3D打印肩锁关节模型匹配肩锁钩接骨板治疗急性肩锁关节脱位短期疗效研究

陆建华 陈维凯 罗宗平 周荣 黄永刚 刘滔 杨惠林*

（1.江苏省海门市人民医院骨科，江苏南通 226100；2.苏州大学骨科研究所，江苏苏州 215006；3.苏州大学附属第一医院骨科，苏州 215006）

临床上常用肩锁钩接骨板来治疗急性肩锁关节脱位，但部分患者术后长期疼痛和患肩活动受限一直困扰着临床医师。理论上术前3D打印患者肩锁关节模型，熟悉个体化解剖结构并匹配塑形肩锁钩接骨板能减少术后常见的并发症。2016 年1 月至2018年12 月我院术前应用3D 打印患侧肩锁关节复合体模型来解剖匹配、塑形肩锁钩接骨板，个体化内固定治疗急性肩锁关节脱位，报道如下。

1 资料与方法

1.1 临床资料

一般认为，按Rockwood[1]分型肩锁关节Ⅲ型以上脱位，需要手术治疗，重建肩锁关节的稳定性。2016年1月至2018年12月收治肩锁关节脱位患者54例，排除急性肩锁关节脱位伴锁骨远端骨折、急性开放性肩锁关节脱位、陈旧性肩锁关节脱位5例。因肩锁关节Ⅳ、Ⅵ型脱位临床少见，本研究未有Ⅳ、Ⅵ型脱位病例报道。将Rockwood 分型Ⅲ、Ⅴ型急性肩锁关节脱位患者49例纳入本研究行肩锁钩接骨板切开复位内固定术，其中男31 例，女18 例；年龄30～75 岁，平均（49.7±11.3）岁。分3D打印组和传统手术组两组，3D打印组22例，按Rockwood 分型Ⅲ型17例，Ⅴ型5例；传统手术组27 例，Ⅲ型21 例，Ⅴ型6 例。3D 打印组患者术前行患侧肩锁关节复合体64排螺旋CT扫描，三维重建，逆向工程快速成型肩锁关节复合体模型，术前匹配选择和塑形肩锁钩接骨板并制定手术方案，术前规划和手术模拟。患者一般资料见表1。

1.2 研究方法

1.2.1 肩锁关节复合体三维模型的建立：22 例肩锁关节脱位患者，均应用64排螺旋CT（西门子公司）进行患侧肩锁关节扫描，扫描层厚0.625 mm，扫描电压120 kV，电流50 mA，扫描矩阵512×512。所得图像以DICOM 格式数据文件存盘，导入三维重建软件Mimics 19.0，应用阈值分割和区域增长等模块,分离出肩锁关节二维蒙版（选定考查对象阈值，据此可进行选定对象的三维重建，图1），三维重建并转换生成STL格式文件。

1.2.2 肩锁关节复合体3D打印：将肩锁关节复合体三维重建模型STL 格式文件导入3D 打印切片软件Cura15.04（图2），生成切片文件。利用3D 打印机（3Dpro 上海）将三维重建的肩锁关节复合体打印制作成1∶1 的实体PLA 聚乳酸材质塑料模型。据患者患侧肩锁关节模型来选择匹配合适深度和长度的肩锁钩接骨板，并对接骨板进行塑形，以获取最好的解剖匹配和最合适的肩峰下固定位置（图3）。预弯的接骨板消毒后以备术中进行断端的快速复位固定，也可将模型消毒后在手术台上进行实体比对，为手术精准化提供参考。

表1 患者一般资料（，n）

表1 患者一般资料（，n）

1.2.3 手术方法：患者臂丛神经阻滞麻醉后仰卧位，术侧肩关节后部垫高，头部转向健侧，采用肩峰至锁骨外端弧形切口，切开分离锁骨远端斜方肌和三角肌附着，显露肩锁关节，清理血肿，取术前3D 匹配好的钩接骨板或术中根据经验选择合适的钩接骨板，将尖钩插入肩峰后下方预定位置，下压接骨板复位，借助复位钳临时固定，用皮质骨锁定螺钉内固定锁骨远端。高强度可吸收线缝合修复关节囊和肩锁韧带等，各方向活动肩锁关节确认肩锁关节固定牢固，必要时修复斜方肌和三角肌撕裂部分，在锁骨及肩峰处褥式缝合。术后三角巾常规悬吊患肢。

图1 Mimics 19.0软件生成肩锁关节二维蒙版

图2 3D打印切片软件Cura15.04肩锁关节构成示意

1.3 术后处理

术后常规抗生素使用24 h，术后第3天开始患肩无痛下钟摆运动，术后1周均出院，术后2周被动外展患肩，术后3周主动外展及上举。6～8周后进行适量抗阻力运动。术后6～12 个月取出内固定肩锁钩接骨板，并评估内固定取出后肩锁关节功能和稳定性。

1.4 评价指标

所有患者术后摄肩关节正位X线片，随访第3个月进行患肩疼痛VAS 评分和肩关节功能Constant 评分[2]。取出肩锁钩接骨板后进行肩关节活动范围测定。

1.5 统计学方法

采用SPSS 22.0软件进行统计分析，数据以均数±标准差表示，组间比较采用两独立样本t检验，并发症比较用卡方检验，以P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 两组手术资料比较

所有患者均获得随访，随访时间6～12 个月，平均（10.5±2.8）个月。3D 打印组手术时间（44.6±9.1）min，切口长（7.5±0.9）cm，术中透视（2.7±0.7）次；传统手术组手术时间（54.0±10.8）min，切口长（8.7±1.1）cm，术中透视（4.2±1.0）次。两组比较差异均有统计学意义（P＜0.05，表2）。

表2 两组手术资料比较（）

表2 两组手术资料比较（）

2.2 两组术后3个月生活质量评估比较

3D 打印组VAS 评分（1.0±0.9）分，肩关节Constant 评分（88.6±5.3）分；传统手术组VAS 评分（2.6±0.9）分，肩关节Constant 评分（81.9±6.1）分，两组比较差异均有统计学意义（P＜0.05，表3）。

表3 患者术后3个月生活质量评估及并发症[，n(%)]

表3 患者术后3个月生活质量评估及并发症[，n(%)]

2.3 并发症情况

所有患者均未出现术后感染、肩锁钩接骨板松动脱钩、肩锁钩接骨板取出后再脱位等严重并发症。统计术后长期患肩疼痛和活动受限并发症发现3D 打印组并发症发生率为4.5%，传统手术组并发症发生率为22.2%。两组比较差异有统计学意义（P＜0.05，表3）。

图3 3D打印个体化肩锁关节复合体模型术前肩锁钩接骨板匹配塑形

2.4 两组肩关节活动度比较

取出接骨板后，两组患肩活动度，包括前屈、外旋、外展、内旋活动范围比较差异均有统计学意义（P＜0.05，表4）。

典型病例见图4。

表4 取出钩接骨板后肩关节活动范围评估（，°）

表4 取出钩接骨板后肩关节活动范围评估（，°）

3 讨论

3.1 肩锁关节脱位手术治疗的必要性

临床骨科医师可能低估了肩锁关节损伤的发生，许多患者创伤后并没有得到很好的诊治。肩锁关节损伤可表现为不稳、半脱位、脱位。Rockwood[1]提出肩锁关节损伤的分型：Ⅰ型为不稳，肩锁韧带或喙锁韧带没有完全撕裂；Ⅱ型为严重不稳，肩锁韧带完全撕裂但喙锁韧带完整无损；Ⅲ型为肩锁关节分离半脱位，肩锁韧带和喙锁韧带完全撕裂；Ⅳ型为肩锁关节分离脱位伴锁骨的远端向后刺入斜方肌；Ⅴ型肩锁关节分离脱位伴锁骨的远端向上位移＞100%；Ⅵ型分离脱位罕见，锁骨远端向下移位进入喙下位置。先前的理念对于肩锁关节Ⅰ、Ⅱ型损伤多主张保守治疗，Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ型损伤多主张手术治疗,而对于肩锁关节Ⅲ型损伤是否需要手术治疗，仍存在广泛的争议[3-5]。到目前为止，对于急性肩锁关节分离（半脱位和脱位）仍然没有最佳的治疗方法。虽然先前的很多研究并没有揭示手术治疗比保守治疗临床效果有任何显著的优势。然而，多数保守治疗的患者对于最终的临床疗效是不满意的，常需手术矫治。

图4 患者，男，52岁，右肩锁关节脱位Rockwood V型，3D打印辅助手术

3.2 肩锁钩接骨板适宜内固定治疗急性肩锁关节脱位

很多种内固定物可供临床选择手术治疗急性肩锁关节脱位，包括喙突Bosworth 螺钉、可吸收肩锁关节捆绑线、钩接骨板，喙锁TightRope系统等[6-8]。以双纽扣线缆系统为代表的手术复位内固定肩锁关节脱位虽然能提供肩锁关节复位的即刻稳定性，而且术后内固定系统可不需要取出，但文献报道此类内固定系统术后随访肩锁关节脱位复位丢失较多，手术失败率较高[9]，对于慢性脱位一般更需要韧带重建[10]。现在很多新的生物力学研究更关注并强调肩锁韧带重建后肩锁关节前后方向稳定性修复的必要性。新的解剖复位和内固定的手术方法必须满足这些生物力学要求，只有这样的手术技术才能有效降低术后并发症[11]。肩锁钩接骨板很早就被用来进行锁骨远端骨折和肩锁关节严重脱位的固定，并且疗效确切[12]。对于肩锁关节脱位，钩接骨板内固定不仅提供了极为便捷的肩锁关节脱位复位的方法，并且为关节间软组织的愈合（包括韧带移植）维持了稳定的生物力学环境。临床应用中，为了增进肩锁关节关节间的运动和减少局部的激惹，一般术后6～12个月，钩接骨板可以取出[13]。Francesco[14]等用钩接骨板治疗肩锁关节脱位的患者，术中均未行喙锁韧带修复，术后随访利用MRI 扫描断裂的喙锁韧带显示出连续的瘢痕愈合信号。肩锁关节慢性陈旧性脱位，虽然几乎不再有急性的组织炎症反应或内在的治愈方式发生，但是经过钩接骨板内固定提供肩锁关节的稳定后，仍然可以触发其自我修复[15]。

3.3 3D打印技术辅助肩锁钩接骨板治疗急性肩锁关节脱位的优势

治疗急性肩锁关节脱位首先必须获得肩锁关节的解剖复位；其次，内固定物必须放置在正确的位置，从而可维持肩锁关节复位后的长期稳定性并能够抵抗周期性负荷。解剖学研究发现肩峰和锁骨之间的关系变异较大，锁骨远端的解剖形态学存在一定的差异，同样，肩峰的解剖形态差异度也很大。肩峰的厚度要求与之匹配的钩接骨板必须具备多种钩板深度，不然会明显增加肩峰下撞击甚至骨溶解的发生[16]。复位松动会导致肩锁关节不稳，螺钉松动，肩关节功能障碍及疼痛等症状随之发生[17]。如果过度复位，那么过度的下压复位会导致肩胛下骨和肩胛骨的反常活动发生[18,19]。近期的临床研究显示合适深度的锁骨钩接骨板治疗急性肩锁关节脱位辅以双通道下喙锁韧带重建可以减少肩峰下的压应力，缓解可能引起的骨溶解和疼痛[20]。另一方面，研究肩峰下接骨板钩端的位置，发现钩的近端位于肱骨头上方，过长的钩端势必会在肩关节外展时有撞击肱骨大结节的可能[21]。如果术中钩接骨板不匹配或位置放置不对就会导致过度复位或松动复位甚至脱钩。临床上手术复位肩锁关节后钩接骨板的钩端需要插入肩峰下以形成杠杆作用，下压锁骨远端。不恰当地插入钩端会与冈上肌接触，并占用肩峰下容积引起肩峰下间隙狭窄，在肩关节外展时冈上肌肌腱在肩峰下方滑动与锁骨钩部可能发生碰撞，引起肌腱炎和肩峰下滑囊炎产生疼痛等症状，甚至术后被迫移除接骨板。为此，本研究通过术前患侧肩锁关节复合体的3D 打印模型，根据肩峰模型的厚度选择钩的深度，并保证接骨板的长度不能超过肩峰过多。同时，术前预弯塑形钩角度和钩方向，使之与肩峰下偏后方骨棘更贴服，并保留肩峰内缘与接骨板间合适间隙；术前预弯塑形锁骨侧接骨板与锁骨远端结构更贴合，固定更坚强。对急性肩锁关节分离Ⅲ型和Ⅴ型患者选择钩接骨板辅以韧带重建修复手术治疗。本研究表明3D打印组内固定钩接骨板临床应用具有手术切口小、时间短、X线透视暴露少、术后患肢功能评分活动度明显优于传统手术组的优势，而且疼痛和术后并发症明显比传统手术组少，患肩活动恢复好。

Natera-Cisneros[22]报道对于急性严重肩锁关节脱位患者关节镜下采用高强度非限制性肩锁系统修复固定，术后疗效比肩锁钩接骨板满意。Natera[23]等最近报道应用肩锁钩接骨板内固定治疗急性严重的肩锁关节脱位，患者24 个月后与保守治疗组相比具有类似的临床结果。本研究亦存在不足，如纳入的严重肩锁关节分离的患者较少，而且缺乏保守治疗的对照。

综上，术前定制3D 打印模板导引肩锁钩接骨板个体化匹配和固定不失为治疗急性肩锁关节Ⅲ、Ⅴ型脱位的良好方法。