3D打印肩鎖關(guān)節(jié)模型匹配肩鎖鉤接骨板治療急性肩鎖關(guān)節(jié)脫位短期療效研究

陸建華 陳維凱 羅宗平 周榮 黃永剛 劉滔 楊惠林*

（1.江蘇省海門市人民醫(yī)院骨科，江蘇南通 226100；2.蘇州大學(xué)骨科研究所，江蘇蘇州 215006；3.蘇州大學(xué)附屬第一醫(yī)院骨科，蘇州 215006）

臨床上常用肩鎖鉤接骨板來治療急性肩鎖關(guān)節(jié)脫位，但部分患者術(shù)后長期疼痛和患肩活動(dòng)受限一直困擾著臨床醫(yī)師。理論上術(shù)前3D打印患者肩鎖關(guān)節(jié)模型，熟悉個(gè)體化解剖結(jié)構(gòu)并匹配塑形肩鎖鉤接骨板能減少術(shù)后常見的并發(fā)癥。2016 年1 月至2018年12 月我院術(shù)前應(yīng)用3D 打印患側(cè)肩鎖關(guān)節(jié)復(fù)合體模型來解剖匹配、塑形肩鎖鉤接骨板，個(gè)體化內(nèi)固定治療急性肩鎖關(guān)節(jié)脫位，報(bào)道如下。

1 資料與方法

1.1 臨床資料

一般認(rèn)為，按Rockwood[1]分型肩鎖關(guān)節(jié)Ⅲ型以上脫位，需要手術(shù)治療，重建肩鎖關(guān)節(jié)的穩(wěn)定性。2016年1月至2018年12月收治肩鎖關(guān)節(jié)脫位患者54例，排除急性肩鎖關(guān)節(jié)脫位伴鎖骨遠(yuǎn)端骨折、急性開放性肩鎖關(guān)節(jié)脫位、陳舊性肩鎖關(guān)節(jié)脫位5例。因肩鎖關(guān)節(jié)Ⅳ、Ⅵ型脫位臨床少見，本研究未有Ⅳ、Ⅵ型脫位病例報(bào)道。將Rockwood 分型Ⅲ、Ⅴ型急性肩鎖關(guān)節(jié)脫位患者49例納入本研究行肩鎖鉤接骨板切開復(fù)位內(nèi)固定術(shù)，其中男31 例，女18 例；年齡30～75 歲，平均（49.7±11.3）歲。分3D打印組和傳統(tǒng)手術(shù)組兩組，3D打印組22例，按Rockwood 分型Ⅲ型17例，Ⅴ型5例；傳統(tǒng)手術(shù)組27 例，Ⅲ型21 例，Ⅴ型6 例。3D 打印組患者術(shù)前行患側(cè)肩鎖關(guān)節(jié)復(fù)合體64排螺旋CT掃描，三維重建，逆向工程快速成型肩鎖關(guān)節(jié)復(fù)合體模型，術(shù)前匹配選擇和塑形肩鎖鉤接骨板并制定手術(shù)方案，術(shù)前規(guī)劃和手術(shù)模擬?；颊咭话阗Y料見表1。

1.2 研究方法

1.2.1 肩鎖關(guān)節(jié)復(fù)合體三維模型的建立：22 例肩鎖關(guān)節(jié)脫位患者，均應(yīng)用64排螺旋CT（西門子公司）進(jìn)行患側(cè)肩鎖關(guān)節(jié)掃描，掃描層厚0.625 mm，掃描電壓120 kV，電流50 mA，掃描矩陣512×512。所得圖像以DICOM 格式數(shù)據(jù)文件存盤，導(dǎo)入三維重建軟件Mimics 19.0，應(yīng)用閾值分割和區(qū)域增長等模塊,分離出肩鎖關(guān)節(jié)二維蒙版（選定考查對象閾值，據(jù)此可進(jìn)行選定對象的三維重建，圖1），三維重建并轉(zhuǎn)換生成STL格式文件。

1.2.2 肩鎖關(guān)節(jié)復(fù)合體3D打?。簩⒓珂i關(guān)節(jié)復(fù)合體三維重建模型STL 格式文件導(dǎo)入3D 打印切片軟件Cura15.04（圖2），生成切片文件。利用3D 打印機(jī)（3Dpro 上海）將三維重建的肩鎖關(guān)節(jié)復(fù)合體打印制作成1∶1 的實(shí)體PLA 聚乳酸材質(zhì)塑料模型。據(jù)患者患側(cè)肩鎖關(guān)節(jié)模型來選擇匹配合適深度和長度的肩鎖鉤接骨板，并對接骨板進(jìn)行塑形，以獲取最好的解剖匹配和最合適的肩峰下固定位置（圖3）。預(yù)彎的接骨板消毒后以備術(shù)中進(jìn)行斷端的快速復(fù)位固定，也可將模型消毒后在手術(shù)臺上進(jìn)行實(shí)體比對，為手術(shù)精準(zhǔn)化提供參考。

表1 患者一般資料（，n）

表1 患者一般資料（，n）

1.2.3 手術(shù)方法：患者臂叢神經(jīng)阻滯麻醉后仰臥位，術(shù)側(cè)肩關(guān)節(jié)后部墊高，頭部轉(zhuǎn)向健側(cè)，采用肩峰至鎖骨外端弧形切口，切開分離鎖骨遠(yuǎn)端斜方肌和三角肌附著，顯露肩鎖關(guān)節(jié)，清理血腫，取術(shù)前3D 匹配好的鉤接骨板或術(shù)中根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選擇合適的鉤接骨板，將尖鉤插入肩峰后下方預(yù)定位置，下壓接骨板復(fù)位，借助復(fù)位鉗臨時(shí)固定，用皮質(zhì)骨鎖定螺釘內(nèi)固定鎖骨遠(yuǎn)端。高強(qiáng)度可吸收線縫合修復(fù)關(guān)節(jié)囊和肩鎖韌帶等，各方向活動(dòng)肩鎖關(guān)節(jié)確認(rèn)肩鎖關(guān)節(jié)固定牢固，必要時(shí)修復(fù)斜方肌和三角肌撕裂部分，在鎖骨及肩峰處褥式縫合。術(shù)后三角巾常規(guī)懸吊患肢。

圖1 Mimics 19.0軟件生成肩鎖關(guān)節(jié)二維蒙版

圖2 3D打印切片軟件Cura15.04肩鎖關(guān)節(jié)構(gòu)成示意

1.3 術(shù)后處理

術(shù)后常規(guī)抗生素使用24 h，術(shù)后第3天開始患肩無痛下鐘擺運(yùn)動(dòng)，術(shù)后1周均出院，術(shù)后2周被動(dòng)外展患肩，術(shù)后3周主動(dòng)外展及上舉。6～8周后進(jìn)行適量抗阻力運(yùn)動(dòng)。術(shù)后6～12 個(gè)月取出內(nèi)固定肩鎖鉤接骨板，并評估內(nèi)固定取出后肩鎖關(guān)節(jié)功能和穩(wěn)定性。

1.4 評價(jià)指標(biāo)

所有患者術(shù)后攝肩關(guān)節(jié)正位X線片，隨訪第3個(gè)月進(jìn)行患肩疼痛VAS 評分和肩關(guān)節(jié)功能Constant 評分[2]。取出肩鎖鉤接骨板后進(jìn)行肩關(guān)節(jié)活動(dòng)范圍測定。

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

采用SPSS 22.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，數(shù)據(jù)以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示，組間比較采用兩獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)，并發(fā)癥比較用卡方檢驗(yàn)，以P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 兩組手術(shù)資料比較

所有患者均獲得隨訪，隨訪時(shí)間6～12 個(gè)月，平均（10.5±2.8）個(gè)月。3D 打印組手術(shù)時(shí)間（44.6±9.1）min，切口長（7.5±0.9）cm，術(shù)中透視（2.7±0.7）次；傳統(tǒng)手術(shù)組手術(shù)時(shí)間（54.0±10.8）min，切口長（8.7±1.1）cm，術(shù)中透視（4.2±1.0）次。兩組比較差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05，表2）。

表2 兩組手術(shù)資料比較（）

表2 兩組手術(shù)資料比較（）

2.2 兩組術(shù)后3個(gè)月生活質(zhì)量評估比較

3D 打印組VAS 評分（1.0±0.9）分，肩關(guān)節(jié)Constant 評分（88.6±5.3）分；傳統(tǒng)手術(shù)組VAS 評分（2.6±0.9）分，肩關(guān)節(jié)Constant 評分（81.9±6.1）分，兩組比較差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05，表3）。

表3 患者術(shù)后3個(gè)月生活質(zhì)量評估及并發(fā)癥[，n(%)]

表3 患者術(shù)后3個(gè)月生活質(zhì)量評估及并發(fā)癥[，n(%)]

2.3 并發(fā)癥情況

所有患者均未出現(xiàn)術(shù)后感染、肩鎖鉤接骨板松動(dòng)脫鉤、肩鎖鉤接骨板取出后再脫位等嚴(yán)重并發(fā)癥。統(tǒng)計(jì)術(shù)后長期患肩疼痛和活動(dòng)受限并發(fā)癥發(fā)現(xiàn)3D 打印組并發(fā)癥發(fā)生率為4.5%，傳統(tǒng)手術(shù)組并發(fā)癥發(fā)生率為22.2%。兩組比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05，表3）。

圖3 3D打印個(gè)體化肩鎖關(guān)節(jié)復(fù)合體模型術(shù)前肩鎖鉤接骨板匹配塑形

2.4 兩組肩關(guān)節(jié)活動(dòng)度比較

取出接骨板后，兩組患肩活動(dòng)度，包括前屈、外旋、外展、內(nèi)旋活動(dòng)范圍比較差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05，表4）。

典型病例見圖4。

表4 取出鉤接骨板后肩關(guān)節(jié)活動(dòng)范圍評估（，°）

表4 取出鉤接骨板后肩關(guān)節(jié)活動(dòng)范圍評估（，°）

3 討論

3.1 肩鎖關(guān)節(jié)脫位手術(shù)治療的必要性

臨床骨科醫(yī)師可能低估了肩鎖關(guān)節(jié)損傷的發(fā)生，許多患者創(chuàng)傷后并沒有得到很好的診治。肩鎖關(guān)節(jié)損傷可表現(xiàn)為不穩(wěn)、半脫位、脫位。Rockwood[1]提出肩鎖關(guān)節(jié)損傷的分型：Ⅰ型為不穩(wěn)，肩鎖韌帶或喙鎖韌帶沒有完全撕裂；Ⅱ型為嚴(yán)重不穩(wěn)，肩鎖韌帶完全撕裂但喙鎖韌帶完整無損；Ⅲ型為肩鎖關(guān)節(jié)分離半脫位，肩鎖韌帶和喙鎖韌帶完全撕裂；Ⅳ型為肩鎖關(guān)節(jié)分離脫位伴鎖骨的遠(yuǎn)端向后刺入斜方??；Ⅴ型肩鎖關(guān)節(jié)分離脫位伴鎖骨的遠(yuǎn)端向上位移＞100%；Ⅵ型分離脫位罕見，鎖骨遠(yuǎn)端向下移位進(jìn)入喙下位置。先前的理念對于肩鎖關(guān)節(jié)Ⅰ、Ⅱ型損傷多主張保守治療，Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ型損傷多主張手術(shù)治療,而對于肩鎖關(guān)節(jié)Ⅲ型損傷是否需要手術(shù)治療，仍存在廣泛的爭議[3-5]。到目前為止，對于急性肩鎖關(guān)節(jié)分離（半脫位和脫位）仍然沒有最佳的治療方法。雖然先前的很多研究并沒有揭示手術(shù)治療比保守治療臨床效果有任何顯著的優(yōu)勢。然而，多數(shù)保守治療的患者對于最終的臨床療效是不滿意的，常需手術(shù)矯治。

圖4 患者，男，52歲，右肩鎖關(guān)節(jié)脫位Rockwood V型，3D打印輔助手術(shù)

3.2 肩鎖鉤接骨板適宜內(nèi)固定治療急性肩鎖關(guān)節(jié)脫位

很多種內(nèi)固定物可供臨床選擇手術(shù)治療急性肩鎖關(guān)節(jié)脫位，包括喙突Bosworth 螺釘、可吸收肩鎖關(guān)節(jié)捆綁線、鉤接骨板，喙鎖TightRope系統(tǒng)等[6-8]。以雙紐扣線纜系統(tǒng)為代表的手術(shù)復(fù)位內(nèi)固定肩鎖關(guān)節(jié)脫位雖然能提供肩鎖關(guān)節(jié)復(fù)位的即刻穩(wěn)定性，而且術(shù)后內(nèi)固定系統(tǒng)可不需要取出，但文獻(xiàn)報(bào)道此類內(nèi)固定系統(tǒng)術(shù)后隨訪肩鎖關(guān)節(jié)脫位復(fù)位丟失較多，手術(shù)失敗率較高[9]，對于慢性脫位一般更需要韌帶重建[10]。現(xiàn)在很多新的生物力學(xué)研究更關(guān)注并強(qiáng)調(diào)肩鎖韌帶重建后肩鎖關(guān)節(jié)前后方向穩(wěn)定性修復(fù)的必要性。新的解剖復(fù)位和內(nèi)固定的手術(shù)方法必須滿足這些生物力學(xué)要求，只有這樣的手術(shù)技術(shù)才能有效降低術(shù)后并發(fā)癥[11]。肩鎖鉤接骨板很早就被用來進(jìn)行鎖骨遠(yuǎn)端骨折和肩鎖關(guān)節(jié)嚴(yán)重脫位的固定，并且療效確切[12]。對于肩鎖關(guān)節(jié)脫位，鉤接骨板內(nèi)固定不僅提供了極為便捷的肩鎖關(guān)節(jié)脫位復(fù)位的方法，并且為關(guān)節(jié)間軟組織的愈合（包括韌帶移植）維持了穩(wěn)定的生物力學(xué)環(huán)境。臨床應(yīng)用中，為了增進(jìn)肩鎖關(guān)節(jié)關(guān)節(jié)間的運(yùn)動(dòng)和減少局部的激惹，一般術(shù)后6～12個(gè)月，鉤接骨板可以取出[13]。Francesco[14]等用鉤接骨板治療肩鎖關(guān)節(jié)脫位的患者，術(shù)中均未行喙鎖韌帶修復(fù)，術(shù)后隨訪利用MRI 掃描斷裂的喙鎖韌帶顯示出連續(xù)的瘢痕愈合信號。肩鎖關(guān)節(jié)慢性陳舊性脫位，雖然幾乎不再有急性的組織炎癥反應(yīng)或內(nèi)在的治愈方式發(fā)生，但是經(jīng)過鉤接骨板內(nèi)固定提供肩鎖關(guān)節(jié)的穩(wěn)定后，仍然可以觸發(fā)其自我修復(fù)[15]。

3.3 3D打印技術(shù)輔助肩鎖鉤接骨板治療急性肩鎖關(guān)節(jié)脫位的優(yōu)勢

治療急性肩鎖關(guān)節(jié)脫位首先必須獲得肩鎖關(guān)節(jié)的解剖復(fù)位；其次，內(nèi)固定物必須放置在正確的位置，從而可維持肩鎖關(guān)節(jié)復(fù)位后的長期穩(wěn)定性并能夠抵抗周期性負(fù)荷。解剖學(xué)研究發(fā)現(xiàn)肩峰和鎖骨之間的關(guān)系變異較大，鎖骨遠(yuǎn)端的解剖形態(tài)學(xué)存在一定的差異，同樣，肩峰的解剖形態(tài)差異度也很大。肩峰的厚度要求與之匹配的鉤接骨板必須具備多種鉤板深度，不然會(huì)明顯增加肩峰下撞擊甚至骨溶解的發(fā)生[16]。復(fù)位松動(dòng)會(huì)導(dǎo)致肩鎖關(guān)節(jié)不穩(wěn)，螺釘松動(dòng)，肩關(guān)節(jié)功能障礙及疼痛等癥狀隨之發(fā)生[17]。如果過度復(fù)位，那么過度的下壓復(fù)位會(huì)導(dǎo)致肩胛下骨和肩胛骨的反?；顒?dòng)發(fā)生[18,19]。近期的臨床研究顯示合適深度的鎖骨鉤接骨板治療急性肩鎖關(guān)節(jié)脫位輔以雙通道下喙鎖韌帶重建可以減少肩峰下的壓應(yīng)力，緩解可能引起的骨溶解和疼痛[20]。另一方面，研究肩峰下接骨板鉤端的位置，發(fā)現(xiàn)鉤的近端位于肱骨頭上方，過長的鉤端勢必會(huì)在肩關(guān)節(jié)外展時(shí)有撞擊肱骨大結(jié)節(jié)的可能[21]。如果術(shù)中鉤接骨板不匹配或位置放置不對就會(huì)導(dǎo)致過度復(fù)位或松動(dòng)復(fù)位甚至脫鉤。臨床上手術(shù)復(fù)位肩鎖關(guān)節(jié)后鉤接骨板的鉤端需要插入肩峰下以形成杠桿作用，下壓鎖骨遠(yuǎn)端。不恰當(dāng)?shù)夭迦脬^端會(huì)與岡上肌接觸，并占用肩峰下容積引起肩峰下間隙狹窄，在肩關(guān)節(jié)外展時(shí)岡上肌肌腱在肩峰下方滑動(dòng)與鎖骨鉤部可能發(fā)生碰撞，引起肌腱炎和肩峰下滑囊炎產(chǎn)生疼痛等癥狀，甚至術(shù)后被迫移除接骨板。為此，本研究通過術(shù)前患側(cè)肩鎖關(guān)節(jié)復(fù)合體的3D 打印模型，根據(jù)肩峰模型的厚度選擇鉤的深度，并保證接骨板的長度不能超過肩峰過多。同時(shí)，術(shù)前預(yù)彎塑形鉤角度和鉤方向，使之與肩峰下偏后方骨棘更貼服，并保留肩峰內(nèi)緣與接骨板間合適間隙；術(shù)前預(yù)彎塑形鎖骨側(cè)接骨板與鎖骨遠(yuǎn)端結(jié)構(gòu)更貼合，固定更堅(jiān)強(qiáng)。對急性肩鎖關(guān)節(jié)分離Ⅲ型和Ⅴ型患者選擇鉤接骨板輔以韌帶重建修復(fù)手術(shù)治療。本研究表明3D打印組內(nèi)固定鉤接骨板臨床應(yīng)用具有手術(shù)切口小、時(shí)間短、X線透視暴露少、術(shù)后患肢功能評分活動(dòng)度明顯優(yōu)于傳統(tǒng)手術(shù)組的優(yōu)勢，而且疼痛和術(shù)后并發(fā)癥明顯比傳統(tǒng)手術(shù)組少，患肩活動(dòng)恢復(fù)好。

Natera-Cisneros[22]報(bào)道對于急性嚴(yán)重肩鎖關(guān)節(jié)脫位患者關(guān)節(jié)鏡下采用高強(qiáng)度非限制性肩鎖系統(tǒng)修復(fù)固定，術(shù)后療效比肩鎖鉤接骨板滿意。Natera[23]等最近報(bào)道應(yīng)用肩鎖鉤接骨板內(nèi)固定治療急性嚴(yán)重的肩鎖關(guān)節(jié)脫位，患者24 個(gè)月后與保守治療組相比具有類似的臨床結(jié)果。本研究亦存在不足，如納入的嚴(yán)重肩鎖關(guān)節(jié)分離的患者較少，而且缺乏保守治療的對照。

綜上，術(shù)前定制3D 打印模板導(dǎo)引肩鎖鉤接骨板個(gè)體化匹配和固定不失為治療急性肩鎖關(guān)節(jié)Ⅲ、Ⅴ型脫位的良好方法。