3D 打印定位导板辅助MIPO 技术治疗肱骨中上段骨折的可行性研究*

黄默冉 刘可心 陈云丰 王磊*

3D 打印技术目前已广泛应用于创伤骨科的手术治疗，通过CT 扫描数据重建和逐层打印，可以精确地再现骨折部位的三维实体模型，协助临床医生术前制订详细的手术计划，包括预先设计复位方式、选择合适的内固定或进行必要的个体化预塑形[1]、设计并打印特殊部位通道螺钉的定位导板[2]，极大地提高了内固定置入的精准度，同时相应降低了手术难度，缩短了手术操作时间并减少了术中创伤和出血，已成为一种临床常用的手术治疗辅助方法。近年来，有个别学者提出将3D打印技术用于骨折外固定治疗中的复位操作[3-4]，并在体外模型和临床个案的实际操作中取得了良好效果，为该技术在创伤骨科领域的临床应用提出了新的方向。本研究进一步尝试将3D 打印技术辅助的内固定个体化预塑形，结合特定骨面的定位导板，应用于长骨干骨折的微创接骨板接骨术（minimally invasive plate osteosynthesis，MIPO），通过尸体标本的解剖学研究，探索基于3D 打印技术的辅助复位在MIPO 技术治疗中的应用效果。

1 材料与方法

1.1 实验材料

健康成人新鲜冷冻尸体上肢共6 具，术前对肱骨全长作层厚1 mm 的CT 扫描重建，通过Mimics 15.0 软件处理构建肱骨全长的三维立体图像，3D 打印获得完整的1∶1 肱骨全长模型。

1.2 内固定预塑形和3D 打印定位导板

参照前期报道的研究方法[5]，选用合适长度的PHILOS 接骨板（Synthes 公司，瑞士），紧贴3D 打印的肱骨模型表面作螺旋形的扭转塑形，远近端各用1 枚螺钉维持固定。再次做CT 扫描重建，分别参照模型骨近端大结节、远端冠状窝上不规则的解剖表面及相应的接骨板外形，通过3D 打印技术制作接骨板两端的定位导板（预留克氏针固定孔），并在模型上同时验证其与肱骨及接骨板两端的精准定位匹配（见图1）。

图1 A、B.肱骨近端、远端与接骨板贴合的3D 打印定位导板设计图;C、D.在3D 打印肱骨模型上验证定位导板与肱骨及接骨板两端的精准定位匹配

1.3 骨折模型的制作和相应的MIPO 技术运用

在肱骨中上1/3 部位经肱骨近端前内侧小切口横行截除1 cm 骨段，软组织原位缝合。参照前期报道的手术方法[5]，近端切口采用三角肌前外侧间隙入路，用骨膜剥离器经三角肌止点，紧贴骨皮质向肱骨中段前外侧剥离，并逐渐转向肱骨中下段前方，沿肱肌下方直至肱骨远端，形成自肱骨近端外侧转向肱骨远端前方的肌下隧道。做肱骨近端外侧和远端前方的小切口，并连接切口间的肌下隧道。自两端切口紧贴骨皮质表面插入相应定位导板并寻找最贴合位置，克氏针2 ～3 枚分别临时固定，然后插入预螺旋塑形的PHILOS 接骨板，助手牵引使其两端定位导板与接骨板两端完全契合，寻找术前预置时的螺钉孔并用螺钉固定，最后将接骨板近端与远端分别用多枚锁定螺钉固定（见图2）。

图2 A、B.尸体标本上采用3D 打印定位导板结合MIPO 技术治疗的大体观;C、D.术后X 线片的正侧位

1.4 测量及观察指标

解剖上臂标本全长，大体观察定位导板与肱骨相应解剖位置的贴合情况，以及骨折断端复位情况。术后再次做肱骨全长的X 线片及CT 扫描并与术前比较，电脑上测量并记录骨折断端横截面中心的水平移位距离，以及肱骨正侧位的成角和横截面内外旋的角度（肱骨头轴线与肱骨髁间连线的夹角）变化。

1.5 统计学方法

所有测量数据使用均数±标准差表示，通过SPSS 17.0（SPSS 公司，芝加哥，美国）统计软件进行分析，＜0.05 为具有统计学意义。

2 结果

6 例肱骨标本均顺利完成中上段截骨和3D 打印的定位导板辅助MIPO 技术的治疗。标本解剖后大体观察发现: 3D打印的定位导板与相应骨面解剖位置较好吻合，其中肱骨远端均贴合满意，但在肱骨近端大结节的弧形表面，2 例标本的导板贴合发生轻度移位;所有标本预塑形的PHILOS 接骨板与骨面贴合良好，骨折断端移位不明显。

手术前后经肱骨全长的X 线片及CT 扫描图像比较测量发现: 骨折断端发生横向移位距离为（6.05±1.13）mm，肱骨正侧位发生成角移位分别为（8.90±2.10）°和（7.27±1.91）°，横截面发生内外旋移位绝对值为（7.90±1.90）°。

3 讨论

目前，3D 打印技术在骨科领域的应用，主要包括打印骨科模型、手术定位导板，以及个体化内植入物和组织工程支架的研发等各个方面，其中骨科模型在临床应用最为广泛，国内专家共识[6]主要推荐用于术前规划、内置物预调整或医患沟通。最近有学者对创伤骨科领域做了相关文献的荟萃分析[7]，结果发现，3D 打印骨科模型可以明显缩短骨折治疗的手术时间，减少术中出血量和透视次数，但在复位质量、并发症及疗效方面，并没有显著差异。

3D 打印定位导板技术则进一步体现了该技术的精准和个体化优势，其应用过程完全依靠导板与局部特异性解剖结构的吻合程度，尤其适用于一些不规则骨与关节的表面定位。Zhou 等[8]针对骶髂关节损伤的手术患者，分别采用3D打印定位导板引导的螺钉置入和传统的透视定位下操作，结果发现前者明显缩短手术时间和透视次数的同时，达到了精准的置钉效果，确保了手术的安全性。林海滨等[9]通过3D打印定位导板技术，术中将接骨板准确放置在预设部位，成功地治疗了21 例股骨远端骨折患者。

因此，本研究基于3D 打印骨骼模型与定位导板两者的临床成功应用，尝试将3D 打印技术引入肱骨干中上段骨折MIPO 治疗的复位操作，利用两端微创置入的定位导板和预塑形的接骨板中间桥接，从而形成术中间接复位的体内模具，引导骨折断端的复位，初步在尸体标本模型上的操作获得了较满意的结果。

肱骨干骨折的功能复位对位对线要求较低，目前大多可采用保守治疗，但对于多发骨折、肥胖或不能耐受外固定的患者，临床推荐采用微创手术内固定。笔者在国内最先报道了螺旋预塑形的PHILOS 接骨板微创治疗肱骨中上段骨折[10]，随后结合3D 打印骨骼模型进一步改善了内固定的个体化塑形，并在临床取得较满意疗效[5]。但实际间接复位时依然存在三角肌和胸大肌牵拉影响，不能有效降低术中复位难度和透视次数。本研究的初步结果将进一步推动该手术技术的临床应用，也为其他部位长骨干骨折的复位操作提供借鉴，同时为3D 打印技术在创伤骨科领域的推广应用做出了积极的探索。

本研究中，3D 打印定位导板与干骺端骨面的贴合程度是关键，有2 例因近端导板与肱骨大结节弧形表面的贴合发生轻度偏差，导致复位时断端对线稍欠佳，需要在今后的实验中改进设计。此外，尸体标本上的复位过程受肌肉软组织影响较小，临床实际应用尚有待进一步验证。

综上所述，3D 打印技术推动了创伤骨科的精准治疗，本研究在当前临床成功应用于骨骼模型和定位导板的基础上，尝试将定位导板与肱骨中上段骨折的MIPO 治疗相结合，初步在尸体标本获得了较满意的复位，进一步临床应用可望获得较好疗效。