3D打印技术在复杂肱骨近端骨折中的应用

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1.南京市浦口区中心医院骨科,南京 211800；2.上海市第八人民医院骨科,上海 200235

临床骨折有简单骨折与复杂骨折之分,简单骨折为只有1条骨折线、2个骨折块的骨折。通常骨干或者干骺端的简单骨折包括螺旋型、斜行或者横行骨折; 复杂骨折是指骨折有一个或者多个中间骨块,并且这些骨块之间在骨折复位以后没有接触。复杂骨折包括螺旋型、多节段型或者不规则型骨折。肱骨骨折是骨外科常见骨折类型,患者年龄跨度较大,老年人骨质疏松患者更加常见[1]。肱骨虽长但好发骨折的部位主要集中于肱骨外科颈、肱骨干、肱骨髁上等。Neer分型法根据肱骨近端四部分理论(肱骨头、大小结节、肱骨干近端)以及骨折移位情况,将肱骨近端骨折分为一部分、二部分、三部分和四部分骨折。四部分骨折由于四个解剖部位均有骨折和移位现象是肱骨近端骨折中最严重、最复杂的一种,常常累及股骨头的供血系统,肱骨头坏死率更高。肱骨近端骨折占全身各部位骨折的5%,多由于直接暴力或间接暴力而引起,例如重物碰撞、挤压或跌倒时肘部着地,强大的作用力作用于骨骼使其发生断裂甚至粉碎。肱骨近端靠近关节,因此肱骨近端骨折常为关节内骨折或邻近关节骨折,为临床复位带来了困难,此种类型的复杂肱骨近端骨折目前的主要治疗方法为手术内固定治疗[2]。肱骨近端为血管、神经的交通部位,手术过程中,很容易对此处血管、神经,例如腋动脉和臂丛神经,造成损伤,给患者带来二次伤害[3]。如何尽可能地缩小复杂肱骨近端骨折修复过程中对患者造成的伤害已经成为研究的重点和难点之一。3D打印技术诞生于20世纪90年代,随着该项技术的迅猛发展与成熟,其应用领域也逐渐拓展,特别是在医学领域中的应用体现出勃勃生机[4]。借助CT扫描获得的数据,结合3D打印技术可以获得1∶1的复杂骨折模型,将平面图像转换为立体模型,使骨折断端情况更加直观地展现出来,为各种骨折的修复治疗开辟了新的途径[5]。本次研究将3D打印技术应用于复杂肱骨近端骨折的辅助治疗中,旨在发现其优势,现报道如下。

1 资料与方法

1.1 一般资料

选取2015年6月—2017年6月于南京市浦口区中心医院进行治疗的50例复杂肱骨近端骨折的患者为研究对象。患者入院时领取由计算机系统随机生成的数字1个,根据随机数字的奇偶性并结合患者意愿将其平均分为甲、乙两组,其中甲组包括患者25例,男性15例(Neer三型7例、四型8例),女性10例(Neer三型6例、四型4例),最小年龄28岁,最大年龄69岁,平均(55.41±8.52)岁,致伤原因:车祸14例,摔跌伤11例; 乙组患者25例,男性15例(Neer三型7例、四型8例),女性10例(Neer三型6例、四型4例),年龄跨度为30～70岁,平均(55.65±8.58)岁,致伤原因:车祸15例,摔跌伤10例。比较两组患者年龄、性别等人口学资料以及致伤原因、Neer分型等,发现两组患者无明显的统计学差异,实验数据可以进行良好对比。所有患者入院时进行影像学检查,结果均诊断为肱骨近端骨折,所有患者均签署知情同意书。本次研究排除了患有凝血功能障碍的患者,对于伴有严重周围软组织损伤的患者也给予排除。本次研究获得了医院医学伦理委员会的批准。

1.2 治疗方法

1.2.1 术前准备

进行手术前结合每位患者的影像学资料,明确各患者骨折的位置、损伤程度、有无骨质缺损等临床资料,结合具体临床资料制定个体化手术复位方案。待患者各基本体征稳定后,甲组患者行CT扫描明确骨折情况后进行锁定钢板内固定手术治疗; 乙组患者进行螺旋CT扫描,获得肱骨近端骨折CT数据,将其输入影像资料处理软件中,输出具有高精度的三维图像数据资料,再将其输入3D打印机,在计算机系统的辅助下,重建与各患者肱骨近端大小一样、情况相同的3D实体模型。在进行临床手术前,医师利用模型进行体外模拟骨折内固定手术,记录模拟过程中使用的钢板规格、螺钉的长度及数量等。讨论手术过程中可能出现的问题,明确复位思路。

1.2.2 手术过程

手术过程中,患者采取仰卧位,采用全身麻醉的方式,切开胸大肌三角肌间隙为手术入路。乙组患者根据3D模型模拟手术的流程展开修复。首先对骨折断端进行清理,将错位的骨折端进行复位,置入已预弯的锁定钢板,拧入固定螺钉。钢板的预弯角度、拧入螺钉的数量等均由手术前的3D模型模拟手术进行确定。活动肩关节以检查修复的稳定性,C臂透视检查内固定位置和螺钉长度,不适宜者进行适当调整。对伤口进行彻底的冲洗、消毒,清点器械完备后,进行缝合包扎。甲组患者术前没有3D模型模拟,所以在暴露骨折断后根据实际情况临场观察、讨论、制定复位方案,选择合适的锁定钢板并确定其弯曲度、螺钉数量等。置入钢板后,进行C臂透视调整其位置至满意效果。其余步骤同乙组。

1.3 观察指标

(1)准确记录两组患者手术持续时间、手术中出血量、骨折愈合时间以及手术中进行C臂透视的次数等临床资料。(2)随访患者12个月后,使用Neer评分和CMS评分对患者肩关节功能进行评价。

1.4 统计学方法

数据用SPSS 20.0进行分析。计量资料用x—±s表示,行t检验; 计数资料用百分数(%)表示,行χ2检验。P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 两组患者临床资料比较

乙组患者在手术时间、出血量、C臂透视次数以及骨折愈合时间等临床资料的数据均要优于甲组患者(P<0.05),见表1。

2.2 两组患者Neer评分和CMS评分比较

随访12个月后,乙组患者Neer评分和CMS评分要优于甲组患者(P<0.05),见表2。

3 讨论

肱骨骨折在全身骨折中占据了相当大的比例,肱骨骨折中又属肱骨近端骨折最为常见,尤其是老年人,由于骨质疏松,骨骼内矿物质含量降低,脆性增加,在跌倒、受到撞击之后肱骨近端无法承受强大作用力而发生断裂或粉碎[6],根据Neer分型法将四个解剖部位均受影响的肱骨近端骨折称为复杂肱骨近端骨折。肱骨近端邻近肩关节,容易伤及肩袖等周围软组织使骨折情况复杂,此种情况如采取保守治疗很容易发生骨折的畸形愈合,部分肩关节功能得不到良好的恢复,甚至会导致肩关节功能的丧失[7]。目前复杂肱骨近端骨折的修复主要是进行手术内固定,使用锁定钢板和螺钉将骨折断端进行连接铆合,增强了骨折部位的抗拉力,使肱骨头的位置相对稳定,有利于骨折的愈合。肱骨近端骨折手术的入口主要选取胸大肌三角肌间隙,间隙狭窄加之肱骨近端复杂的解剖结构,手术时间常常较长、出血量较多给患者造成很大心理压力,但此类方式花费相对较低[8]。

表1 两组患者临床资料比较(x—±s)Tab.1 Comparison of clinical data between two groups (x—±s)

注:与甲组比较发现,(1)P<0.05,差异显著。

表2 两组患者Neer评分和CMS评分比较(x—±s)Tab.2 Comparison of Neer score and CMS score between two groups(x—±s)

注:与甲组比较发现,(1)P<0.05,差异显著。

3D打印技术起源于20世纪90年代,率先应用于航天、军事等领域,随着该项技术的成熟,现在已在更广阔的领域中发挥作用[9]。其在医学领域中的应用具有广阔前景,目前在骨科中主要用于辅助治疗，与传统单纯的影像学辅助手段相比具有不可比拟的优势[10]。3D打印使用螺旋CT薄层扫描技术获取骨折部位的平面数据资料,经过各种计算机软件的处理,转换为三维图像数据,输入3D打印机后,可以制造出1∶1的骨折断端模型[11]。3D模型将损伤轮廓更加直观地呈现在医师面前,让其有机会在进行手术前进行模拟演练,节省了手术过程中遇到棘手问题后讨论分析的时间,能够使医师的操作手法更加熟练,同时可以在术前决定所用器材的规格,也在一定程度上节约了手术时间,减少了手术中使用C臂调整固定器材位置的次数和手术过程中的出血量,经随访调查发现其对骨折的愈合也具有一定作用,此类方法也具有一定的缺点,比如建模花费时间较长,产生的费用也较高,不适用于急重症患者[12]。

本次研究将50例患者分为常规治疗组和3D打印技术辅助治疗组进行对比,发现使用3D打印技术的乙组患者在手术时间、手术出血量、C臂透视次数、骨折愈合时间等临床资料都要优于甲组患者(P<0.05)。比较术后12个月的Neer评分和CMS评分,乙组患者也要高于甲组患者(P<0.05)。通过设置常规治疗组形成对比,3D打印技术的应用优势显而易见,目前临床上也有很多3D打印辅助技术的应用的报道,均证实其在复杂骨折的复位中发挥了显著作用。本次研究中负责乙组患者的手术者,在术前通过3D打印的模型进行模拟手术,形成了清晰的手术复位思路,对手术的过程有了一个整体的把握,节省了手术时间,减少了术中出血量和C臂透视次数,大大提高了手术复位的精准度,为骨折的愈复奠定了良好的基础,患者满意度较高。

综上所述,3D打印技术应用于复杂肱骨近端骨折的辅助治疗中,可以缩短骨折手术时间和愈合时间,减轻患者痛苦,同时还可以使肩功能得到更好的恢复。虽然花费更多,但其积极意义是无可否认的。