3D 打印技術在小兒后天性肘內翻畸形截骨矯形術中的應用

寧金波 姚明木

3D 打印技術近年來在醫學領域得到了越來越多的應用，成為脊柱、骨盆、顱頜面部等部位手術設計的重要幫手。 重慶大學附屬三峽醫院小兒外科于2016 年6 月至2018 年8 月將3D 打印技術應用于小兒后天性肘內翻畸形截骨矯形手術，取得了良好效果，現報道如下。

材料與方法

一、一般資料

回顧性收集重慶大學附屬三峽醫院小兒外科自2016 年6 月至2018 年8 月實施截骨矯形手術治療的后天性肘內翻畸形患者臨床資料。 病例納入標準： ①術前利用3D 打印技術制作3D 模型，術中采用3D 模型輔助手術者； ②骨折后繼發肘內翻畸形，且已骨性愈合者； ③內翻角＋對側提攜角＞20°者； ④未合并其他需同期手術處理的病變者。 共收集病例16 例，其中男童10 例，女童6 例，平均年齡7.7 歲（6.2 ～10.4 歲）；均有肘關節外傷史，受傷至手術時間為7 個月至4 年8 個月，平均21 個月。 術前采用HSS（Hospital for Special Surgery）肘關節評分標準評定肘關節功能［1］；其中優11 例，良0 例，一般4 例，差1 例，優良率為68.75%。 術前測量患側肘內翻角為8°～29°，平均（17.88 ±6.78）°；前傾角為3°～50°，平均（37.30 ±13.10）°；鮑曼角為97°～115°，平均（108. 39 ± 5. 59）°。 采用測量肱尺角（HUA，humeral-ulna-angle）法測量健側提攜角。

二、3D 模型制作及模擬手術

所有患者術前行CT 斷層掃描（16 排螺旋CT，德國西門子公司），掃描層厚1 mm，獲取Dicom 數據，將數據導入Mimics 15.0 軟件獲得骨折區域的三維圖像，以STL 格式文件輸入3D 打印機。 采用ABS 樹脂材料在3D 打印機上按1 ∶1 的比例打印3D 實體模型。 在3D 模型上進行三維截骨，同時糾正內翻角度、前傾角及旋轉。 糾正內翻截骨角度＝患側內翻角＋健側提攜角，糾正前傾角截骨角度＝患側前傾角-健側前傾角。 選擇合適的固定點進行克氏針模擬內固定（圖1A 至圖1D）。

三、手術方法

術前用環氧乙烷消毒3D 模型。 采用全身麻醉，患者取仰臥患肢外展位，鉛衣保護患者頭頸胸腹及生殖器。 取肱骨遠端外側縱形切口，由肱橈肌與肱三頭肌間隙進入，切開骨膜顯露肱骨遠端，按術前測得的擬糾正角度，參照3D 模型（圖1D 至圖1E），于肱骨相應截骨部位橫向穿入直徑1.5 mm 克氏針，術中再次C 臂透視確定截骨線，鋸成楔形切除骨塊，保留對側少許骨皮質增加穩定性，手法折斷內側骨皮質，外翻位加壓糾正畸形后予克氏針固定，一般選擇直徑2.0 mm 克氏針2 ～3 枚，經肱骨外髁扇形或交叉固定，或經內外髁交叉固定。 術后上肢石膏托輔助外固定，3 周后拆除石膏開始肘關節功能鍛煉，一般術后4 ～6 周骨痂生長滿意后即拆除內固定克氏針。

圖1 3D 模型模擬手術及術中參照 注 A：在模型上設計截骨部位和角度； B：模擬截骨； C：觀察截骨效果； D：模擬內固定； E：術中參照模型定位； F：術中截骨與模擬截骨吻合Fig.1 3D printing model：surgical simulations and applications

四、隨訪及療效判斷標準

術后6 個月行患側肱骨正側位X 線片檢查，測量肘關節提攜角、肱骨前傾角及鮑曼角。 采用HSS 肘關節評分標準評定肘關節功能：90 ～100 分為優，80～89 分為良，70 ～79 分為一般，60 ～69 分為差。 優良率＝評分為優、良的例數/總例數×100%［1］。

五、統計學處理

采用SPSS 19.0 統計學軟件進行數據的整理與分析，計量資料以均數±標準差（±s）表示，手術前后比較采用配對t 檢驗；計數資料用例數和率表示，手術前后比較采用配對χ2檢驗；P ＜0.05 為差異有統計學意義。

結 果

16 例患者術后均獲隨訪，肘內翻畸形均獲矯正，截骨術后均骨性愈合，無神經血管損傷，無傷口感染及針道感染。 3D 模型模擬手術效果：提攜角范圍為9°～19°，平均為（13.57 ±2.62）°；術后6 個月提攜角范圍為9°～19°，平均為（14.34 ±3.28）°，前傾角范圍為24°～51°，平均為（40.08 ±7.44）°，鮑曼角范圍為55°～76°，平均為（67.54 ±6.10）°。 3D 模擬手術與實際手術后提攜角對比，差異無統計學意義（t ＝1.76，P ＝0.1），手術效果符合預期（表1，圖2）。 術后6 個月隨訪時根據HSS 肘關節評分標準評定肘關節功能：優10 例，良0 例，一般5 例，差1例，肘關節功能評分為69 ～100 分，平均為（89.31 ±11.62）分，優良率為62.5%，與術前肘關節功能評分比較，差異無統計學意義（t ＝1.03，P ＝0.32），詳見表2。

圖2 手術前后X 線片對比 注 A：術前正位片； B：術前側位片； C：術后正位片； D：術后側位片； E：術前外觀； F：術后1 年外觀Fig.2 Comparison of preoperative and postoperative radiographic findings

表1 手術前、模擬手術及術后測量相關角度Table 1 Preoperative，simulated and postoperative measurements of the relevant angles

表2 手術前后肘關節功能HSS 評分（±s，分）Table 2 HSS elbow joint scores before and after operations（±s，points）

表2 手術前后肘關節功能HSS 評分（±s，分）Table 2 HSS elbow joint scores before and after operations（±s，points）

項目手術前手術后6 個月t/χ2 值P值疼痛39.38 ±8.73 38.44 ±8.89 1 0.33功能18.75 ±2.30 18.75 ±2.30--矢狀面活動范圍4.81 ±0.40 4.75 ±0.45 1 0.33肌肉力量8.25 ±2.11 8.13 ±2.06 1 0.33屈曲攣縮5.75 ±0.68 5.50 ±2.89 1.46 0.16伸直攣縮5.88 ±0.50 5.75 ±0.68 1 0.33旋前3.25 ±0.77 3.25 ±0.77--旋后3.88 ±0.34 3.88 ±0.34--HSS 評分89.94 ±11.13 89.31 ±11.62 1.03 0.32優良率（%）68.75 62.5-1

討 論

肘內翻畸形是兒童肱骨髁上骨折后期常見的并發癥之一，也可繼發于肱骨遠端骨骺損傷。 肘內翻畸形不僅引起肘關節外觀的改變，還造成肘關節力線、尺骨鷹嘴及肱三頭肌向內側移位，對尺骨產生長期反復的外旋力矩，造成肘關節外側副韌帶松弛，最終導致肘關節不穩定；此外，還可引起同側肩關節后側不穩定和尺神經等解剖結構的移位［2，3］。由于明顯的外觀畸形和不同程度功能障礙，常常對兒童身心健康產生嚴重影響，大多數肘內翻畸形患者及家屬都有手術矯形的意愿。

傳統截骨方法利用肱骨正側位X線片設計截骨角度，只能改變內翻和前傾角度，無法糾正旋轉角度，而肘內翻通常伴有肱骨遠端內旋畸形［4］。 矯形手術后部分患者畸形復發，肘關節功能恢復差，可能與術中未同時矯正旋轉畸形有關，因此旋轉畸形的矯正同樣需要引起重視，尤其對于術前測量前傾角過小、內旋超過20°、伴有肘關節屈曲受限的患者而言，術中需同時矯正三維畸形［4］。 對肱骨遠端內旋畸形通常應用Yamamoto 法測量肱骨遠端內旋角度，并同時予以矯正［5］。 CT 三維重建技術可以清晰觀察骨關節畸形的形態學改變，但醫生面對的依舊是二維圖像，缺乏立體感。 傳統手術方法術中更多憑借醫生肉眼所見和經驗進行定位截骨，常需要多次修正截骨，或者在C 臂機下不斷調整以獲得滿意的矯形，從而導致骨量損失增加、手術時間延長、出血量及并發癥發生率增加，其可靠性和精確度也難免受到影響。 近年來3D 打印技術的發展突飛猛進，在醫療領域得到了極大的發展，在矯形、顱頜面、泌尿、胸心外科等領域得到了越來越多的應用［6-11］。 通過3D 打印模型可以使醫師對骨關節畸形的形態獲得更直觀、立體的感受，有助于畸形的立體定位和術前的全面評估，從而精確設計最佳的手術入路和截骨平面，確定術中所需暴露的范圍，減少手術創傷和重要解剖結構損傷的風險。

利用3D 打印模型協助進行準確的術前計劃和手術模擬，以及選擇最合適的植入物進行內固定，優化內固定方案，可大大提高術前截骨平面設計和內固定材料選擇的準確性［12，13］。 通過手術預演使術者更熟悉術中截骨、復位和固定過程，可提高手術準確度和手術效果［14］。 手術中我們將3D 模型與術野情況相對照，依據術前設計方案精確截骨和內固定，使得矯形更加準確，固定更加合理可靠，減少了醫生和患者在放射線下暴露的時間和劑量。 楔形截骨時應保持內側骨皮質及骨膜完整，增加穩定性；手法折斷內側骨皮質，外翻位加壓糾正畸形后再行內固定。 如有明顯旋轉畸形，可術中對比3D模型同時糾正。 關于內固定方式有多種選擇，鋼板或克氏針均可。 我們的經驗是在3D 模型上進行克氏針模擬固定，一般選擇直徑2.0 mm 克氏針2 ～3枚經肱骨外髁扇形或交叉固定，或經內外髁交叉固定，多可達到穩定固定，且可避免鋼板內固定需二期手術取出的麻醉風險與創傷；如克氏針固定欠佳，則選擇鋼板內固定。

本研究中，在3D 模型進行模擬手術后測量提攜角，術后6 個月復查X 線片測量提攜角，對數據比對分析發現，3D 模擬手術與實際手術后提攜角、前傾角對比無統計學差異，手術效果符合預期。 術后6 個月HSS 肘關節功能評分（89.31 ±11.62）分，與術前對比無明顯統計學差異，患者截骨矯形術后肘關節功能與術前相仿。 但3 例肘關節矢狀面活動范圍有一定丟失，1 例肘關節功能評級由優降為一般，考慮與術后疼痛導致關節功能鍛煉不充分以及手術后局部瘢痕組織攣縮有關。 另外，本組有1 例患者肱骨遠端粉碎性骨折繼發肘內翻畸形，受傷到手術時間為3 年5 個月，術前根據HHS 評分肘關節功能評價差，考慮可能與粉碎性骨折、肘部肌肉損傷嚴重、瘢痕形成等有關；術后隨訪HHS 評分與術前相仿。 雖然在疼痛、功能、肌肉力量、屈伸攣縮、前臂旋轉等方面，手術前后評分無明顯變化，但仍需警惕手術創傷可能對肘關節功能產生影響。

3D 模型可再現患者病變的三維解剖結構，我們在術前借助于患者的解剖模型與患者及家屬進行病情交流，使患者及家屬對疾病有更加直觀的理解和認識，有利于醫患溝通交流，增加醫患互信，減少醫療糾紛的發生。 但是3D 模型是基于計算機斷層掃描獲取的3D 數據打印而成，受分辨率、計算機處理、打印機精度與設置等多因素影響，與實際解剖可能存在一定差異［15］。 3D 模型模擬手術畢竟是脫離肌肉、韌帶等軟組織附著的一個孤立標本，與現實手術操作仍有較大差異，因此仍需要具有一定手術經驗的醫師進行操作，手術中需隨機應變，以獲取更好的矯正效果，避免不必要的手術風險。

本研究的不足之處是樣本量較小，未能設計對照組出血量、手術時間等相關指標評價，隨訪時間較短，不排除隨著時間的延長，可能有部分矯形丟失的情況。 另外，在3D 模型上無法準確測量前傾角和鮑曼角，因此還需要更大樣本量和更深入的研究，來進一步評價3D 打印技術在小兒肘內翻畸形截骨矯形中的應用價值。