3D打印钛网在颅部骨缺损修复术中的应用

蔡根平，胡 康，郑建仙，刘长春，林志坤，王文浩

(联勤保障部队第909医院/厦门大学附属东南医院神经外科,福建 漳州 363000)

去骨瓣颅骨减压成形术在神经外科应用较多，是治疗脑外伤、脑肿瘤的重要术式，但术中不可避免地会造成骨缺损，如不能恰当填充缺损部分，可能继发脑组织移位，产生较严重的并发症[1]。因此，颅部骨缺损修复术对改善术后脑组织功能具有十分重要的意义，往往与减压成形术同期进行。颅骨修补材料有自体骨瓣、有机玻璃、骨水泥、硅橡胶板、钛网等，其中钛网具有生物相容性好、形状可塑、生物力学稳定、材料来源丰富等优点，在颅骨修补中应用较多[2]。但是，由于骨缺损的位置、形状和大小不同，需剪裁与缺损部位相吻合的钛网，以往多行手工裁剪，费时费力，且往往不能与骨缺损精确吻合，增加了后期钛网或脑组织暴露的风险，易导致严重并发症[3]。随着3D打印钛网技术的不断成熟，通过术前影像学三维重建模拟骨缺损的立体形状，并打印与之精确匹配的钛网模型，速度快，准确性高，极大缩短了手术时间，提高了手术精确度[4]。张毅等[5]指出，应用3D打印钛网进行精准塑形剪裁安全可行，能缩短修补时间，减少术后并发症。目前，多个中心先后报道了3D打印钛网在颅部骨缺损修复术中的应用效果，但受限于样本量和观察时间，仍然不能提供较可靠的循证医学证据。基于此，本研究在采用3D打印钛网的基础上，分析其在颅部骨缺损修复术中的应用效果及并发症发生情况，以期为精准、个体化定制骨缺损修补材料提供数据支持。

1 资料与方法

1.1 临床资料

回顾性分析2015年10月至2019年10月我院收治的88例行去骨瓣减压术患者的临床资料，按照手术方式的不同分为观察组和对照组，对照组49例患者采用手工裁剪钛网行修补术，观察组39例患者采用3D打印钛网行修补术。2组患者临床资料比较，差异无统计学意义(P>0.05)，具有可比性，见表1。

纳入标准：①年龄18～75岁；②减压术与钛网修补术同期进行，单发部位骨缺损；③手术顺利完成，患者康复出院；④临床资料完整。排除标准：①对钛网过敏；②伴严重认知功能障碍及严重肝肾功能障碍；③伴广泛脑组织或神经创伤、全身感染。

1.2 手术方法

采用Maker Bot Replicator 2 3D打印机及配套Maker Ware1.0.2软件，打印机定位精度参数为XY轴0.011 mm，Z轴0.002 5 mm，单个喷嘴直径0.4 mm。

首先进行头部64排螺旋CT平扫及增强扫描，然后进行三维重建，确定缺损的位置、大小、形状等；然后以DICOM格式导入Mimics软件进行缺损模型设计，以STL格式保存并导入Maker Bot Replicator2 3D打印机，运用Maker Ware1.0.2软件对颅骨模型进行校验和修正，根据模型的数据使用数字化设备进行塑型，制作出与缺损部位相匹配的钛网，钛网边缘应超过缺损边缘1 cm。塑型成功的钛网高压灭菌消毒后备用，纯钛修复体的化学成分符合《外科植入物用钛及钛合金加工材》GB/T13810-2007认定标准[6]。

患者全身麻醉，充分暴露颅骨缺损的边缘。观察组钛网不作任何裁剪，直接覆盖在骨窗上，使之与缺损骨面契合，随后使用钛钉固定；对照组根据术前CT三维重建数据对钛网进行手工裁剪，以便准确填充缺损部位，如填充效果不满意，需反复裁剪以最大程度匹配缺损。缺损范围较大时可将骨窗中心硬脑膜悬吊固定于钛网上，以避免硬膜外积液，最后皮下放置引流管，缝合头皮，加压包扎固定。2组患者均术后复查颅脑CT，确认钛网无明显移位，并行常规抗感染等处理。

1.3 观察指标

比较2组患者手术修补时间、围术期并发症、钛钉固定数目和钛网厚度，随访5～17个月，中位时间10.5个月，比较2组患者随访期间并发症发生率。

1.4 统计学处理

2 结果

2.1 手术修补时间和围术期并发症比较

观察组患者手术修补时间短于对照组，围术期并发症发生率低于对照组，差异均有统计学意义(P<0.05)，见表2。

表1 患者临床资料比较

表2 手术修补时间和围术期并发症比较

2.2 钛钉固定数目和钛网厚度比较

观察组患者钛钉固定数目较对照组少，钛网厚度较对照组小，差异均有统计学意义(P<0.05)，见表3。

2.3 随访并发症比较

随访5～17个月，观察组患者并发症发生率较对照组低，差异有统计学意义(P<0.05)，见表4。

表3 钛钉固定数目和钛网厚度比较

表4 随访并发症比较[例(%)]

2.4 典型病例

患者,男,52岁，因高处坠落后脑挫裂伤行双侧额颞部开颅血肿清除及去骨瓣减压术，右侧缺损10 cm×9 cm，左侧缺损9 cm×8 cm，经术前CT明确缺损具体情况，采用3D打印钛网修复，术中可见3D钛网与骨缺损精确匹配(图1)，术后随访10个月，未出现钛网暴露及其他并发症。

a:术前CT示脑挫裂位置和大小;b、c:三维重建示缺损大小;d:3D打印钛网修复;e:术中可见精确匹配

3 讨论

颅部骨缺损修复术中的常规修复材料往往取材有限、机体相容性差、易吸收、免疫排斥发生率高、材料感染风险高、可塑性差，而钛网具有理化性能好、组织相容性好、可塑性强、无磁性等优点，能广泛用于临床修复领域[7]。临床上使用的钛网多为成品钛网，其可以维持稳定的空间结构和力学效果，但需要根据不同的缺损情况进行重新裁剪和塑形，通常需要重复多次，并且手工塑形往往误差较大，制作的修复假体契合性较差，精准度较低，不能完全达到匹配的效果，加之在塑形过程中易形成锐利的边缘，增加了术后钛网暴露的风险[8]。随着3D打印的发展，3D打印钛网技术不断成熟。3D打印技术主要包括CT三维扫描、计算机辅助模型设计和数据分析、输入打印机、形成3D模型等，其运用配套软件进行分层制造、逐层叠加，模拟构造骨缺损的三维立体结构，已经广泛应用于骨关节、颌面外科修补等领域[9]。本研究探讨3D打印钛网在颅部骨缺损修复术中的应用及并发症发生情况，以期为精准、个体化定制骨缺损修补材料提供数据支持。

本研究结果显示，观察组患者手术修补时间明显短于对照组。3D打印钛网技术能够确定重建骨所需要的骨量大小，据此设计去骨方案[10]，再通过术前影像学三维重建模拟骨缺损的立体形状，打印与人体颅骨精确匹配的钛网模型。与手工裁剪钛网相比，3D打印钛网操作起来更加省时，性能更加稳定，与人体的生物相容性更好，且能够提供稳定的力学支撑，起到屏障膜的作用，适用于各类骨缺损，尤其是复杂的大面积、不规则骨缺损[11]。另外，3D打印钛网无需多次人工裁剪，避免了术中弯制，手术时间也随之缩短[12]。本研究结果显示，观察组钛钉固定数目较对照组少，这与3D打印钛网的精准个体化有关，3D打印钛网与患处高度吻合，能够减少手工塑形，使用的钛钉数目也相应减少。本研究结果表明，观察组钛网厚度较对照组小，钛网的厚度与钛网空间维持防止塌陷的能力密切相关，白丽云等[13]对不同厚度的3D打印钛网进行三维有限元分析指出，钛网越厚，空间维持能力越强，但同时钛网越厚，对黏膜的刺激性也越大，0.4 mm厚度的钛网更适合于临床需求[14-15]，本研究中3D打印钛网的厚度与此数据相接近。

本研究发现，观察组围术期并发症发生率明显低于对照组，原因可能为3D打印钛网能够减少裁剪过程中钛网反复与脑组织接触，且其表面光滑，便于固定和取出，边缘也比较圆钝，不会给黏膜带来较大负担，因此材料过敏、脑组织水肿、出血、感染等并发症较少[16]。本研究术后随访发现，观察组并发症发生率明显低于对照组，且对照组术后并发症中钛网外露的发生率最高，这主要是因为分离皮瓣局部较薄，加之修补材料的异物刺激导致皮瓣越来越薄，最后出现破溃或钛网外露；或者是由于修补材料的张力过大，强行拉拢缝合后瘢痕修复过程中皮瓣切口越来越薄，进而出现钛网外露[17]；或是人工材料钛网与实际骨缺损不能精确匹配，导致钛网外露的风险增加。另外，自体颅骨成形术后骨瓣感染也很常见，治疗难度也较大，而3D打印钛网颅骨成形术可降低感染率，并凭借其精准的个体适配度使头部外观对称，更加美观。Seong等[18]采用CT引导下3D打印技术定制钛网进行颅骨成形术，解决了此前自体颅骨形成术反复感染的问题，该技术具有手术时间短，并发症少，费用低及医疗风险少的特点。王蕾等[19]在新西兰兔颅骨缺损模型中运用3D打印钛网技术进行缺损修复，结果显示钛植入体在新西兰兔体内有较高的安全性。而张毅等[20]指出，3D打印钛修复体及钛钉固定修补幼年新西兰兔缺损的颅骨，会阻碍修补侧颅面骨的生长发育，造成修补侧及对侧颅面骨的不对称发育。因此，对儿童及婴幼儿颅骨缺损进行修补时需慎重选择钛网。

综上所述，3D打印钛网在颅部骨缺损修复术中有较好的近期临床疗效，能够降低手术并发症发生率。