張 毅,王 蕾,孫衛(wèi)兵,王天樂(lè)

1.南通大學(xué)第二附屬醫(yī)院神經(jīng)外科,南通 226001; 2.南通大學(xué)第二附屬醫(yī)院急診中心,南通 226001;3.南通大學(xué)人體解剖學(xué)教研室,南通 226001; 4.南通大學(xué)第二附屬醫(yī)院影像科,南通 226001

近年來(lái)運(yùn)用三維(3D)打印技術(shù)進(jìn)行的個(gè)體化骨性修復(fù)體已被證明在成人顱面骨精準(zhǔn)修復(fù)中存在獨(dú)特的優(yōu)越性,但是否對(duì)被修復(fù)骨的生長(zhǎng)發(fā)育產(chǎn)生影響尚不明確。本研究將12只幼年新西蘭兔納入研究,對(duì)鈦修復(fù)體植入后幼兔顱面骨植入側(cè)及對(duì)側(cè)進(jìn)行骨面形態(tài)發(fā)育對(duì)比分析,研究鈦修補(bǔ)顱骨缺損后是否對(duì)顱面骨生長(zhǎng)發(fā)育產(chǎn)生影響,為個(gè)體化鈦修復(fù)體用于早期兒童及嬰幼兒顱骨缺損修補(bǔ)中是否可行提供依據(jù)。

1 資料和方法

1.1 實(shí)驗(yàn)對(duì)象

實(shí)驗(yàn)動(dòng)物選用普通級(jí)、健康新西蘭兔(6周齡,n=12),雄性,體質(zhì)量(1.0±0.3) kg,身體健康,由南通大學(xué)醫(yī)學(xué)院動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中心提供,許可證號(hào)SCXK(蘇):2008-0010。實(shí)驗(yàn)動(dòng)物飼養(yǎng)于單獨(dú)的籠內(nèi),并可在籠內(nèi)自由走動(dòng),個(gè)體化純鈦修復(fù)體的化學(xué)成分符合中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《外科植入物用鈦及鈦合金加工材》(GB/T 13810-2007)。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 顱骨缺損模型制作

將新西蘭兔置于固定儀上[1]。10%水合氯醛(l mL/kg)耳緣靜脈麻醉,根據(jù)麻醉情況追加。麻醉成功后,頭部毛發(fā)備皮,常規(guī)術(shù)區(qū)消毒,鋪巾,美藍(lán)標(biāo)記正中矢狀線、冠狀縫,沿正中線進(jìn)行頭皮切開(kāi),顯露兔的冠狀縫,運(yùn)用直徑1.5 mm電鉆于冠狀縫后鉆 0.5 cm,應(yīng)用咬骨鉗咬開(kāi)寬約1.5 cm,向前下延伸至眶緣,造成長(zhǎng)約2 cm的顱骨缺損,缺損范圍包括局部頂骨、大面積額骨及局部眶骨,操作中避免損傷矢狀竇及保證硬腦膜完整性。紗布按壓止血,沖洗傷口,縫合頭皮,再次消毒。全部模型完成后分籠單獨(dú)飼養(yǎng),術(shù)后7 d內(nèi)青霉素200 000 U/kg,bid,肌內(nèi)注射以預(yù)防切口感染;注意觀察傷口并定期換藥,7 d切口拆線。

1.2.2 修補(bǔ)手術(shù)方法

所有新西蘭兔顱骨缺損術(shù)后2周行顱骨鈦網(wǎng)修補(bǔ)。沿手術(shù)切口瘢痕切開(kāi)新西蘭兔顱骨皮膚和皮下組織,徹底止血缺損創(chuàng)面,充分暴露骨窗及其邊緣后,取3D打印輔助鈦網(wǎng),剪裁鈦網(wǎng)超出缺損區(qū)域1～2 mm,四周用鈦釘固定在顱骨骨緣上,分層縫合頭皮,加壓包扎術(shù)處。術(shù)后7 d內(nèi)常規(guī)青霉素200 000 U/kg,bid,肌注預(yù)防切口感染,7 d切口拆線。

1.2.3 3D打印輔助鈦網(wǎng)的制作

實(shí)施修補(bǔ)術(shù)前12只新西蘭兔進(jìn)行全顱螺旋CT薄層無(wú)間距掃描,根據(jù)掃描數(shù)據(jù)獲得的顱骨圖像以DICOM格式進(jìn)行保存,通過(guò)Mimics 15.0軟件處理并構(gòu)建3D顱骨立體模型,然后利用MakerWare軟件,通過(guò)SD數(shù)據(jù)卡轉(zhuǎn)換為STL格式,傳遞給Makerbot Replicator 2 3D打印機(jī),通過(guò)加熱溶解生物降解塑料聚乳酸 (polylactic acid,PLA)細(xì)絲,并由噴頭噴出熔融沉積快速成型。利用3D重建立體解剖模型,利用鈦修復(fù)體進(jìn)行新西蘭幼兔顱骨缺損修補(bǔ),觀察修復(fù)體與骨性缺損邊緣的契合程度,匹配成功則進(jìn)行鈦網(wǎng)個(gè)體化制作 (圖1)。

1.2.4 顱面骨標(biāo)本的采集和干顱制作

圖1 個(gè)體化鈦修復(fù)體及3D立體顱骨模型

在鈦修復(fù)體植入術(shù)后16周(兔齡24周)時(shí)結(jié)束觀察。通過(guò)靜脈麻醉(速眠新1.6～1.8 mL/kg)后取兔右下肢腹股溝平行切口,逐層切開(kāi)充分暴露股動(dòng)脈,切開(kāi)放血并持續(xù)局部水流沖洗,待兔子心跳停止后取俯臥位,于冠狀及正中矢狀位切開(kāi)頭皮及皮下各層,顱骨表面沿鼻骨末端至枕骨大孔,包括兩側(cè)附著的顳肌一并進(jìn)行剝除。肉眼可見(jiàn)鈦修復(fù)體被纖維結(jié)締組織包裹,兩者結(jié)合相當(dāng)緊密、不易分離。剝離表面組織后可見(jiàn)少量新生骨附著于鈦板表面。在顱骨及頸椎的寰枕關(guān)節(jié)處進(jìn)行離斷并剝離骨表面附著組織,充分暴露顱面骨,自枕骨大孔取出腦內(nèi)容物。剝離后的顱面骨在開(kāi)水中煮沸至少半小時(shí),去除標(biāo)本表面殘余的軟組織后晾干。

1.2.5 顱面骨性標(biāo)志點(diǎn)的選擇

具體如下:鼻根點(diǎn)(A);顱頂點(diǎn)(B);顱后點(diǎn)(C);上頜額點(diǎn)(D);額骨顴突末端點(diǎn)(E);眶下點(diǎn)(F);外聽(tīng)道口(G);各標(biāo)記點(diǎn)在標(biāo)本表面的具體位置見(jiàn)示意圖(圖2)。

1.2.6 標(biāo)志點(diǎn)距離的測(cè)量

運(yùn)用游標(biāo)卡尺進(jìn)行相關(guān)標(biāo)記點(diǎn)之間的直線距離測(cè)量(精確到0.02 mm)。分別測(cè)量骨損修復(fù)側(cè)(左側(cè))及健側(cè)(右側(cè))A-D、A-E、A-F、E-F、E-C、B-G的距離。具體測(cè)量結(jié)果見(jiàn)表1。

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

2 結(jié)果

2.1 一般情況

新西蘭兔術(shù)后當(dāng)天飲水,術(shù)后第2天可進(jìn)食精細(xì)草料,切口術(shù)后1周愈合良好,未發(fā)現(xiàn)局部的明顯炎癥反應(yīng),觀察術(shù)處未見(jiàn)明顯皮下積液、顱腦感染、硬膜外血腫、鈦網(wǎng)松動(dòng)、外露等,且飲食如常,籠內(nèi)能活動(dòng)自如。術(shù)后體質(zhì)量(1.2±0.4)kg 較術(shù)前體質(zhì)量對(duì)比無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P>0.05)。

2.2 骨性距離術(shù)后比較

通過(guò)對(duì)新西蘭兔顱骨缺損修復(fù)個(gè)體化修復(fù)體植入后16周的左側(cè)和右側(cè)的6組標(biāo)記點(diǎn)距離的測(cè)量比較,A-D、A-E、A-F、E-F、E-C、B-G均有顯著統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P<0.05),見(jiàn)表1。

2.3 骨性距離術(shù)前、術(shù)后比較

對(duì)修復(fù)體植入術(shù)前、術(shù)后16周的左側(cè)進(jìn)行上述6組標(biāo)記點(diǎn)距離的測(cè)量比較,結(jié)果顯示均存在統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P<0.05),見(jiàn)表2。

A:鼻根點(diǎn);B:顱頂點(diǎn);C:顱后點(diǎn);D:上頜額點(diǎn);E:額骨顴突末端點(diǎn);F:眶下點(diǎn);G:外聽(tīng)道口

標(biāo)記點(diǎn)之間的距離左側(cè)/mm右側(cè)/mmt值P值A(chǔ)-D14.70±0.5315.32±0.722.40<0.05A-E37.32±1.3639.14±1.423.21<0.01A-F26.38±0.8128.10±0.934.83<0.01E-F33.22±1.0535.24±1.523.79<0.01E-C23.50±0.9525.18±1.253.77<0.01B-G34.28±1.2136.16±1.363.58<0.01

表2 左側(cè)標(biāo)記點(diǎn)之間距離測(cè)量值的比較

3 討論

去骨瓣顱骨減壓成形術(shù)是改善患者顱內(nèi)壓、維持顱腔密閉性以及修補(bǔ)美觀性的重要措施。通過(guò)顱骨成形術(shù)有助于提高認(rèn)知行為能力,對(duì)于恢復(fù)腦血流和穩(wěn)定大腦代謝平衡尤為重要[2]。有學(xué)者認(rèn)為,大骨瓣減壓術(shù)較常規(guī)骨瓣減壓術(shù)能充分暴露手術(shù)視野,徹底清除壞死組織,持續(xù)減壓效果良好,且可降低切口疝發(fā)生率,降低顱內(nèi)出血感染風(fēng)險(xiǎn)[3]。目前最常用于顱骨成形術(shù)的材料是鈦網(wǎng),它具有良好的生物相容性和低成本。鈦網(wǎng)為低感染率,強(qiáng)度、生物相容性和術(shù)后成像技術(shù)的適宜性提供了良好的選擇[4]。

自從臨床采用鈦網(wǎng)及鈦釘固定顱骨缺損修補(bǔ)以來(lái),其適用范圍日益增加。目前越來(lái)越多的領(lǐng)域開(kāi)始關(guān)注尚處在發(fā)育階段的兒童甚至是嬰幼兒顱面畸形中使用堅(jiān)強(qiáng)內(nèi)固定技術(shù)的可行性[5]。生長(zhǎng)發(fā)育期患者是否具備堅(jiān)強(qiáng)內(nèi)固定技術(shù)的適應(yīng)證,對(duì)生長(zhǎng)發(fā)育期顱面骨骼是否有抑制,目前學(xué)術(shù)界存在不同意見(jiàn)[6]。本研究認(rèn)為,當(dāng)鈦網(wǎng)修補(bǔ)毗鄰顱縫的時(shí)候,個(gè)體化鈦修復(fù)體會(huì)顯著限制修補(bǔ)側(cè)顱骨的發(fā)育。

我們?cè)谇捌谘芯恐姓J(rèn)為,利用3D打印輔助技術(shù)能高度恢復(fù)新西蘭兔顱骨正常3D解剖結(jié)構(gòu)及容積,術(shù)中直接銜接骨窗邊緣,少量鈦釘即可牢靠固定,阻力小,塑形滿意較高,同時(shí)顯著縮短全麻時(shí)間,易于術(shù)后恢復(fù)。本研究將幼年新西蘭兔納為研究對(duì)象,建立6周齡兔的顱骨缺損模型,運(yùn)用3D打印技術(shù)預(yù)制新西蘭兔顱面骨個(gè)體化鈦合金修復(fù)體,在進(jìn)行顱骨缺損精準(zhǔn)修補(bǔ)后,探討鈦網(wǎng)植入是否干擾新西蘭幼兔顱面骨的生長(zhǎng)和發(fā)育。選擇在幼兔發(fā)育到24周時(shí)處死,留取標(biāo)本觀察,是考慮到24周左右新西蘭兔顱面部骨骼能完全發(fā)育成熟。若在同一實(shí)驗(yàn)動(dòng)物制備兩個(gè)顱骨缺損模型,可減少動(dòng)物的使用數(shù)量,進(jìn)行自身對(duì)照研究則可降低個(gè)體差異性的干擾,但由于顱骨雙側(cè)的兩個(gè)缺損彼此存在,可能兩者之間進(jìn)行擴(kuò)散和交換,不同程度上會(huì)相互干擾兩個(gè)缺損處的顱骨修復(fù)和細(xì)胞再生,故本研究選擇制造單側(cè)(左側(cè))的顱面骨缺損,并與健側(cè)(右側(cè))的顱面骨的生長(zhǎng)發(fā)育形態(tài)對(duì)比,同時(shí)在術(shù)后測(cè)定體質(zhì)量發(fā)現(xiàn)與術(shù)前相比差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義,提示實(shí)驗(yàn)偏倚得到控制。顱骨缺損的范圍包括局部眶骨、大部分額骨及部分頂骨。二次手術(shù)中輕柔操作,掌握麻醉深度,造模順利。術(shù)后無(wú)明顯感染、皮下積液、硬膜下出血、鈦網(wǎng)外露等嚴(yán)重并發(fā)癥,且鈦修復(fù)體植入后在兔子的生長(zhǎng)過(guò)程中未觀察到明顯性情改變或行為異常等反常情況。

對(duì)新西蘭兔顱面骨標(biāo)本標(biāo)記點(diǎn)進(jìn)行雙側(cè)距離測(cè)量,同時(shí)對(duì)于術(shù)前術(shù)后各標(biāo)記點(diǎn)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)比較(表1,2),結(jié)果顯示術(shù)后雙側(cè)骨性標(biāo)記點(diǎn)及術(shù)前術(shù)后左側(cè)標(biāo)記點(diǎn)距離的比較均有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P<0.05),但右側(cè)未手術(shù)區(qū)域進(jìn)行標(biāo)記點(diǎn)距離測(cè)量無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P>0.05)。其中A-D、A-E距離主要反映兔子額骨眶部的發(fā)育情況;A-F、E-F距離反映額骨眶部的高度;E-C距離反映顱骨長(zhǎng)徑;B-G距離反映顱骨的高度。將修補(bǔ)側(cè)及健側(cè)的6組測(cè)量數(shù)值分別進(jìn)行比較分析。認(rèn)為A-D、A-E這2個(gè)測(cè)量值存在差異提示鈦修復(fù)體植入側(cè)額骨眶部發(fā)育較健側(cè)顯著遲緩(P<0.05);E-C的數(shù)值比較存在差異提示植入側(cè)顱骨長(zhǎng)徑明顯短于健側(cè)(P<0.01);同樣,B-G的測(cè)量值存在差異提示植入側(cè)顱骨高度顯著短于健側(cè)(P<0.01)。通過(guò)上述各測(cè)量數(shù)據(jù)的對(duì)比分析,考慮鈦修復(fù)體在植入新西蘭兔的顱骨缺損后,阻礙了修補(bǔ)側(cè)顱面骨的發(fā)育,造成了雙側(cè)顱面部的不對(duì)稱(chēng)畸形,影響外形美觀的同時(shí)某種程度上影響了腦組織的生長(zhǎng)發(fā)育。胎兒時(shí)期顱骨的體積約占成年人的2/3,學(xué)齡期顱骨的體積可發(fā)育至成人的90%[7]。骨骼的發(fā)育過(guò)程相當(dāng)復(fù)雜,尤其是頜面部,始于胎兒兩個(gè)月左右,胰島素樣生長(zhǎng)因子(IGF)主要調(diào)節(jié)細(xì)胞生長(zhǎng)增殖,成骨中心來(lái)源于供血豐富的骨髓間充質(zhì)細(xì)胞及結(jié)締組織[8]。本研究中鈦修復(fù)體的植入騎跨冠狀縫,阻礙了顱縫毗鄰骨塊的被動(dòng)生長(zhǎng)分離,影響了顱縫處新生骨的形成,最終出現(xiàn)雙側(cè)顱骨的不對(duì)稱(chēng)畸形發(fā)育。其次本實(shí)驗(yàn)中觀察術(shù)處未見(jiàn)明顯皮下積液、顱腦感染、硬膜外血腫、鈦網(wǎng)松動(dòng)、外露等,且術(shù)處鈦網(wǎng)植入邊緣組織未見(jiàn)明顯充血、變性及壞死改變等。提示鈦網(wǎng)植入術(shù)操作本身是相對(duì)安全的,術(shù)后對(duì)于實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的生活未造成影響。

這一結(jié)果自然引出了一系列的后續(xù)問(wèn)題,在臨床中運(yùn)用鈦網(wǎng)進(jìn)行兒童及嬰幼兒顱骨缺損修補(bǔ)時(shí)需慎重選擇。本研究?jī)H對(duì)新西蘭幼兔顱面骨形態(tài)發(fā)育進(jìn)行試驗(yàn)觀察,然而臨床中鈦植入修補(bǔ)手術(shù)在還原顱腔封閉解剖立體空間結(jié)構(gòu),解決初期缺損區(qū)缺乏對(duì)腦組織的有效屏障保護(hù)的同時(shí)是否對(duì)腦細(xì)胞的生長(zhǎng)發(fā)育、腦血流循環(huán)、腦脊液循環(huán)造成影響及影響的程度如何,另外鈦修復(fù)體植入是否對(duì)腦細(xì)胞的電生理活動(dòng)、內(nèi)分泌腺代謝產(chǎn)生影響,這些問(wèn)題答案尚不明確,未來(lái)我們將深入研究。