3D打印peek材料在儿童颅骨成形术中的临床应用

黄 涛 伊江浦 杨 晨 梁嘉赫 王 樑 屈 延 王举磊

聚醚醚酮（peek）是一种芳香族半结晶热塑性聚合物，具有良好的机械性能[1]。3D 打印是一种以3D模型数据为基础，运用粉末状金属或塑料等可黏合料，制造具有多级结构或复杂几何形状产品的技术，有速度快、精度高等优势[2，3]。2017 年1 月至2021 年1 月采用3D 打印peek 材料修补颅骨缺损7 例，现报道如下。

1 资料与方法

1.1 一般资料7例中，男4例，女3例；年龄5～11岁，平均7.29 岁；颅骨缺损范围6.18 cm×5.12 cm～6.50 cm×10.81 cm；颅脑损伤5 例，嗜酸性肉芽肿1 例，血管畸形1例。去骨瓣减压术3个月后行颅骨成形术。

1.2 术前影像及材料制备术前行头颅64排CT薄层扫描及刻光盘，详细记录患儿颅骨缺损信息，我院3D 打印中心根据患儿颅骨缺损信息制备修补材料。①三维建模：在Mimics Medical 软件打开CT 影像数据，对颅骨和动脉进行三维重建，导出STL格式的文件并保存。②颅骨成形片设计：颅骨的三维数字模型载入到Geomagic Wrap 软件中设计颅骨成形片，根据颅骨数据设计出整个颅骨的三维数字模型，整个颅骨数据和原始颅骨数据载入到Magics软件内进行布尔运算求差，得到需要成形的颅骨片数据，继续设计孔洞和固定预留孔，STL 格式保存。③3D 打印方法：将设计好的颅骨成形片STL 格式导入切片软件中，设置打印层厚0.2 mm，壁厚0.8 mm，填充100%，支撑密度设置25%，支撑角度设置50%。挤出头使用0.4 mm，温度445 ℃，打印速度为50 mm/s。文件生成gcode 格式，使用材料是医用级PEEKФ 1.75 mm 线材配合上海远铸公司的FDM 3D 打印机打印，打印结束继续热处理、去支撑、表面打磨及超声清洗。

1.3 手术方法嗜酸性肉芽肿：冠状切口，0.1%的肾上腺素生理盐水分层浸润麻醉，在发际内全层皮瓣切开，皮肤切口直接达颅骨，暴露病变，沿肿瘤边缘用铣刀铣开肿瘤侵袭的骨质，用磨钻磨颅骨边缘，直到peek材料精准吻合颅骨，用peek连接片及钛钉固定peek 材料。颅骨成形术：0.1%的肾上腺素生理盐水分层浸润麻醉，原切口切开皮肤，同时将皮缘瘢痕组织剪去，在帽状腱膜下游离皮瓣，涉及颞肌，需将颞肌游离，然后将颞肌置于成形材料外表面，完全暴露缺损部位。用磨钻磨颅骨边缘，直到peek 材料可以完整镶嵌在颅骨缺损处，用peek 连接片及钛钉固定peek材料。

1.4 随访及观察指标记录手术时间。术后复查头颅CT，记录peek吻合情况以及有无切口感染等。采用电话及门诊随访，记录随访时间、成形材料塑性满意度。

2 结果

2.1 手术情况手术时间110～140 min，平均123.57 min。术后复查头颅CT三维重建显示peek材料精准镶嵌在颅骨缺损处，塑性满意。术后随访6～48 个月，平均22.29个月，未出现成形材料相关并发症，头面部未出现畸形。

2.2 典型病例

病例1：5 岁女性患儿，因摔倒致颅脑损伤在外院行左侧额颞顶部去骨瓣减压术。入院头颅CT 示左侧额颞顶部颅骨缺损（图1A～C）。术前3D打印制作模型（图1D）。术中可见peek 固定良好（图1E），术后复查CT 示peek 成形材料完整镶嵌在颅骨缺损处（图1F），随访20 个月，切口愈合良好，头面部未出现畸形。

图1 儿童3D打印peek材料颅骨成形术前后影像表现

病例2：7 岁男性患儿，因右侧额部皮肤膨隆1个月入院，头颅CT 示额骨右侧占位性病变，考虑嗜酸性肉芽肿（图2A）。术前头颅CT三维重建示额骨右侧部分骨质缺损（图2B），术前3D 打印制作模型（图2C）。术中见额骨骨质侵袭（图2D），peek材料紧密贴合颅骨（图2E）；术后复查头颅CT 三维重建示置入物固定良好（图2F）。随访6 个月，头颅右侧额部皮肤正常，切口愈合良好。

图2 儿童3D打印peek材料颅骨成形术前后影像表现

3 讨论

闭合的颅骨可维持大脑正常生理环境及颅内压。颅骨缺损时，脑灌注压和脑血流发生改变，导致脑功能发生改变，出现脑灌注不足等表现[4，5]。颅骨成形术指征：颅骨缺损直径＞2 cm；颅骨缺损有碍美观。颅骨成形术时机：如无手术禁忌症，在病情允许的情况下，提倡早期行颅骨成形术。颅骨成形术禁忌症：头皮切口愈合差；头皮或颅内感染未治愈；颅骨缺损皮瓣张力高[6]。1 岁内儿童头围增长速度最快，2 岁后增长速度趋于平稳，至6 岁时基本于成人相同[7]。本文患儿年龄5～11 岁，平均7.29 岁。依据儿童生长规律，理论可行。本文患儿术后随访6～48个月，平均22.29个月，所有患儿切口均一期愈合，头面部未出现畸形。

目前，颅骨成形材料较多，包括自体骨、甲基丙烯酸甲酯、钽、钛，这些材料都有各自的优缺点。目前运用最多材料为钛网，其优势包括价格便宜、良好的生物相容性、手术简单，缺点是钛金属的弹性模量远超出骨骼，后期会导致骨骼愈合速度变缓，甚至引起骨骼疏松、退化[8]，而且钛网为金属材料，易受温度影响，可诱发癫痫[9]。peek 是一种惰性化合物，在室温下，除98%浓硫酸外，在所有常规溶剂中均不溶解，它的弹性模量与人骨质的弹性模量接近但不完全相同[10]。peek材料优势有：镶嵌式自然轮廓，张力低，吻合度高，低模量能保持颅骨应力完整，弯曲强度高不易变形，无伪影不影响影像诊断，导热系数低，受冷热环境影像小，舒适度高。peek 缺点：价格贵，术后感染、硬膜下积液等。

近年来，随着医学不断发展，3D 打印技术在医学领域运用增加。3D打印技术的不断完善，依据病人信息，制作出更加精准吻合病人颅骨缺损的成形材料。3D打印peek成形材料满足患儿个体化需求，克服钛网弹性模量高，易受温度影响等缺点，但是3D打印技术对手术医师和工程师的配合度要求高，3D打印在术中无法调整尺寸，要求手术医师术前模拟手术，尤其切除颅骨肿瘤，术前充分评估切除范围，并考虑术中可能遇到突发情况，提前做好应对措施[11]。

综上所述，对于儿童颅骨缺损，术前采用3D 打印peek 材料制作出精准吻合成形材料，安全可行，完全满足个体化和解剖性修复需求。