用3D打印技術，將骨骼按照1∶1 的比例進行實體三維成型，首先進行明確、規范診斷，其次結合實體模型進行分析研究，甚至應用工科技術和醫學解剖知識相結合，對模型進行個體化的加工重組，模擬骨折復位，再根據骨科復位固定要求及骨骼生物力學原理，設計出個體化的內固定材料。通過術前的診斷、分析，以及模擬復位固定、材料準備，術中制定最微創的方法，進行骨塊復位，精確規劃手術區域的有限顯露，預先設計結構定型的固定材料，合理植入最大程度符合AO內固定原理的內植物裝置。通過以上方法，能最大程度減小手術及治療的創傷，縮短手術時間；同時減少手術出血，降低輸血風險，緩解目前全社會血源不足現狀；提高手術的精確度和準確性，改進治療效果，提高痊愈率；減少手術并發癥，降低創傷的致殘率，提升骨科對疑難復雜損傷的治療能力。

目前3D打印設備及材料的成本高、相關軟件知識產權等問題[8]，是此項技術在醫學專業領域推廣的壁壘；另外，3D打印技術目前處于發展的初級階段，其應用技術仍未達到一定高度，所打印模型的精細化程度不高的問題，仍需進一步解決和提升。

綜上，通過 3D打印技術配合預制接骨板的方法治療骨關節損傷，能夠達到精準操作，解剖復位。能提高手術準確性，縮短手術時間，減少創傷及出血。能有效減少手術副損傷及并發癥，術后能夠早期功能鍛煉，促進肢體功能恢復。三維成像實體模型還可以預先掌握手術會遇到的各種問題，從而使手術的安全性大大提高[9]；術中也可以隨時參考模型，進行閉合復位固定，減小甚至無需切口，能保護骨膜的完整性，縮短骨質愈合時間[10]。術后軟組織疤痕小，不影響外觀及功能。三維成像實體模型結合定制固定裝置，在手術操作中能夠起到手術導航作用[11]，一般情況下能夠置釘一次性成功，有效解決特殊部位的螺釘置入難度及術中反復調整的問題，從而獲得更滿意手術效果，符合精準醫學要求。