锁骨骨折在临床上是常见的损伤,占成人骨折的2%5%[1]｡锁骨骨折的病因,通常是直接外力因素打击或者间接暴力而造成的,常见因素为车祸､高处坠落伤､重物打击伤及体育运动相关损伤｡治疗方式上可以选择非手术治疗和手术治疗,对于无明显移位的锁骨骨折可以选择保守治疗,然而保守治疗导致锁骨骨折畸形愈合和创伤性关节炎的比例较手术治疗更高,高达15%[2,3]｡对于出现严重移位､开放性骨折､神经血管损伤等锁骨骨折患者,手术治疗则是更好的选择｡手术治疗目的是通过固定骨折端,帮助患者早期活动,改善患者肩部功能,降低骨折畸形愈合等并发症[4⁃6]｡目前,临床治疗锁骨骨折的手术方法有很多,包括钢板固定,髓内钉固定,其中切开复位钢板内固定仍是大多数外科医生治疗锁骨骨折的首选方法｡由于不同患者的锁骨解剖结构存在差异,常用的解剖型钢板也无法适用于所有患者,需要术中对钢板进行弯折,造成手术时间的延长和术中出血量增加｡因此如何安全快速地完成手术,值得每一位骨科医生思考｡近年来,3D打印技术在骨科领域应用广泛,特别是在处理复杂创伤时有着非常好的实用价值[7,8]｡本研究利用医学数字化技术､3D打印技术在术前进行钢板预弯和模拟手术,分析比较传统手术方法与3D打印辅助手术的治疗效果,评价其实用价值,以期为进一步临床应用提供参考依据｡

一、资料与方法

1.一般资料:选择2022年10月—2023年10月本院收治的锁骨骨折患者30例作为研究对象,根据患者是否使用3D打印技术分为对照组和研究组两组,每组各15例｡对照组采用常规手术方式治疗锁骨骨折,研究组患者术前使用3D打印模型规划手术辅助治疗锁骨骨折｡研究组中男8例,女7例,年龄2260岁,平均(44.13±11.14)岁｡对照组中男12例,女3例,年龄3077岁,平均(52.53±13.05)岁｡两组患者术前均完善锁骨三维CT,锁骨正位片等检查,排除手术禁忌｡纳入标准:(1)确诊为锁骨骨折的患者,且年龄大于18岁;(2)可以耐受手术,无手术禁忌症的病人;(3)随访时间大于半年且病例及临床资料完整者｡排除标准:(1)患有严重内科疾病不能耐受手术;(2)病理性骨折的患者;(3)存在其他部位损伤影响肩关节评分的患者;(4)选择保守治疗的患者｡

2.术前准备:研究组患者术前在我院均完成锁骨三维CT,采用64排螺旋CT(西门子,德国)对患侧锁骨进行薄层扫描,层厚0.625mm｡CT数据以DICOM格式进行保存,在本科实验室的工作站中将DICOM文件导入到Mimics17.0软件中进行3D模型的制作和编辑,在Mimics软件中进行3D计算完成锁骨模型的重建,通过软件将骨折模拟复位,重建正常锁骨的3D模型(如图1A､B)｡将重建后的数据以STL格式导入ideaMaker软件,在软件中调整位置后导入3D打印机(Raise3DN2Plus),以聚乳酸(Polylacticacid,PLA)为材料打印出1︰1的实体模型(如图1C)｡

图1模型的设计与制作

3.模拟手术:将3D打印的1︰1比例实体模型放置在操作台进行操作,使用夹具和固定系统将模型固定在操作台上,以模拟实际术中情况｡根据锁骨骨折的位置选择合适长度的钢板,在骨折的近端和远端至少可以置入3枚螺钉,如果钢板无法与3D模型相吻合则需要使用折弯器对钢板进行塑形｡确认钢板可以良好地附着在模型表面后,沿导向套筒的方向钻孔,通过测深记录下每个螺钉的长度,沿螺钉通道置入螺钉,完成模拟置钉实验｡术前将塑形好的钢板及螺钉重新进行消毒,以备术中使用(如图2)｡

4.手术方法:研究组手术方法:患者气管插管全麻或者颈丛神经阻滞麻醉成功后,留置导尿,沙滩椅位,在肩胛骨下方垫入软垫使患肩抬高,常规消毒铺巾,取锁骨上方横行切口,依次切开皮肤､皮下组织､浅筋膜,显露锁骨骨折部位,清除断端残留的血凝块及软组织并参照3D模型复位骨折,必要时可使用克氏针､拉力螺钉维持骨折复位｡将消毒后塑形钢板放置在锁骨上方合适的位置,在相应位置钻孔建立通道,螺钉长度的选择为模拟手术所测量的长度,沿螺钉通道置入螺钉,C臂机透视验证骨折复位良好､钢板位置及螺钉长度合适,冲洗止血后逐层缝合至皮肤(如图3)｡对照组手术方法:手术过程与研究组基本相似,只是在塑形钢板和置入螺钉过程中,外科医生根据C臂机透视和经验弯折钢板､调整钢板位置和螺钉长度｡

图2模拟手术

图3手术方法

5.术后处理:术后所有患者常规悬吊患肢制动,给予抗生素12d预防切口感染,常规给予消肿､镇痛等药物对症治疗｡术后嘱患者行患肢功能锻炼,鼓励患者早期下床活动,避免长期卧床并发症｡

6.主要观察指标:(1)手术指标评价:分别记录研究组和对照组患者的手术时间､术中出血量､术中螺钉更换次数､术中透视次数和切口长度,锁骨骨折患者通常由于外伤因素收治入院,常常合并其他部位骨折,术前充分评估患者病情,对于身体状况良好的患者可以多部位同时进行手术,因此仅记录和统计锁骨骨折手术开始至完成的手术时间､出血量､螺钉更换次数､透视次数及切口长度等指标｡(2)术后患者功能评价:通过随访对两组患者术后3个月进行Constant评分､Neer评分｡Constant评分及Neer评分(满分100分)判断患者的肩关节功能改善情况,分数越高说明功能越好｡(3)术后并发症情况:观察两组患者术后是否出现手术相关并发症,包括切口感染､皮肤麻木,骨愈合不良､内固定物松动等｡

7.统计学处理:应用SPSS22.0软件进行数据分析,计量资料以(xs)表示,用独立样本的t检验进行分析,两组间的定性数据用χ2检验进行分析｡P<0.05为差异具有统计学意义｡

二、结果

1.两组患者手术相关指标比较:研究组和对照组患者均顺利完成手术,所有患者未出现明显神经､血管损伤及切口感染等并发症,术后复查未发现骨折不愈合,内置物松动､断裂的情况｡研究组的手术时间(67.87±21.06)nim､术中失血量(53.33±19.52)ml､螺钉更换次数(1.40±1.06)次和术中透视次数(2.22±0.77)次､切口长度(8.20±1.56)cm明显少于对照组(86.93±14.38)nim､(76.00±17.65)ml､(2.27±1.22)次､(3.73±0.88)次､(10.20±1.78)cm,差异均具有统计学意义(P<0.05)｡见表1｡

表1两组患者手术相关指标比较

2.两组患者术后3个月Constant评分､Neer评分比较:通过术后随访发现两组患者的疼痛症状较术前明显好转,肩关节功能有所恢复且对治疗效果表示满意｡通过数据分析发现两组患者术后3个月的Constant评分比较,差异无统计学意义(P>0.05)｡见表2｡

表2两组患者术后3个月Constant评分､Neer评分比较

三、讨论

锁骨位于肩部前方,因此容易受到外力影响发生骨折,锁骨外形为S形,锁骨中段是整个锁骨最薄的部分,没有韧带和肌肉附着,因此最容易骨折,大约80%的锁骨骨折发生在锁骨中段1/3[9]｡临床上对于锁骨骨折的治疗方式分为保守治疗和手术治疗,采取适当有效的治疗方法尤为重要｡保守治疗常用的方法是患肢悬吊或8字绷带固定,有研究表明[10],两种方法对于锁骨的骨性愈合率无明显影响,但是大多数患者更容易接受患肢悬吊的方法,因为这种方法相比于8字绷带固定更方便､更舒适｡然而,选择保守治疗的患者可能无法严格长时间制动患肢,造成骨折端移位,更有可能出现骨折不愈合､肩关节功能障碍和疼痛的风险｡因此,保守治疗通常可以适用于骨折断端无移位或者移位程度很小的情况,当骨折移位严重通常建议手术治疗,这可以获得更好的治疗效果,满足患者早期工作､生活的要求｡

锁骨骨折切开复位钢板内固定仍然锁骨骨折治疗的金标准[11]｡钢板内固定对于锁骨骨折有很好的稳定作用,有利于患者早期进行功能锻炼,但是这种治疗方式仍然存在一些并发症,比如术中操作时间长可能造成感染､软组织广泛剥离可能造成骨不连､过早的负重可能造成钢板断裂以及钢板取除后再骨折等｡如何降低手术过程中并发症的发生率,减少软组织剥离,缩短手术时间,是每一位骨科医生必须关注的问题｡

锁骨外形为不规则S形,这种弯曲结构导致钢板不能很好地贴附在锁骨表面,需要术中根据锁骨轮廓对钢板进行塑形,考虑到个体差异性,即使锁骨解剖钢板也无法适用每一位患者｡传统的手术方法是根据患者术前影像学资料及术中观察骨折断端情况,进而完成锁骨骨折的复位和钢板的塑形,这些极其依赖医生的手术经验,医生在手术过程中要多次弯折钢板来验证钢板与骨面是否服帖,同时患者及医生要承受多次X线透视来调整螺钉的长度及钢板的位置,因此传统手术方法具有手术时间长,X线透视次数多等缺点｡

3D打印技术,又称快速成型技术或添加制造技术,源自20世纪80年代,3D打印技术基于3D数字模型,使用离散材料逐层打印来构造物体,已经在很多领域得到应用[12⁃14]｡3D打印技术作为新兴技术在骨科手术中有着重要用途,3D打印技术特点是可以精确地实体复制,在概念化复杂的病变上提供视觉和触觉的帮助,让外科医生预见术中的困难,选择最佳的手术入路,所以在骨科治疗中有着重要的作用｡

目前对于3D打印技术辅助治疗锁骨骨折患者的研究报道较少,已有学者通过重建健侧锁骨的3D模型,镜像翻转后打印3D模型,对模型进行模拟手术规划手术方案辅助治疗锁骨骨折,并取得良好的治疗效果[15⁃19]｡但是这种方法也存在缺点,国外有学者研究发现,大约28.5%30%的患者存在两侧锁骨长度不对称>5mm,如果按照健侧锁骨计划手术方案可能会出现误差,应谨慎使用[20⁃22]｡本研究将者的锁骨三维CT数据输入计算机后处理,通过软件将锁骨骨折虚拟复位,在虚拟复位的过程中,医生可以更加了解骨折的形态以及骨块的位置,这相比于观察常规X线和CT图像能够更详细地规划手术方案｡虽然这种方法在术前需要熟悉各种医学图像处理软件和熟练应用3D打印设备才能成功制作出实体模型,但是术前对钢板进行预弯可以减少手术时间和出血量,提高手术的成功率｡应用3D打印技术制作出等比例的实体模型为外科医生提供可视化信息和触觉反馈,通过体外模拟手术可以更好地规划钢板位置和螺钉长度及数目,同时提前对钢板进行塑形,测量好所需螺钉的长度,提高了医生对手术的信心和熟练度,节省术中操作时间,降低术中出血量和感染率｡

本研究通过3D打印技术辅助治疗锁骨骨折并与传统手术方式对比,找出3D打印技术在治疗中的优势｡手术结果表明,研究组的手术时间､术中出血量､术中螺钉更换次数和术中透视次数明显少于对照组,这些与研究组术前利用3D模型进行模拟手术有关｡术前通过3D模型选择好合适长度的钢板并对其预弯,将预弯好的钢板进行消毒使用,避免了术中弯折钢板的操作,然而对照组术中通常要根据术者经验来对钢板进行塑形,可能需要多次塑形才能达到满意的效果,术中将钢板反复塑形,使钢板机械性能改变,强度下降,可能导致术后钢板断裂[23]｡研究组术中更换螺钉次数为03次,而对照组术中更换次数为14次,研究组术中透视次数为13次,对照组术中透视次数为35次,术中多次更换螺钉可能会导致不必要的骨破坏影响螺钉的把持力造成螺钉松动｡此结果表明,研究组术前记录的螺钉长度可以直接用于术中螺钉的选择,减少了术中螺钉更换次数和透视次数｡术后随访结果表明,两组患者无明显并发症,疼痛症状较术前明显好转,术后3个月的Constant评分差异无统计学意义,提示3D打印技术与传统手术方式对肩关节功能均有明显改善｡

通过研究我们发现,3D打印技术应用于锁骨骨折有几个优点:(1)术前将患者锁骨数据在电脑软件中重建出来,通过虚拟复位可以使术者更好地了解骨折线的走行及小骨块的大小和位置｡(2)通过打印3D模型有利于术者规划手术方案,包括手术切口位置和长度､克氏针临时固定位置､钢板长度的选择､拉力螺钉固定蝶形骨块等｡(3)术前进行模拟手术,对钢板预塑形,测量好所需螺钉长度,减少了术中手术时间和透视次数｡(4)3D打印模型可以帮助医生与患者更好地沟通,减少与焦虑相关疼痛,提高了患者对手术的理解和满意度｡张爱国等[24]应用3D打印技术对15例锁骨骨折患者实施手术,与传统手术方式相比,3D打印技术可以减少手术时间,螺钉更换次数,改善术后早期功能｡Zhang等[25]将80例锁骨骨折患者分为4组,分别比较了手术经验不同的外科医生术前使用3D打印技术和不使用3D打印技术的手术效果,结果术前应用3D打印技术的无经验外科医生的手术疗效优于术前未使用3D打印技术的无经验和有经验的外科医生｡

本研究心得体会:(1)虚拟复位时需要专业的医生进行指导,如果直接外包给打印公司,可能因为对锁骨解剖结构知识不足而浪费时间｡并且外包公司打印可能非常昂贵,建议由医院医生学习相关3D打印知识,通过3D打印机打印出需要的模型,这更便宜､更快,更准确｡如果医院缺乏3D打印相关设备,不得不由外包公司处理,则可以重建健侧锁骨的3D模型,镜像翻转后打印3D模型｡(2)在模拟手术的过程中,电钻钻孔会产生磨屑,钢板服帖塑形和螺钉置入会有磨屑贴附在钢板和螺钉上,特别是螺钉的螺纹内容易嵌入磨屑,如果直接消毒使用会将磨屑带入患者体内,建议模拟手术后仔细清理钢板和螺钉,或者记录好所需螺钉长度,更换未使用的螺钉进行消毒｡(3)3D打印模型可以消毒带入手术中作为常规影像学资料的补充,让外科医生更直观地了解患者的骨折情况,即使经验不足的外科医生也能取得较好的手术效果｡

综上,应用3D打印技术辅助锁骨骨折内固定手术,与传统切开复位方法相比,减少术中出血,减少切口长度,减少术中螺钉更换次数,缩短手术时间并降低术中透视次数｡3D打印技术的使用可以精细地规划手术方案,有助于提高外科医生对骨折位置和解剖结构的理解,有利于降低手术风险｡其次3D打印模型的使用对缺乏经验的外科医生会有很大的帮助,术前使用3D模型练习手术,提前预见手术难点,提高手术成功率｡使用3D打印技术辅助锁骨骨折内固定治疗具有重要的临床价值,值得临床进一步地研究和推广使用｡

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基金资助:蚌埠医科大学厅级重点实验室项目(AHCM2022W003);蚌埠医科大学厅级重点实验室项目(AHCM2023W004);

文章来源:程嘉伟,牛国旗,蒋维利,等.3D打印技术在锁骨骨折内固定中的应用研究[J].齐齐哈尔医学院学报,2025,46(04):354-358.