3D打印引导钛网在成年人颅骨缺损修补中的应用

张毅 彭强 吴阳 王蕾 戴勇 倪娟

颅骨修补术是针对各种因素导致的颅骨缺损进行修补、填充的神经外科手术[1]。常规的颅骨修补术是根据患者缺损部位、 大小及形状进行人工修剪钛网的一期修补，其手工塑形误差大，制作的修复假体个体契合性差，精准度低，不能满足术后美观、舒适的要求。3D 打印技术可运用软件进行分层制造、逐层叠加，通过扫描图像模拟构造三维立体形态，临床效果好，已经广泛应用于医学领域，尤其在骨关节及颌面外科修补正畸方向，近年来在神经外科颅骨修补方面亦开展运用[2,3]。本文就3D 打印技术在临床颅骨精准个体化修补中的应用进行探讨。

一、资料与方法

1.研究对象：选取南通大学第二附属医院神经外科自2017年1月至2018年12月收治的39 例颅骨缺损患者为研究对象，其中常规修补术患者11 例（对照组），基于3D 打印技术进行钛网颅骨修补术患者28 例（试验组）。试验组中男性21 例，女性7例，年龄范围18～61 岁，年龄（43.71±12.33）岁；颅骨缺损：额颞13 例，颞顶6 例，额颞顶5 例，额顶2 例，顶枕2 例；平均缺损面积8.2 cm×10.7 cm。对照组中男性9 例，女性2 例，年龄范围18～58 岁，年龄（41.73±12.13）岁；颅骨缺损：额颞4 例，颞顶2 例，额颞顶3 例，额顶1 例，顶枕1 例；平均缺损面积7.8 cm×11.2 cm。39 例患者颅骨缺损原因均为颅脑创伤开颅去骨瓣减压，手术至修补时间平均3 个月。2组患者的性别差异、年龄、平均缺损面积比较差异均无统计意义（P＞0.05）（表1）。

表1 2组患者一般资料比较

2.操作平台：计算机配置：处理器：Inter Corei5-6200U CPU，安装内存：16.0 GB，系统类型：Windows7 64 位操作系统，基于x64 的处理器，显示器分辨率：1920×1080，Mimics 16.0 图像处理软件；MakerBot Replicator2 3D 打印机：定位精度：XY 轴：0.011 mm，Z 轴：0.0025 mm；单个喷嘴直径0.4 mm。软件：MakerWare 1.0.2。

3.术前影像学检查与钛网的制备：所有患者术前均行头部CT 扫描，将试验组患者的颅骨CT 图像以DICOM 格式导入Mimics 软件，通过Mimics 镜像法进行颅骨缺损模型设计，颅骨缺损修补假体模型建立后，以STL 格式保存并导入传递给MakerBot Replicator2 3D 打印机，运用MakerWare 软件对颅骨模型进行校验和修正[4]。根据模型的数据使用数字化设备进行塑型，制作出与缺损相匹配的钛网。钛网的边缘应超过缺损边缘约1 cm，以便固定。塑型成功的钛网经消毒后备用。个体化纯钛修复体的化学成分符合中国国家标准——《外科植入物用钛及钛合金加工材》GB/T13810-2007。

4.手术过程：试验组患者均在全麻下原手术切口处切开，逐层切开充分暴露颅骨缺损的边缘，钛网已高压灭菌消毒，不作任何裁剪覆盖在骨窗上，与缺损骨面契合并钛钉固定。对照组患者进行麻醉、手术区域逐层暴露，高压灭菌消毒钛网进行修理剪裁与骨面契合，随之钛钉固定。2组患者中缺损范围大者将骨窗中心硬脑膜悬吊固定于钛网上避免出现硬膜外积液，皮下放置引流管，缝合头皮并加压包扎固定。术后均复查颅脑CT。所有患者术后均常规应用抗感染及相关对症支持处理。根据病情72 h 后拔除引流管。常规术后1 周左右拆线。

5.统计学分析：采用SPSS23.0 统计学软件对数据进行分析处理，年龄、缺损面积、修补时间及钛钉数等计量资料采用均数±标准差（±s）表示，组间比较采用独立样本t 检验，性别、术后并发症等计数资料采用率（%）表示，采用χ2检验。以P＜0.05 为差异具有统计学意义。

二、结果

试验组手术修补时间为（95.18±8.51）min，较常规修补手术的（125.45±6.58）min 明显缩短，同时钛钉固定的数目为（9.39±1.42）个，较常规修补手术的（11.55±1.86）个明显减少，差异有统计学意义（P＜0.05）。另外2组术后并发症发生率差异无统计学意义（P＞0.05），其中对照组发生皮下积液2 例，试验组发生皮下积液1 例，经穿刺抽吸、加压包扎之后均好转。试验组1 例稍有切口处红肿，予以局部消毒及抗感染静脉使用后好转出院，其他患者均无手术切口感染、钛网外露及钛网感染，术后患者颅骨修补处外形较对侧对称，塑型效果随访满意，术后3 个月内随访经临床和CT 检查，颅骨外形恢复良好，两侧基本对称，颌下咬合关系恢复良好，说话语音清渐，无张口受限。对照组3 个月内随访，临床及CT 检查发现2 例伤口感染皮下肿胀，经肿胀切口引流和静脉抗感染后，仍然伤口流脓，予以清除植骨块和重钛板后伤口痊愈，考虑植入失败（表2）。

表2 2组患者颅骨修补术相关变量比较

三、讨论

3D 打印技术又称快速成型技术或增材制造技术，能运用软件“分层制造、逐层叠加”，通过扫描图像模拟构造三维立体形态，利用环保安全可黏合材料打印构造物理模型的一种快速新兴技术[5,6]。常规的颅骨修补手术因术中手工塑形误差大， 制作的修复假体个体匹配性差，不能满足患者修复后美观、舒适的要求。随着科技的进步，三维塑形钛网修补也已经在临床广泛应用， 虽然能使个体适配性和外观美容得到大幅改善， 但当颅骨缺损发生在曲面及解剖复杂的部位时，仍存在一些缺陷，而采用3D 打印下钛网塑形能满足个体适配性和外观美容要求[7,8]。本文针对不同区域的颅骨缺损进行3D 修补， 与常规修补术进行比较， 探讨3D 打印引导钛网修补在成年人颅骨缺损中的临床应用价值。

研究前期， 笔者团队曾制造新西兰兔颅骨缺损模型并运用3D 打印技术进行预制兔骨性缺损的修复，术后1～6 个月血清和尿液中钛离子浓度较术前明显升高，第3 个月到达高峰；术后肺、肝、肾等脏器中钛离子水平较对照组有明显升高，其中术后1、3、6、12 个月钛离子在脊髓中的蓄积均高于其他内脏组织浓度。研究显示钛植入体在新西兰兔体内是相对安全的[9,10]。笔者团队进一步将3D 打印技术运用到临床患者颅骨精准个体化修补中也取得了成功。本次试验中28 例患者术前扫描的CT 影像图片经Mimics 软件处理后可以精确进行修补材料的面积及生理弧度调整，并运用MakerWare 软件进行个性化精确设计塑形， 制造出与缺损部分吻合良好的修复体，能还原复颅骨缺损部位的生理原貌；同时术中减轻术者劳动强度， 减少了钛钉使用及多次手工塑型，降低了手术难度，且钛网固定牢固，无浮动外露及感染， 同时手术时间较传统的手工裁剪方式明显缩短，头部外观较对侧对称，效果满意。并且缩短了术后康复时间，增加了医患双方的满意度。

另外本研究在病例年龄选择方面，选择成年18周岁以上人群。目前越来越多的领域开始关注尚处在生长发育阶段的儿童甚至是婴幼儿颅面缺损或畸形中使用坚强内固定技术的可行性。李浩等[11]运用3D 打印技术辅助手术治疗43 例平均年龄12 岁的重度脊柱侧凸儿童， 通过研究认为3D 打印技术的优势在于术中透视次数更少、手术时间缩短，但在矫正效果和并发症控制方面则无明显优势。生长发育期的患者是否是具备坚强内固定技术的适应人群，该技术对远期生长发育期颅面骨骼是否有抑制，目前没有明确的建议。笔者团队在幼兔颅面缺损处进行钛网植入修复时， 出现了双侧颅骨的不对称畸形发育，但未观察到术处存在明显积液、感染、血肿及钛网松动、外露等严重情况，提示钛离子及钛网植入术操作本身是相对安全的[12]。

综上所述，3D 打印技术与医学结合的兴起让完美修补颅骨缺损成为可能，而钛网作为修补材料也作为临床的首选[13]。随着打印技术的发展成熟，新型材料如聚醚醚酮及多种生物复合制剂开发及临床投入，3D 打印技术引导下的临床修补操作将在医学领域兴起一次变革[14,15]。但是在临床中运用钛网进行未成年人包括儿童及婴幼儿颅骨缺损修补时需慎重考虑，术前充分沟通告知预后。