寧金波 姚明木

3D 打印技術(shù)近年來在醫(yī)學領(lǐng)域得到了越來越多的應(yīng)用，成為脊柱、骨盆、顱頜面部等部位手術(shù)設(shè)計的重要幫手。 重慶大學附屬三峽醫(yī)院小兒外科于2016 年6 月至2018 年8 月將3D 打印技術(shù)應(yīng)用于小兒后天性肘內(nèi)翻畸形截骨矯形手術(shù)，取得了良好效果，現(xiàn)報道如下。

材料與方法

一、一般資料

回顧性收集重慶大學附屬三峽醫(yī)院小兒外科自2016 年6 月至2018 年8 月實施截骨矯形手術(shù)治療的后天性肘內(nèi)翻畸形患者臨床資料。 病例納入標準： ①術(shù)前利用3D 打印技術(shù)制作3D 模型，術(shù)中采用3D 模型輔助手術(shù)者； ②骨折后繼發(fā)肘內(nèi)翻畸形，且已骨性愈合者； ③內(nèi)翻角＋對側(cè)提攜角＞20°者； ④未合并其他需同期手術(shù)處理的病變者。 共收集病例16 例，其中男童10 例，女童6 例，平均年齡7.7 歲（6.2 ～10.4 歲）；均有肘關(guān)節(jié)外傷史，受傷至手術(shù)時間為7 個月至4 年8 個月，平均21 個月。 術(shù)前采用HSS（Hospital for Special Surgery）肘關(guān)節(jié)評分標準評定肘關(guān)節(jié)功能［1］；其中優(yōu)11 例，良0 例，一般4 例，差1 例，優(yōu)良率為68.75%。 術(shù)前測量患側(cè)肘內(nèi)翻角為8°～29°，平均（17.88 ±6.78）°；前傾角為3°～50°，平均（37.30 ±13.10）°；鮑曼角為97°～115°，平均（108. 39 ± 5. 59）°。 采用測量肱尺角（HUA，humeral-ulna-angle）法測量健側(cè)提攜角。

二、3D 模型制作及模擬手術(shù)

所有患者術(shù)前行CT 斷層掃描（16 排螺旋CT，德國西門子公司），掃描層厚1 mm，獲取Dicom 數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)導入Mimics 15.0 軟件獲得骨折區(qū)域的三維圖像，以STL 格式文件輸入3D 打印機。 采用ABS 樹脂材料在3D 打印機上按1 ∶1 的比例打印3D 實體模型。 在3D 模型上進行三維截骨，同時糾正內(nèi)翻角度、前傾角及旋轉(zhuǎn)。 糾正內(nèi)翻截骨角度＝患側(cè)內(nèi)翻角＋健側(cè)提攜角，糾正前傾角截骨角度＝患側(cè)前傾角-健側(cè)前傾角。 選擇合適的固定點進行克氏針模擬內(nèi)固定（圖1A 至圖1D）。

三、手術(shù)方法

術(shù)前用環(huán)氧乙烷消毒3D 模型。 采用全身麻醉，患者取仰臥患肢外展位，鉛衣保護患者頭頸胸腹及生殖器。 取肱骨遠端外側(cè)縱形切口，由肱橈肌與肱三頭肌間隙進入，切開骨膜顯露肱骨遠端，按術(shù)前測得的擬糾正角度，參照3D 模型（圖1D 至圖1E），于肱骨相應(yīng)截骨部位橫向穿入直徑1.5 mm 克氏針，術(shù)中再次C 臂透視確定截骨線，鋸成楔形切除骨塊，保留對側(cè)少許骨皮質(zhì)增加穩(wěn)定性，手法折斷內(nèi)側(cè)骨皮質(zhì)，外翻位加壓糾正畸形后予克氏針固定，一般選擇直徑2.0 mm 克氏針2 ～3 枚，經(jīng)肱骨外髁扇形或交叉固定，或經(jīng)內(nèi)外髁交叉固定。 術(shù)后上肢石膏托輔助外固定，3 周后拆除石膏開始肘關(guān)節(jié)功能鍛煉，一般術(shù)后4 ～6 周骨痂生長滿意后即拆除內(nèi)固定克氏針。

圖1 3D 模型模擬手術(shù)及術(shù)中參照 注 A：在模型上設(shè)計截骨部位和角度； B：模擬截骨； C：觀察截骨效果； D：模擬內(nèi)固定； E：術(shù)中參照模型定位； F：術(shù)中截骨與模擬截骨吻合Fig.1 3D printing model：surgical simulations and applications

四、隨訪及療效判斷標準

術(shù)后6 個月行患側(cè)肱骨正側(cè)位X 線片檢查，測量肘關(guān)節(jié)提攜角、肱骨前傾角及鮑曼角。 采用HSS 肘關(guān)節(jié)評分標準評定肘關(guān)節(jié)功能：90 ～100 分為優(yōu)，80～89 分為良，70 ～79 分為一般，60 ～69 分為差。 優(yōu)良率＝評分為優(yōu)、良的例數(shù)/總例數(shù)×100%［1］。

五、統(tǒng)計學處理

采用SPSS 19.0 統(tǒng)計學軟件進行數(shù)據(jù)的整理與分析，計量資料以均數(shù)±標準差（±s）表示，手術(shù)前后比較采用配對t 檢驗；計數(shù)資料用例數(shù)和率表示，手術(shù)前后比較采用配對χ2檢驗；P ＜0.05 為差異有統(tǒng)計學意義。

結(jié) 果

16 例患者術(shù)后均獲隨訪，肘內(nèi)翻畸形均獲矯正，截骨術(shù)后均骨性愈合，無神經(jīng)血管損傷，無傷口感染及針道感染。 3D 模型模擬手術(shù)效果：提攜角范圍為9°～19°，平均為（13.57 ±2.62）°；術(shù)后6 個月提攜角范圍為9°～19°，平均為（14.34 ±3.28）°，前傾角范圍為24°～51°，平均為（40.08 ±7.44）°，鮑曼角范圍為55°～76°，平均為（67.54 ±6.10）°。 3D 模擬手術(shù)與實際手術(shù)后提攜角對比，差異無統(tǒng)計學意義（t ＝1.76，P ＝0.1），手術(shù)效果符合預(yù)期（表1，圖2）。 術(shù)后6 個月隨訪時根據(jù)HSS 肘關(guān)節(jié)評分標準評定肘關(guān)節(jié)功能：優(yōu)10 例，良0 例，一般5 例，差1例，肘關(guān)節(jié)功能評分為69 ～100 分，平均為（89.31 ±11.62）分，優(yōu)良率為62.5%，與術(shù)前肘關(guān)節(jié)功能評分比較，差異無統(tǒng)計學意義（t ＝1.03，P ＝0.32），詳見表2。

圖2 手術(shù)前后X 線片對比 注 A：術(shù)前正位片； B：術(shù)前側(cè)位片； C：術(shù)后正位片； D：術(shù)后側(cè)位片； E：術(shù)前外觀； F：術(shù)后1 年外觀Fig.2 Comparison of preoperative and postoperative radiographic findings

表1 手術(shù)前、模擬手術(shù)及術(shù)后測量相關(guān)角度Table 1 Preoperative，simulated and postoperative measurements of the relevant angles

表2 手術(shù)前后肘關(guān)節(jié)功能HSS 評分（±s，分）Table 2 HSS elbow joint scores before and after operations（±s，points）

表2 手術(shù)前后肘關(guān)節(jié)功能HSS 評分（±s，分）Table 2 HSS elbow joint scores before and after operations（±s，points）

項目手術(shù)前手術(shù)后6 個月t/χ2 值P值疼痛39.38 ±8.73 38.44 ±8.89 1 0.33功能18.75 ±2.30 18.75 ±2.30--矢狀面活動范圍4.81 ±0.40 4.75 ±0.45 1 0.33肌肉力量8.25 ±2.11 8.13 ±2.06 1 0.33屈曲攣縮5.75 ±0.68 5.50 ±2.89 1.46 0.16伸直攣縮5.88 ±0.50 5.75 ±0.68 1 0.33旋前3.25 ±0.77 3.25 ±0.77--旋后3.88 ±0.34 3.88 ±0.34--HSS 評分89.94 ±11.13 89.31 ±11.62 1.03 0.32優(yōu)良率（%）68.75 62.5-1

討 論

肘內(nèi)翻畸形是兒童肱骨髁上骨折后期常見的并發(fā)癥之一，也可繼發(fā)于肱骨遠端骨骺損傷。 肘內(nèi)翻畸形不僅引起肘關(guān)節(jié)外觀的改變，還造成肘關(guān)節(jié)力線、尺骨鷹嘴及肱三頭肌向內(nèi)側(cè)移位，對尺骨產(chǎn)生長期反復的外旋力矩，造成肘關(guān)節(jié)外側(cè)副韌帶松弛，最終導致肘關(guān)節(jié)不穩(wěn)定；此外，還可引起同側(cè)肩關(guān)節(jié)后側(cè)不穩(wěn)定和尺神經(jīng)等解剖結(jié)構(gòu)的移位［2，3］。由于明顯的外觀畸形和不同程度功能障礙，常常對兒童身心健康產(chǎn)生嚴重影響，大多數(shù)肘內(nèi)翻畸形患者及家屬都有手術(shù)矯形的意愿。

傳統(tǒng)截骨方法利用肱骨正側(cè)位X線片設(shè)計截骨角度，只能改變內(nèi)翻和前傾角度，無法糾正旋轉(zhuǎn)角度，而肘內(nèi)翻通常伴有肱骨遠端內(nèi)旋畸形［4］。 矯形手術(shù)后部分患者畸形復發(fā)，肘關(guān)節(jié)功能恢復差，可能與術(shù)中未同時矯正旋轉(zhuǎn)畸形有關(guān)，因此旋轉(zhuǎn)畸形的矯正同樣需要引起重視，尤其對于術(shù)前測量前傾角過小、內(nèi)旋超過20°、伴有肘關(guān)節(jié)屈曲受限的患者而言，術(shù)中需同時矯正三維畸形［4］。 對肱骨遠端內(nèi)旋畸形通常應(yīng)用Yamamoto 法測量肱骨遠端內(nèi)旋角度，并同時予以矯正［5］。 CT 三維重建技術(shù)可以清晰觀察骨關(guān)節(jié)畸形的形態(tài)學改變，但醫(yī)生面對的依舊是二維圖像，缺乏立體感。 傳統(tǒng)手術(shù)方法術(shù)中更多憑借醫(yī)生肉眼所見和經(jīng)驗進行定位截骨，常需要多次修正截骨，或者在C 臂機下不斷調(diào)整以獲得滿意的矯形，從而導致骨量損失增加、手術(shù)時間延長、出血量及并發(fā)癥發(fā)生率增加，其可靠性和精確度也難免受到影響。 近年來3D 打印技術(shù)的發(fā)展突飛猛進，在醫(yī)療領(lǐng)域得到了極大的發(fā)展，在矯形、顱頜面、泌尿、胸心外科等領(lǐng)域得到了越來越多的應(yīng)用［6-11］。 通過3D 打印模型可以使醫(yī)師對骨關(guān)節(jié)畸形的形態(tài)獲得更直觀、立體的感受，有助于畸形的立體定位和術(shù)前的全面評估，從而精確設(shè)計最佳的手術(shù)入路和截骨平面，確定術(shù)中所需暴露的范圍，減少手術(shù)創(chuàng)傷和重要解剖結(jié)構(gòu)損傷的風險。

利用3D 打印模型協(xié)助進行準確的術(shù)前計劃和手術(shù)模擬，以及選擇最合適的植入物進行內(nèi)固定，優(yōu)化內(nèi)固定方案，可大大提高術(shù)前截骨平面設(shè)計和內(nèi)固定材料選擇的準確性［12，13］。 通過手術(shù)預(yù)演使術(shù)者更熟悉術(shù)中截骨、復位和固定過程，可提高手術(shù)準確度和手術(shù)效果［14］。 手術(shù)中我們將3D 模型與術(shù)野情況相對照，依據(jù)術(shù)前設(shè)計方案精確截骨和內(nèi)固定，使得矯形更加準確，固定更加合理可靠，減少了醫(yī)生和患者在放射線下暴露的時間和劑量。 楔形截骨時應(yīng)保持內(nèi)側(cè)骨皮質(zhì)及骨膜完整，增加穩(wěn)定性；手法折斷內(nèi)側(cè)骨皮質(zhì)，外翻位加壓糾正畸形后再行內(nèi)固定。 如有明顯旋轉(zhuǎn)畸形，可術(shù)中對比3D模型同時糾正。 關(guān)于內(nèi)固定方式有多種選擇，鋼板或克氏針均可。 我們的經(jīng)驗是在3D 模型上進行克氏針模擬固定，一般選擇直徑2.0 mm 克氏針2 ～3枚經(jīng)肱骨外髁扇形或交叉固定，或經(jīng)內(nèi)外髁交叉固定，多可達到穩(wěn)定固定，且可避免鋼板內(nèi)固定需二期手術(shù)取出的麻醉風險與創(chuàng)傷；如克氏針固定欠佳，則選擇鋼板內(nèi)固定。

本研究中，在3D 模型進行模擬手術(shù)后測量提攜角，術(shù)后6 個月復查X 線片測量提攜角，對數(shù)據(jù)比對分析發(fā)現(xiàn)，3D 模擬手術(shù)與實際手術(shù)后提攜角、前傾角對比無統(tǒng)計學差異，手術(shù)效果符合預(yù)期。 術(shù)后6 個月HSS 肘關(guān)節(jié)功能評分（89.31 ±11.62）分，與術(shù)前對比無明顯統(tǒng)計學差異，患者截骨矯形術(shù)后肘關(guān)節(jié)功能與術(shù)前相仿。 但3 例肘關(guān)節(jié)矢狀面活動范圍有一定丟失，1 例肘關(guān)節(jié)功能評級由優(yōu)降為一般，考慮與術(shù)后疼痛導致關(guān)節(jié)功能鍛煉不充分以及手術(shù)后局部瘢痕組織攣縮有關(guān)。 另外，本組有1 例患者肱骨遠端粉碎性骨折繼發(fā)肘內(nèi)翻畸形，受傷到手術(shù)時間為3 年5 個月，術(shù)前根據(jù)HHS 評分肘關(guān)節(jié)功能評價差，考慮可能與粉碎性骨折、肘部肌肉損傷嚴重、瘢痕形成等有關(guān)；術(shù)后隨訪HHS 評分與術(shù)前相仿。 雖然在疼痛、功能、肌肉力量、屈伸攣縮、前臂旋轉(zhuǎn)等方面，手術(shù)前后評分無明顯變化，但仍需警惕手術(shù)創(chuàng)傷可能對肘關(guān)節(jié)功能產(chǎn)生影響。

3D 模型可再現(xiàn)患者病變的三維解剖結(jié)構(gòu)，我們在術(shù)前借助于患者的解剖模型與患者及家屬進行病情交流，使患者及家屬對疾病有更加直觀的理解和認識，有利于醫(yī)患溝通交流，增加醫(yī)患互信，減少醫(yī)療糾紛的發(fā)生。 但是3D 模型是基于計算機斷層掃描獲取的3D 數(shù)據(jù)打印而成，受分辨率、計算機處理、打印機精度與設(shè)置等多因素影響，與實際解剖可能存在一定差異［15］。 3D 模型模擬手術(shù)畢竟是脫離肌肉、韌帶等軟組織附著的一個孤立標本，與現(xiàn)實手術(shù)操作仍有較大差異，因此仍需要具有一定手術(shù)經(jīng)驗的醫(yī)師進行操作，手術(shù)中需隨機應(yīng)變，以獲取更好的矯正效果，避免不必要的手術(shù)風險。

本研究的不足之處是樣本量較小，未能設(shè)計對照組出血量、手術(shù)時間等相關(guān)指標評價，隨訪時間較短，不排除隨著時間的延長，可能有部分矯形丟失的情況。 另外，在3D 模型上無法準確測量前傾角和鮑曼角，因此還需要更大樣本量和更深入的研究，來進一步評價3D 打印技術(shù)在小兒肘內(nèi)翻畸形截骨矯形中的應(yīng)用價值。