3D打印技術應用于成年人手指關節置換術研究分析

嚴 純 孫達鋒 張維亞

手指關節創傷屬于臨床最為常見的骨科疾病，多數為創傷或者疾病導致手指關節的畸形與關節功能障礙，隨著病情進展影響患者關節功能，對患者生活質量和身心健康產生嚴重的影響。目前，臨床治療手指關節創傷的方法包括開展移植關節手術、關節成形手術以及關節置換手術等，目的是恢復患者手指關節功能[1]。

近年來，隨著現代醫學的飛速發展以及對手指關節解剖學的深入研究，傳統的人工假體材料在設計和遠期效果上得到明顯的改善，伴隨醫療技術的發展，3D打印技術在骨科廣泛應用，具備精準化、個體化以及成本低等優勢，在人工假體中的應用發揮了重要作用[2]。本研究探討3D打印技術在手指關節置換中的效果，以期為臨床提供指導和依據。

1 資料與方法

1.1 一般資料

回顧性選取2016年5月至2017年8月在海安市人民醫院治療的46例(50指)掌指關節損傷患者，根據患者最終選取的治療方案將其分為觀察組(22例23指)和對照組(24例27指)。觀察組中男性13例，女性9例；年齡20～59歲，平均年齡(34.44±7.65)歲；體質量指數(body mass index，BMI)(22.19±2.39)kg/m2；外傷史(9.63±1.12)月。對照組中男性14例，女性10例；年齡19～56歲，平均年齡(33.20±8.03)歲；BMI(23.02±2.80)kg/m2；外傷史(9.30±1.25)月。兩組患者一般資料比較差異無統計學意義，具有可比性。所有患者及家屬均知情同意。

1.2 納入與排除標準

(1)納入標準:①年齡＞18歲；②均因外傷所致，外傷史＞6個月；③均為單手損傷。

(2)排除標準:①傷口遷延不愈或有感染；②有前壁外在肌或手部內在肌嚴重損傷粘連；③有上肢運動神經損傷；④有血液系統疾病、惡性腫瘤及肝腎功能障礙等其他嚴重疾病。

1.3 儀器與試劑

Brilliance 64排128層螺旋CT(荷蘭飛利浦公司)；FDM 3D打印機計算機系統(南京積億醫療科技有限公司)；65～120 mm UHS01鎳鈦記憶合金接骨器(湖州天鵝生物記憶醫療器械有限公司)；HBS-1096C酶聯免疫吸附法測定儀(南京凱基生物科技發展有限公司)；試劑為南京凱基生物科技發展有限公司提供。

1.4 治療方法及隨訪

(1)對照組:給予常規手指關節置換術，患者平臥，患肢外展，在指間關節背側的關節作弧形切口，暴露關節囊后對粘連組織和不平整關節進行復位和切除，暴露患者掌側后調整伸肌腱的張力并將遠端骨質切除，鉆頭擴髓后進入到皮質，對遠端、近端指骨的長度將假體進行修整，將假體金屬柄置入遠端的髓腔，高分子聚合物柄端置入近端髓腔，準入骨水泥后止血并進行8字縫合，采取彈力加壓繃帶進行包扎。術后給予患者功能訓練指導。

(2)觀察組:手指關節置換術應用3D打印技術，術前采用64排128層螺旋CT開展檢查，配備3D打印機和計算機系統，安裝三維重建軟件，打印材料選取聚乳酸，CT掃描后進行重建，選取鎳鈦記憶合金接骨器掃描并進行數據記錄，在計算機上對數據進行處理開展三維重建，通過提取輪廓得到骨的蒙板，獲取肋骨接骨器的蒙板，完成區域增長以及編輯處理，在計算機上生產三維模型，包括手指關節模型、皮膚三維模型以及接骨器三維模型，將模型進行形態學優化，制作模型后按照對照組手術方法進行假體安裝。術后給予患者功能訓練指導。

1.5 檢測方法

抽取患者空腹靜脈血3 ml，離心后分離血清待檢，采用酶聯免疫吸附法測定患者白細胞介素6(interleukin，IL-6)和IL-10濃度水平變化，所有試劑按照說明書嚴格操作。

1.6 判斷標準

(1)療效判斷:①優，關節活動度為正常側80%以上，關節活動時無疼痛；②良，關節活動度為正常側50%～79%，關節活動時偶有疼痛；③可，關節活動度為正常側50%以下，關節活動時無疼痛；④差，關節無活動度或關節部有疼痛。

(2)疼痛評分:疼痛程度采用視覺模擬評分法(VAS)，分數為0～10分，分數越高，疼痛越嚴重。

1.7 統計學方法

采用SPSS19.0軟件進行數據分析，BMI、年齡、關節活動度等資料采用表示，所有計量資料均呈正態分布或近似正態分布，組間比較使用t檢驗，性別比較使用x2檢驗，治療療效采用秩和檢驗，以P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 兩組治療療效比較

觀察組22例患者的治療效果中，優10例，良8例，可4例，差0例，優良率達到81.82%。對照組24例患者的治療效果中，優5例，良6例，可7例，差6例，優良率為45.8%，觀察組優良率顯著高于對照組，兩組比較差異有統計學意義(Z=-2.680，P＜0.05)。

表2 兩組掌指關節損傷患者手術前后IL-6和IL-10比較(pg/ml，±s)

表2 兩組掌指關節損傷患者手術前后IL-6和IL-10比較(pg/ml，±s)

注：表中IL-6為白細胞介素-6；IL-10為白細胞介素-10

2.2 兩組手術前后關節活動度比較

觀察組和對照組術后關節活動度明顯較術前改善；觀察組術后12個月關節活動度明顯高于對照組，兩組比較差異有統計學意義(t=2.753，P＜0.05)，見表1。

表1 兩組掌指關節損傷患者手術前后關節活動度比較(°，±s)

表1 兩組掌指關節損傷患者手術前后關節活動度比較(°，±s)

2.3 兩組術后VAS評分比較

觀察組術后VAS評分為(1.82±0.32)分，明顯低于對照組的(2.66±0.41)分，兩組比較差異有統計學意義(t=-7.696，P＜0.05)。

2.4 兩組手術前后IL-6和IL-10比較

觀察組和對照組術后3 d的IL-6和IL-10均較術前升高，其差異有統計學意義(t觀察組=-6.264、t=-9.229，t對照組=-8.065、t=-10.451；P＜0.05)；觀察組與對照組術前和術后3 d的IL-6和IL-10比較差異無統計學意義(tIL-6=0.722、t=-0.963，tIL-10=-0.319、t=-1.194；P＞0.05)。見表2。

3 討論

手部外傷是手外科最為常見的疾病，會導致患者手部畸形與功能損傷，也是目前手外科最為常見的疾病，臨床處理極為棘手。目前，對手部關節功能重建主要采用自體吻合血管關節移植，但是在治療期間由于自體關節來源問題、供應區域的結構問題等均導致了治療存在困難[3]。隨著現代醫療技術的飛速發展，人工關節置換手術已成為重要的方法，可以明顯恢復患者關節活動度，克服了傳統自體關節移植存在的供源不足問題，有效的彌補了關節融合過程中帶來的關節僵硬和活動范圍小的缺點[4-5]。研究發現，通過采取人工關節置換方式優勢明顯，可以將關節骨量最大限度的保留，手術過程中僅需去除關節表面的骨質，有助于后期人工關節置換手術開展，同時可以最大限度的將關節周圍軟組織進行保留，對于維持關節的正常解剖關系具有重要意義[6]。人工假體的置入體積相對較小，將關節表面進行覆蓋，方便取出，對于日后翻修的難度較低，也不會造成關節血液運行的破壞，有助于后期骨質愈合，穩定程度較高[7]。但是，在開展人工手指關節置換期間也存在一定的劣勢，部分患者存在假體磨損、松動，導致臨床開展再次手術，同時磨損的顆粒也會導致反應性的滑膜炎和接觸面骨質吸收。目前臨床較為先進的是使用硅膠假體，但是遠期隨訪觀察部分患者仍然會出現骨質進行性破壞、滑膜炎、關節進行性僵硬等并發癥，主要的原因是假體本身設計可能存在一定的問題[8-9]。人工假體應具備良好的生物相容性，彈性模量要接近人體手部皮質骨與密度，目前使用的多為金屬材料，而且在制造過程中要根據材料的性能進行假體部件的設計，提供更好的強度、耐磨損以及質量輕的假體[10]。

近年來，隨著現代技術的發展，3D打印技術在醫學領域廣泛開展應用，通過3D技術制作模型可以快速將假體模型進行制作，同時開展術前模擬、術中指導以及改進植入物，廣泛的在臨床開展應用[11]。本研究中觀察了3D打印技術應用在成年人手指關節置換手術中一方面實現了術前規劃的完善，通過CT、計算機模擬可以進行骨折復位、假體設計等過程，通過三維重建能夠獲取更為詳細的解剖信息，醫師可以完成術前模擬演練、確定手術切口的聯系，方便醫師掌握手術操作的安全性與操作的精準性[12]。此外，開展手術過程中醫師可以隨時對參考模型進行觀察，減少手術出血，縮短手術時間，降低手術醫源性損傷與術后并發癥發生。

3D打印技術更符合現代醫學的理念，可以最大程度實現個體化、精準化的治療，實現了手指關節置換的“私人定制”，拉近了和患者及家屬之間溝通的距離，通過計算基模擬可以為患者講解手術方法和過程，爭取了患者治療依從性，拉近了醫患之間距離[13]。本研究觀察了手術過程中患者體內白細胞介素因子變化情況，其中IL-6屬于重要的炎癥細胞因子，生物學活性廣泛，在人體創傷與修復過程中能夠激活中性粒細胞，加速了創傷后炎癥介質釋放，同時對促進創傷后炎癥反應發生具有重要意義；IL-10則可以抑制多種促炎性細胞因子形成，同時間接抑制自然殺傷細胞活性，屬于重要的抗炎癥反應因子[14-15]。本研究顯示，觀察組和對照組術后3 d的IL-6和IL-10均較術前升高；觀察組和對照組術前和術后3 d的IL-6和IL-10比較差異無統計學意義，表明采用3D打印技術應用于成年人手指關節置換術中不會增加患者體內炎癥反應程度，應用可靠。

本研究顯示，觀察組治療療效優于對照組，其優良率達到81.82%，表明采用3D打印技術應用于成年人手指關節置換術效果優于傳統假體置換手術。觀察組和對照組術后關節活動度明顯較術前改善，觀察組術后12個月關節活動度明顯高于對照組，表明采用3D打印技術應用于成年人手指關節置換術中可以明顯改善患者關節活動功能。觀察組術后VAS評分明顯低于對照組，表明采用3D打印技術應用于成年人手指關節置換術中可以顯著減輕患者疼痛程度。本研究優勢在于證實了3D打印技術在手指關節置換中的應用前景，能夠獲取更可靠的假體置換效果，為臨床選擇治療方案奠定了基礎，但是本研究隨訪時間短，納入患者數量有限，還需要進一步進行大樣本量長期隨訪深入觀察。

3D打印技術應用于成年人手指關節置換術有較好的效果，具有臨床應用價值。