3D打印技术在肘关节恐怖三联征治疗中的应用效果评估

钟浩博，刘伟乐，孙春汉，郑少伟

惠州市第一人民医院骨科，广东 惠州 516000

肘关节“恐怖三联征”为肘关节后脱位同时伴桡骨头及尺骨冠状突骨折的总称，是复杂肘关节骨折脱位中损伤较严重的一种情况[1]。作为临床上较为常见肘关节外伤疾病，恐怖三联征患者临床预后差，一般需要手术复位并固定骨折、修复损伤韧带，但目前手术治疗效果差异较大，术前准备和策划不足是原因之一，而术前策划的技术不足也严重制约着手术疗效，因此临床上急需一种能很好指导手术实施的术前策划技术[2-3]。数字化设计技术有可反复操作特性，能对设计方案进行反复模拟、改动并多角度验证，因此可精确设计手术方案，但虚拟的手术方案设计如何指导现实手术，缩小虚拟与现实之间的差距是数字化技术应用的重要问题。

3D打印技术是目前骨科领域的研究热点，其可将任何形状的虚拟模型打印成实体模型，可满足生物力学要求，目前已在复杂胫骨平台骨折[4]、C型桡骨远端骨折[5]等领域中广泛应用，但关于3D打印技术在肘关节恐怖三联征中的应用未见报道。本研究运用数字模拟肘关节的关节复位、韧带解剖附着点，以3D技术打印出患侧部位，为肘关节恐怖三联征患者内固定的植入前处理提供借鉴，结果报告如下：

1 资料与方法

1.1 一般资料

选取2017年4月～2019年1月我院收治的肘关节恐怖三联征患者40例。纳入标准：均为闭合性桡骨头及尺骨冠状突骨折，受伤原因有摔伤、交通事故伤、重物砸伤等；依据Regan-Morreyt分型为Ⅰ～Ⅲ型，满足手术指征；对本研究知情，且签署手术知情同意书。排除标准：术前合并血管神经损伤者；病理性骨折或合并其他部位骨折者；合并严重意识、沟通障碍及未按要求完成术后随访者。采用随机数字表法将患者分为观察组、对照组各20例，两组一般资料比较差异无统计学意义（P＞0.05，表1），具有可比性。本研究获得我院伦理委员会批准。

表1 两组一般资料比较[n=20, n（%）]Tab.1 Comparison of general data in two groups

1.2 研究方法

1.2.1 治疗方法 对照组：经X线、CT平扫+三维重建检查完成术前设计。术前仔细阅读X线、CT重建影像图片，充分了解骨折类型。通过缝合铆钉的方式修补内侧与外侧的韧带复合体，缝合后于患肢加石膏，固定3周后将石膏去除，于护士帮助下屈伸肘关节训练，并练习关节旋转，促进早日康复。观察组：在应用X线、CT平扫+三维重建基础上，利用有限元软件mimics及3D打印技术将骨折复位和内固定植入具象化，完成术前设计，采用3D打印辅助下带线铆钉治疗。术前完善X线、CT平扫、三维重建检查，结合mimics软件对影像数据进行整合处理，在计算机上于虚拟骨块上划分区域设计手术，模拟手术过程，同时应用打印制作出的1:1实体模型再次进行类真实手术模拟，直视下结合患者具体病情，预先设定手术方案，确定铆钉植入点。医务人员于模型上实体模拟手术，提高手术流畅性，并帮助准确评估损伤部位、伤情、骨折分类分型，排除病理性骨折。手术实施与功能锻炼、资料随访均由同一组手术医师完成。

1.2.2 术后处理及随访 术后均对两组接受手术的患肢进行悬吊固定，此期可适量进行肌肉等长锻炼，术后2 d酌情拆线，术后14 d均可酌情行肘关节主动训练，应用广谱抗生素连续预防感染3 d。两组均随访至少6月，包括术后第3月、第6月门诊随访及DR检查、肘关节功能评估与随后的电话随访资料。每次随访时拍摄患者肘关节影像学图片，观察骨折线愈合情况，判断关节面能否良好对合，并记录并发症发生情况。

1.3 观察指标

比较两组手术疗效指标，包括手术时间、术中出血量、术中透视次数、骨折愈合时间。采用Broberg-Morrev评分系统评估两组术前、术后3、6、9月肘关节功能，该评分系统从疼痛、关节屈伸活动度、稳定性、力量及功能等方面综合评估，得分越高表明患者肘关节功能恢复越好。采用疼痛视觉模拟评分（VAS）评估两组术前、术后1、3、6月疼痛度，该表满分0～10分，得分越高疼痛越严重。记录两组并发症发生率，包括感染、关节面不对合、骨化性肌炎、创伤性关节炎等。

1.4 统计学方法

采用SPSS21.0软件处理数据，计数资料以百分比表示，采取连续校正χ2检验，计量资料以均数±标准差表示，行独立样本t检验、重复测量数据的方差分析及LSD-t检验，以P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 两组手术疗效指标比较

观察组手术时间、术中出血量、术中透视次数、骨折愈合时间均短/少于对照组，差异有统计学意义（P＜0.05，表2）。

表2 两组手术疗效指标比较（n=20, Mean±SD）Tab.2 Comparison of surgical efficacy index between two groups

2.2 两组Broberg-Morrev评分比较

术后两组Broberg-Morrev评分均增加（P＜0.05），且观察组术后3、6、9月Broberg-Morrev评分高于对照组，差异有统计学意义（P＜0.05，表3）。

2.3 两组VAS评分比较

术后1、3、6月两组VAS评分均增加（P＜0.05），且观察组术后1、3、6月VAS评分低于对照组，差异有统计学意义（P＜0.05，表4）。

2.4 两组并发症发生率比较

观察组术后9月内并发症发生率与对照组比较差异无统计学意义（P＞0.05，表5）。

2.5 典型病例

患者男，43岁，尺骨冠状突骨折伴桡骨头粉碎性骨折，考虑行内固定+外固定架固定（图1）。

3 讨论

尺骨冠状突位于肘窝深部，周围血管、神经较丰富，解剖关系复杂，尺骨冠状突骨折后需及时复位与固定[6]。肘关节恐怖三联征的治疗目的是恢复肘关节稳定、促进早期康复，目前肘关节恐怖三联征的中长期治疗优良率已达70%～90%[7-8]。3D打印技术为快速成型技术的一种，其采用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体[9]，在骨科手术中，可根据影像学及计算机辅助技术设计的支架，利用3D打印技术满足患者个体化需求[10-11]，但目前3D打印技术在恐怖三联征中的应用价值报道较少。

表3 两组Broberg-Morrev评分比较（分，n=20, Mean±SD）Tab.3 Comparison of Broberg-Morrev scores between two groups

表4 两组VAS评分比较（分，n=20, Mean±SD）Tab.4 Comparison of VAS scores between two groups

表5 两组并发症发生率比较 [n=20，n（%）]Tab.5 Comparison of the incidence of complications between two groups

图1 典型病例Fig.1 Typical case

本研究显示，观察组手术时间、术中出血量、术中透视次数短/少于对照组。有研究报道，常规影像学结合3D打印技术应用于复杂胫骨平台骨折中，患者骨折均治愈，而试验组手术时间、术中出血、术中透视次数少于对照组的结果一致[12]，表明3D打印技术应用于肘关节恐怖三联征中，可明显提高手术效果。但上述研究未对骨折愈合时间进行观察，而本研究发现观察组骨折愈合时间较对照组缩短，表明本研究所制定的3D打印模型利于促进患者骨折愈合。3D打印骨科产品大小及结构均较符合人体正常结构的解剖模型，为医师制定疑难病例的手术术前计划提供了有利帮助，手术操作步骤的减少与手术准确度的提高在精致导板工具中得到了益处，基于3D打印技术的内固定植入物三维模型库虚拟手术方案设计为提高手术质量提供了保障，且3D打印架起了虚拟与现实的桥梁，能使手术更精确、合理、个性化，将带有微孔的金属植入可有效提高骨的整合，提升手术质量与可靠性，减少手术时间，减轻患者痛苦，显著提升临床疗效[13]，这也是本研究观察组术后1、3、6月VAS评分低于对照组的原因所在。

观察组术后3、6月Broberg-Morrev评分高于对照组，与胡明云等[14]报道结果一致，证实3D打印技术的应用能有效促进肘关节恐怖三联征患者术后肘关节功能恢复，尤其是本研究评分时间增加了1个时点，即观察组随访9月Broberg-Morrev评分仍高于对照组，表明本研究制作的3D打印模型能更利于促进患者肘关节功能恢复。在设计肘关节恐怖三联征手术方案时，因尺骨冠状突与桡骨的结构特殊性，手术显露较困难，仅凭X线难以对骨折特征进行全面诊断分析，多层螺旋CT对术前增进骨折形态的了解起到了良好推动作用，但其有静态化、平面图像化等不足[15]。而3D打印技术则能实现骨折部位的真实重现，在进行CT三维重建后，由放射科专业技术人员在计算机上应用mimics软件处理CT数据，将处理好的数据交由3D打印公司，以3D打印技术将患者肘关节打印为1:1仿真模型，真实还原骨折具体情况，使术者在术前对骨折分型有充分的认识，直观可视地了解骨折块间的位置关系，继而完成手术方案的模拟操作，解决复杂的肘关节疾病及重建解剖形态，精确设计术前个体化人工定制假体，假体与宿体骨有良好形态匹配度，手术操作步骤减少与手术准确度的提高在精致的导板工具总得到了益处，含微孔的金属植入物可有效提高骨整合，从而提高临床疗效[16]。Li等[17]的研究也发现，使用计算机辅助血管造影剂快速成型技术辅助Tile C型骨折的治疗，有助于观察骨折及周围血管情况，减少术中及术后并发症，提高治疗效果，加速术后康复。

本研究观察组术后9月内感染、关节面不对合、骨化性肌炎、创伤性关节炎等并发症发生率略低于对照组，但差异比较无统计学意义，可能与样本量较少有关，但本研究结果仍提示3D打印技术可能有助于减少恐怖三联征患者术后并发症。3D打印技术应用在肘关节恐怖三联征患者骨结构重建中，可术前模拟手术操作，借助3D打印模型一方面可较好了解骨折具体情况并对其进行分型，指导选择合适手术方案，同时初步确定术中可能存在的难点，做好准备[18]；此外也能在模型上进行手术方案的模拟操作，制定骨折复位计划及采用的手术方案，使医师在实际手术期间做到有条不紊进行手术，术中也可随时参考模型，减少术中透视，提高手术成功率，减少并发症风险[11]。

当然3D打印也有一定不足之处，如存在精度丧失、硬度不足等问题，另外3D打印材料也普遍较昂贵，这可能增加患者经济负担。在应用3D打印技术时需注意个性化模板3D打印材料，选择甲基丙烯酸材料，其化学稳定性好，可以γ射线消毒；X线、CT扫描机手术时体位均需解剖位，以便相互参照、对比；术中模板需安放至与模拟手术相应的骨面，注重模板所引导的冠状面及矢状面角度，以达到预期手术效果[19]。此外3D打印这一技术尚处在起步期，仍存在设备、材料细胞及技术上的系列难题，尚有许多重大科学问题有待深入研究。

综上所述，3D打印技术应用于肘关节恐怖三联征中，可明显提高患者手术疗效，促进其术后肘关节功能恢复，且疼痛轻，不会明显增加并发症风险，值得在临床推广实践。