黑龙江省哈尔滨市第五医院 黑龙江哈尔滨 150000
摘要：目的：探讨人工掌指关节置换术中采用3D打印技术的临床价值。方法：选取本院骨科2012年6月至2014年6月收治的11例掌指关节粉碎性骨折患者，均给予人工掌指关节置换术治疗，术中采用3D打印技术，观察手术实施效果并分析3D打印技术的应用优势与局限。结果：11例患者术后疗效评估中优8例，良2例，中1例，预后优良率为90.9%（10/11）；所有创口14d愈合，无感染、神经损伤、肌腱粘连
等情况；术后9个月内未出现关节感染、假体松动现象，掌骨关节屈伸活动功能良好。结论：人工掌指关节置换术中采用3D打印技术具有良好的临床应用价值，在假体材料与组织工程等技术不断深入发展后3D打印技术必将成为关节外科的主要发展趋势。
关键词：人工掌指关节置换术；3D打印技术；临床应用价值
近年来，3D技术已渗透至多个领域，研究学者通过各种高科技手段，使客观世界中的三维实体能够在虚拟世界中以高精度重建（3D扫描）、自由编辑（3D设计）、高清展示（3D显示），最终返回至客观世界（3D打印）。3D打印技术作为一项前沿制造技术，已逐步应用于航天、军工、医疗等多个领域。掌指关节作为小关节，对动作的灵活性及准确性要求更高，因此掌指关节的假体置换术中对假体精密度的要求更高。本研究中11例患者在人工掌指关节置换术中采用了3D打印技术，并获得满意的临床效果，现报道如下。
1 资料与方法
1.1 一般资料
本研究中11例掌指关节粉碎性骨折患者均为本院2012年6月至2014年6月所收治，纳入标准为：①由外伤所致张骨关节粉碎性骨折；②行人工关节置换术；③手术前接受全身体检及辅助检查，并经1位资深主任医师手术治疗，手术后住院2周以上。本组患者中男性8例，女性3例，年龄19～38岁，平均（22.3±2.1）岁，单纯关节损伤7例，合并周围软组织损伤3例，合并肌腱损伤1例，修复拇指4例，食指3例，中指3例，环指1例。
1.2 方法
术前行关节X线片、掌指关节CT扫描，合并内科疾病患者由相关科室给予治疗，待病情平稳，无明显手术禁忌证时进行手术。根据患者受伤情况，一期先行清创处理，给予皮瓣移植、肌腱移植等修复组织和肌腱损伤。术后30～45d待患指软组织愈合后，二期行人工关节置换重建掌指关节。关节置换术前行掌骨关节CT扫描，建议轴向平面切片1.25 mm×1.25 mm 或1 mm×1 mm，当需要增加层厚时，层厚不得低于2mm。视野（FOV）使用同一的视野，在扫描过程中不要改变，需要仔细对准掌指部位。切片时不要随意改变X轴与Y轴的坐标原点，即所有CT切面具有同一个坐标系，数据格式：DICOM，CT 设备通用格式。图像通过计算机建模软件（CAD）建模，再将建成的三维模型“分区”成逐层的截面，后通过成快速成型文件格式STL将三维数字化模型输入3D打印机。打印机将打印出掌骨关节模型，术前根据模型畸形的矫正程度，假体安放位置评估、模拟操作，并制定合适的假体。将选定假体分别插入掌骨及指骨髓腔，复位掌指关节，并适当固定伸指肌腱，防止肌腱滑脱及关节不稳，冲洗术腔后，逐层缝合。术后3d内使用抗生素预防切口感染，术后24～48h拔除引流管，3周后行掌指关节功能锻炼。
1.3 评价标准
术后3个月后对患者开展关节活动度、肿胀程度、疼痛程度、畸形及捏力满意情况等指标综合评定，以得分的方法评定疗效[1]。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆①活动度：同健侧为1O分，健侧的75%为8分，健侧的50%为5分，健侧的30%为3分，少于健侧30%为0分；②肿胀程度：无肿胀10分，轻度肿胀8分，中度肿胀5分，重度肿胀0分；③疼痛程度：无痛10分，轻度疼痛8分，中度疼痛5分，重度疼痛0分；④畸形：无畸形1O分，轻度畸形8分，中度畸形5分，重度畸形0分；⑤捏力满意度：同健侧10分，健侧的75%为8分，健侧的50%为5分，健侧的30%为3分，少于30%为0分。疗效评定：45～50分为优，40～45分为良，35～4O分为中，＜35为差。
2 结果
本组11例患者术后随访复查9～12个月，平均（10.2±0.6）个月。随访包括所有创口14d愈合，无感染、神经损伤、肌腱粘连等情况。通过术后疗效评估判定优8例，良2例，中1例，预后优良率为90.9%（10/11）。术中假体使用与术前定制假体匹配，截骨及假体放置均一次成功，术后9个月内未出现关节感染、假体松动现象，掌骨关节屈伸活动功能良好，改善明显。
3 讨论
因为掌指关节结构的复杂性，关节的严重损伤会导致手部功能的大部分缺失，修复或重建掌指关节能够极大的减少手部功能损害。3D打印技术起源于19 世纪末的美国，随着智能化的发展日趋成熟，并广泛应用于各行业中。数字化医学中采用3D打印技术可为患者“量身定制”高精度的手术方案和植入体，从而提高关节外科复杂高难度手术的成功率，使手术更精确、更安全。Harrysson等[2]将3D打印技术应用于特殊病例半髋假体的设计中，有限元分析证实该半髋假体与远端股骨精确匹配。He等[3]结合有限元模型与计算机辅助技术，利用3D打印技术制作了与膝关节假体配套的假体托，修复胫骨近端骨肿瘤切除后骨缺损。
本研究中11例掌指关节粉碎性骨折患者的人工关节置换术中均采用了3D打印技术，结果显示术中假体使用与术前定制假体匹配，截骨及假体放置均一次成功，术后预后优良率达90.9，且无局部感染、肌腱粘连、假体松动等并发症，术后9个月掌骨关节功能恢复良好，获得了满意的临床效果。虽然，3D打印技术在关节外科得到了广泛应用，展示出传统工艺无法比拟的优势[4]，但目前尚存在一些问题需要改进。在个体化假体制造方面，能够满足临床应用的材料仅限于金属、陶瓷和塑料[5]，而胶原蛋白、硫酸软骨素、透明质酸和羟基磷灰石等具有良好相容性和安全性的生物材料尚处于实验室研究阶段。在组织工程骨或软骨支架研究方面，将活细胞和支架材料一同打印是3D 打印技术在关节外科基础研究领域应用的进步性标志，但如何实现细胞在支架内按照预制组织结构进行精准分布、如何构建营养通道血管、如何提高打印组织的机械性能等，都是未来研究方向。随着组织工程学、数字化医学、新材料和新工艺的不断发展，3D打印技术在关节外科领域将会有更广泛的应用，我们期望能够打印出包含多种细胞成分、血管和神经等多种组织的人工器官（生物型人工关节），植入体内后能再生形成自体关节。
参考文献：
[1]张凌洲，繆道一，姜文辉.人工关节置换与自体髂骨取骨修复掌指关节置换疗效分析[J].浙江中西医结合杂志，2015，25（5）：481-483.
[2]Harrysson OL，Hosni YA，Nayfeh JF.Custom-designed orthopedic implants evaluated using fi nite element analysis of patient-specifi ccomputed tomography data：femoral-component case study[J].BMC Musculoskelet Disord，2007，8（19）：91.
[3]He J，Li D，Lu B，et al.Custom fabrication of composite tibial hemiknee joint combining CAD/CAE/CAM techniques[J].Proc Inst Mech Eng H，2006，220（8）：823-830.
[4]李健伟，佘黎平，周世梅，等.3D打印技术在踝关节骨折手术中的应用[J].中国骨科临床与基础研究杂志，2014，6（6）：333-338.
[5]王均，陆声，周游，等.3D打印技术辅助创伤性膝内翻畸形矫正的初步临床应用[J].中国创伤骨科杂志，2015，17（1）：40-44.
论文作者:李佳铭
论文发表刊物:《健康世界》2015年18期
论文发表时间:2016/3/8
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