3D打印技術輔助肱骨髁間骨折治療

龔灝，陳峰嶸，劉好源

中國人民解放軍陸軍第73集團軍醫院/廈門大學附屬成功醫院骨科一區，福建廈門361003

前言

肱骨髁間骨折發生率逐年上升，且由于肘關節復雜的解剖結構及較小的骨折碎片成為現階段最難治療的骨折之一，尤其是肱骨髁間粉碎性骨折［1］。關節面的早期解剖重建、穩定的內固定和肘關節的早期運動是治療成功的關鍵因素［2］。但現階段的手術存在著各種并發癥，如肘關節功能障礙、骨不連等，不當的治療會造成手術后出現畸形［3］。為使術后肘關節擁有正常功能及減少并發癥的發生，迫切需要開發一種新的治療方法，精確和個性化的手術在骨折固定術中變得越來越重要［4］。3D 打印是一種通過“打印”具有復雜幾何體的實體形狀來輸出計算機數據的新技術［5-7］。近年來，3D 打印技術的應用使得骨科和重建手術定制的植入物的快速制造成為可能［8-9］，這有助于準確的術前診斷、手術策略模擬以及加強與患者的溝通［10-11］。本研究采用3D 打印技術重建肱骨髁間骨折患者的損傷部位，并評估其在骨折修復手術中的可行性、有效性和安全性。此外，還可利用3D打印結果增強醫患溝通。

1 資料與方法

1.1 臨床資料

選擇解放軍第73集團軍醫院2017年10月～2018年10月收治的53例肱骨髁間骨折患者為研究對象，均經解放軍第73集團軍醫院倫理委員會批準且遵循自愿原則入選。納入標準為：（1）年齡18～60歲；（2）新鮮閉合性骨折（傷后2周內）；（3）單側肱骨髁間骨折；（4）隨訪至少12個月。排除標準：（1）陳舊性骨折及開放性骨折；（2）病理性骨折；（3）肘部關節曾患病或手術；（4）合并神經或血管損傷；（5）存在重要器官損害；（6）多發性骨折。住院病人中男性29例，女性24例，平均年齡44.6歲。隨機分為常規組（28例）和3D打印組（25例）。兩組在性別、年齡、骨折分類、損傷機制、損傷側等方面差異無統計學意義，具有可比性。

1.2 3D模型制造

從本院的Star PACS 系統（INFINITT, 首爾, 韓國）獲取肱骨髁間骨折患者的CT。以DICOM格式存儲原始CT數據，并使用MIMICS 軟件v15.0（Materialise,魯汶,比利時）進行3D重建，然后在軟件中重建骨折的3D 數字圖像，將數據導入到STL 格式的3D打印軟件中。在形成3D數字模型后，將其保存為Gcode 格式，并將其導出到3D 打印機（3D Ortho Waston Med公司,常州,中國）以重建全尺寸模型。

1.3 體外手術模擬

組內骨科醫生使用3D打印技術打印出骨折模型模擬體外復位。3D打印的模型，骨折結構特征清晰，有利于手術方案的實施。此外，植入物的類型和尺寸都可以在術前知道，骨科醫生可以根據患者病情選擇合適的鋼板和螺釘，并且還評估了理想的螺釘位置和方向。

1.4 手術方法

同一小組骨科醫生按如下方式對兩組患者進行手術：患者麻醉后置于仰臥位，通過鷹嘴截骨術進行下述兩組手術。自肘上沿后側逐層打開皮膚及皮下組織并沿肌間隙分離，術中注意保護尺神經。然后通過擺動鋸進行橫切鷹嘴截骨術，使肱骨髁間骨折明顯暴露且骨膜剝離適當，清除骨折骨上的軟組織后進行骨折的解剖復位，使用克氏針固定骨碎片。在3D打印組中：通過3D打印模型模擬確定的方案放置鋼板和螺釘以固定骨折部位。在常規組中：根據手術期間的測量確定鋼板和螺釘。手術后，抬起肢體以減少傷口周圍的軟組織腫脹，鼓勵肘部早期被動活動，術后第7 天開始肘關節活動屈伸，術前和術后3 d內使用抗生素，兩組手術均通過X線進行評估。

1.5 隨訪及評價指標

所有患者均隨訪12 個月，在術前及術后3 個月通過量角器測量其肘關節活動度，術中記錄患者手術時間及出血量，隨訪期間通過影像學觀察并詳細記錄所有患者骨折愈合時間。

1.6 統計學方法

數據采用SPSS 20.0 軟件進行統計分析，結果以均數±標準差表示，使用t檢驗進行組間比較，P＜0.05為有統計學差異。

2 結果

所有患者復位手術均成功實施，在圍手術期未出現嚴重并發癥，傷口愈合良好，術后隨訪未出現明顯的感染。

2.1 術中、術后情況比較

由表1 數據分析可知，在手術期間，3D 打印組手術時間和失血量明顯低于常規組，具有統計學意義（P＜0.05），兩組骨折愈合時間無顯著差異（P＞0.05）。

表1 術中、術后情況比較Tab.1 Comparison of intraoperative and postoperative conditions

2.2 術后肘關節活動度評價

對患者術后進行為期12個月的隨訪，每組病人的肘關節功能均有改善，但兩組之間無顯著差異（P＞0.05），見表2。

表2 肘關節活動度比較Tab.2 Comparison of elbow joint mobility

2.3 并發癥

3D打印組有2例傷口感染，常規組有3例傷口感染。所有感染患者均使用敷料進行治療。各組均未發現骨不連、深部感染等情況，兩組并發癥發生率無統計學差異（P＞0.05）。

2.4 患者滿意度調查

通過一個簡單的問卷對行3D打印的病人進行滿意度調查，滿分為10分，具體結果如表3。

3 討論

肱骨髁間骨折治療的關鍵在于使肘關節穩定［12］、無痛，治療后恢復到正常功能［13-14］，傳統的手術僅憑二維圖像很難達到對肱骨髁間骨折進行全面分析和準確治療［15-16］。隨著3D 打印技術的發展，其被廣泛應用于骨科手術［17］。經研究發現，3D 打印骨折模型允許圖像輸出從二維轉換為三維形式，從靜態模型轉換為動態模型［18］。利用三維打印模型，可以從各個方向觀察骨折，從而準確描述骨折特征。這使骨科醫生能夠更全面地了解骨折的具體細節，確定骨折類型、骨折線的移位和骨折碎片的數量，檢查關節表面的塌陷和粉碎情況等。此外，3D 打印模型可以幫助骨科醫生根據患者的不同特征，制定出更加合理、人性化的手術方案［19］。并且在手術前骨科醫生能夠模擬體外手術，如骨折復位、鋼板和螺釘內固定等，然后選擇合適的鋼板和螺釘，并將其放置在實際手術中合適的方向和位置，從而可大大提高復位精確度和固定穩定性［20］。

表3 患者滿意度調查Tab.3 Patients′satisfaction survey

除了對手術的提升以外，3D 打印模型可以明顯提高患者的理解和依從性。在研究中從以下幾方面對病人進行滿意度調查：與醫生溝通的難易度、對手術了解程度以及對3D 打印的滿意度，得到的結果均在8.5分以上，可見患者對使用3D打印進行手術的滿意度較高，3D 打印模型可以直接地呈現給患者及其家屬，方便他們與醫生溝通，使他們更好地了解自己的情況，更好地與醫生合作。

本研究比較了傳統手術與3D打印技術輔助手術治療肱骨髁間骨折的療效。結果表明，與常規組相比，3D打印組手術時間明顯縮短，術中失血量明顯減少，骨折愈合時間沒有明顯差異，術后未發現嚴重的并發癥，并發癥發生率也相對較低。術前合理的計劃和個體化治療可以顯著縮短手術時間，充分優化手術效果。

盡管3D打印技術在外科手術的應用中具有諸多優勢，但仍有一些局限性需要克服。首先，3D打印技術僅僅基于骨骼CT 圖像，其缺乏相鄰軟組織和脈管系統的信息。而且對于嚴重粉碎性骨折患者，目前的3D打印技術無法區分較小的骨折碎片（≤0.8 mm）。此外，3D打印技術需要特定的軟件、專業人員和專業的3D 打印機，成本較高，這對于患者來說，無疑增加了其經濟壓力，不適用于大部分患者。且3D 打印流程耗時過長，不適用于緊急手術。