3D打印PEEK在俄乌战争中用于修复肱骨严重缺损

在俄乌战争中炮弹、巡航导弹、无人机、膨胀子弹等高能武器的使用，导致软组织严重联合创伤和骨骼节段性缺损或严重大小的骨缺损。在2014-2022年俄乌局部冲突期间，上肢受伤也很频繁，高达9.5%的病例出现肱骨骨折，高达0.5%的战斗患者肩部截肢。研究发现乌方伤员化脓性并发症发生率为21.4-25.6%，枪击相关性骨髓炎发生率为 12-14%。此类并发症通常与住院时间延长以及解剖和功能治疗结果不理想有关。枪伤骨折处理的重要任务是正确重新定位骨碎片并实现其稳定固定，从而加快康复过程。为了改善术前计划，三维 （3D） 打印（即增材制造）在常规骨科实践中被积极使用。1990年代初，3D 打印被引入骨科，当时将 3D 打印的带有插入螺钉指南的单个模板应用于膝关节置换术。术前 3D 打印还可以应用于军事骨科和创伤学，可以改善以下几个方面：合理的术前规划和术中定位，生产单个金属紧固件和（钛 3D 打印），设计塑料材料、塑料和可生物降解材料的单个植入物和网格（容器）;创建用于执行复杂作阶段的工具。

发现新的和实施已知的 3D 打印方法可能会改善严重枪伤的管理，包括长骨的大缺损。考虑到俄乌战争中枪伤的严重程度，需要改进治疗策略，特别是在大骨缺损的管理方面。先前发表的系列文章证明了各种方法在治疗枪伤方面的效用，例如应用骨生物学材料或闭合复位、用于明显加压的经皮滞后螺钉和 Ilizarov 外固定（即双局部接骨）以及 3D 打印。还值得一提的是，枪伤在各种战争和武装冲突中都有很好的描述，包括对 2014-2020 年及以后的俄乌战争混合时期的研究。然而，自 2022 年 2 月 24 日以来俄罗斯全面入侵期间，骨科创伤管理的现状以及使用 PEEK 植入物进行 3D 打印的可能作用的研究仍然较少 。在这项研究中，我们假设使用 PEEK 植入物进行 3D 打印可用于治疗与应用高能武器相关的严重肱骨干枪伤骨折。

该研究的目的是评估治疗肱骨严重缺损的战斗患者的各种方法，并展示整形战争外科医生在正在进行的战争中处理肱骨缺损枪伤的经验。

患者和方法

本研究确定了24名伤员，均为乌克兰武装部队的现役军人，在乌克兰各地的战场区受伤。非机密数据是在2022年2月24日至2023年1月1日期间收集的。本研究的纳入标准是肱骨干枪弹骨折的诊断，排除标准为枪伤后的骨髓炎、严重的微球伤口污染（菌落形成单位（CFU）>106/ml）、桡神经和尺神经完全断裂。受伤的机制是由各种高能武器造成的，如自行多管火箭炮系统、火炮、迫击炮炮击、巡航导弹袭击、无人驾驶飞行器（即无人机）。

采用 2018 年修订版 AO/OTA 断裂和错位分类来确定裂缝的复杂程度。入住军医院（IV 级）后，所有患者均接受常规临床化学和尿液检查。还通过 X 射线成像对患者进行了两个投影检查，通过计算机断层扫描 （CT） 扫描受伤肢体，对血管进行多普勒成像，以确定受伤上肢的主要和侧支血液供应的特征。进行 CT 血管造影以识别脱血管的骨碎片。

入院时，评估患者的合并症、伤口和骨骼的结构变化以及移除的针头区域的炎症变化程度。还评估了所有患者的主要血管可能的损伤，包括受伤肢段水平可能的缺血和静脉血栓形成。通过计算所有患者的 CFU 来确定微生物污染，对伤口进行微生物学检查。患者管理分为 I、II、III.三个阶段，以解决创面治疗中的具体任务。在本文中，我们重点介绍了第二阶段。下面提供了每个阶段的简要说明。

在第一阶段，所有伤员都接受了损伤控制手术、二次检查手术、重建手术、一期手术清创术、筋膜切开术、局灶外接骨术、抗菌关节间隔物的治疗。第一阶段还包括根据之前描述的方案，使用VAC机器KCI（HEACO，中国）和Sonoca 185（Söring，德国）进行超声空化和真空辅助闭合（VAC）治疗。

IIA 阶段包括更换骨科固定装置（转换）。为了从外固定进行转换，我们在术前阶段使用了 3D 成像，以准确确定肱骨碎片的位置、碎片的大小和形状，以创建肱骨的虚拟修复体。3D 成像还有助于选择或开发固定所需的细节，并确定是否需要使用移植物代替部分骨骼来恢复其形状，以及可视化血管的位置以最大限度地降低其术中损伤的风险。创建物理 3D 模型的第一阶段是处理二维 CT 图像。二维 CT 图像的分析是创建物理 3D 模型的第一阶段。这个过程包括由整形外科医生对每个 CT 切片进行分析，以去除所有伪影。Mimics Medical 24.0 软件用于将 CT 图像从 DICOM 转换为 STL 格式，以便进一步进行 3D 打印。Graphics Medical 14.1 软件用于所有维度的 3D 模型旋转，并将其与其他部件连接，例如，使用堵塞的髓内杆或用于肱骨近端三分之一水平损伤的 Philos 型钢板。

在 IIB 期，进行了重建和恢复性手术干预。这个阶段包括更换骨缺损。采用聚醚醚酮（PEEK）作为骨生物学材料替代骨缺损。PEEK 基体用于 3D 打印。此外，骨缺损的置换是通过闭合复位、经皮滞后螺钉进行明显压缩和 Ilizarov 外固定来实现的。血管蒂上的腓骨被用作移植物来替代骨缺损。

在第三阶段，所有患者都在乌克兰和国外的康复中心接受治疗。本研究未获得身体康复管理的数据。

随访3、6、12个月。随访时，考虑了从受伤到重建手术的时间、手术干预的持续时间、肩关节和肘关节的活动范围（ROM）、神经状态和神经改善、并发症的存在（骨髓炎、骨旁骨化的形成、骨科植入物的不稳定、骨固结失败和假关节的形成（即假关节）、自体骨松解）等参数。手臂、肩部和手部残疾（DASH）问卷用于测量受伤后12个月的上肢残疾和症状。

这项研究得到了波哥莫尔斯（Bogomoles）国立医科大学（乌克兰基辅）伦理委员会的批准。考虑到冲突仍在继续，政府对伤员的详细临床信息进行了保密。由于队列样本量较小，统计分析不适用，表明本研究为“描述性研究”。

结论

所有患者均因炮击而受重伤。所有患者均为男性，平均年龄为 33.8 岁。IV 级受伤和入院之间的平均时间为 1.6 天。

根据 AO/OTA 骨折和脱位分类（rev.2018），4 例（17%）患者为单纯性 A 型骨折，8 例（33%）患者为 B 型骨折，12 例（50%）患者为多片性和节段性 C 型骨折。肱骨的多片严重骨折如图 1 和图 2 所示。

图 1.右肱骨多碎裂患者的照片，存在骨缺损和碎片移位。伴有骨缺损和碎片移位。A.显示严重骨折的X光片；B.术前照片

 

图 2.左肱骨枪伤骨折的 X 射线胶片。左肱骨骨干枪击多碎裂患者，存在骨缺损和碎片移位。B.左肱骨骨干中三分之一处枪伤粉碎性骨折，伴有骨缺损和碎片移位。

对入院时伤口微生物污染的分析显示，平均 CFU 为 10/ml（范围 10-10/ml）。从基线开始 21-24 天，21 名 （88%） 患者的这种微生物污染降低到 10/ml 的平均 CFU（范围 10-10/ml）。

在 24 名患者中，3 名 （13%） 患者诊断出肱骨节段性缺损达 5 厘米，4 名 （17%） 患者诊断出肱骨节段缺损达 5 厘米，17 名 （71%） 患者诊断出缺损 10 厘米及以上。在这 17 例（71%）患者中，5 例患者接受了 3D 打印 PEEK 植入物治疗（图 3、4、5），6 例患者接受了闭合复位、经皮滞后螺钉和 Ilizarov 外固定术，以及 6 例患者接受了腓骨血管蒂移植术（图 6）。

 

图3：3D建模说明：处理左肱骨干枪伤多发性骨折患者的二维CT图像，碎片移位

4：3D建模阶段的图示。A.比较骨碎片，以形成恢复右肱骨骨干枪伤多发性骨折伤员受损骨结构完整性的可能性，并伴有碎片移位；B.PEEK材料三维建模最后阶段的图示

图5：右肱骨严重骨折并接受3D打印PEEK植入物治疗伤员的照片

注解： A.术前X射线片显示肱骨严重缺损>10cm，肱骨中部三分之一有假关节，骨结构有缺陷，近端和远端有硬化病变。 B.右肱骨的术前3D建模图形决定了假关节的形成和骨轴的变化。 C.术前3D建模，说明肱骨近端（69.7mm）和远端（85.2mm）硬化部分进一步切除的尺寸计算。 D.手术前PEEK植入物的3D建模示意图。 E.术后12个月的右肱骨直接投影X射线片显示，骨缺损被皮质海绵颗粒替代，右肱骨有固结迹象，用封闭的钉子固定。 F&G.3D打印PEEK支架的术中照片，支架上放置有组合的自动同种异体材料，用于肱骨干缺损。 H.患者术后12个月右上肢有术后疤痕的照片。

图6：患者的临床照片，显示了闭合复位、经皮拉力螺钉和Ilizarov骨外固定（A、B、C）以及血管蒂移植物上腓骨（D、E、F）的治疗阶段。

5 例患者接受 3D 打印 PEEK 植入物治疗的患者的访时间为 14.8 个月。在这些患者中，从受伤到重建手术的平均时间为 5.3 个月，平均手术持续时间为 80.4 分钟。基线时的平均 DASH 评分为 75.3，随访 12 个月时为 49.6，表明自我报告的改善。X 射线分析未发现骨旁骨化。损伤后 12 个月的 CT 扫描显示，PEEK 晶格中的自身同种异体材料与主要碎片之间形成了骨桥。在使用 PEEK 植入物后，一例 （20%） 诊断出骨髓炎，需要移除 PEEK 植入物和金属植入物，然后应用抗生素关节垫片和肱骨 ExFix 碎片。我们认为，骨髓炎的发生是由于伤口清创不充分和不遵守转换标准（固定方法的更换）。接受3D打印PEEK植入物治疗的患者平均住院时间为5.5个月。

6 例接受闭合复位、经皮滞后螺钉和 Ilizarov 外固定治疗的患者随访 13.4 个月。在这些患者中，从受伤到重建手术的平均时间为 5.8 个月，平均手术持续时间为 78.1 分钟。基线时的平均 DASH 评分为 73.1，随访 12 个月时为 33.4，表明自我报告的改善。在一名患者中，观察到骨旁骨化的形成和椎旁骨髓炎的发展，需要移除和放置视杆。该组患者的平均住院时间为 3.5 个月。

6 例腓骨血管蒂移植患者随访 14.1 个月。在这些患者中，从受伤到重建手术的平均时间为 5.5 个月，平均手术持续时间为 112 分钟。在 12 个月的随访中，基线时的平均 DASH 评分分别为 74.3 和 32.7，表明自我报告的改善。两名患者诊断为骨旁骨化。该组患者的平均住院时间为 6.5 个月。

总体而言，4 名 （17%） 患者诊断出术后并发症。17 例肱骨节段性缺损患者并发症分析>2 例患者血清肿这是通过伤口引流和 VAC 治疗来管理的。

接受闭合复位、经皮滞后螺钉和 Ilizarov 外固定治疗的 6 例患者中有 2 例杆有问题，需要对外固定装置进行适当护理，另外 4 例患者接受双局接骨治疗，无术后并发症。在 2 名接受腓骨血管蒂根移植物治疗的患者中，诊断为浆液性出血性渗出，通过应用 VAC 疗法进行治疗。其他 4 例腓骨血管蒂移植术患者未见并发症。

讨论

本研究证实，在三级和四级救治阶梯（包括野战医院、后方医院），可以应用PEEK植入物的3D打印等现代技术。本研究第一次展示了上肢战斗相关损伤的具体特征，并展示了通过使用PEEK进行3D建模来管理长骨（即肱骨）相关骨折的经验。3D打印PEEK植入物经常应用于上颌骨筋膜手术和民用骨科手术，但很少用于战争相关的损伤。

研究结果证实，使用PEEK植入物进行3D打印等现代技术是治疗长骨严重缺陷的一种可能方法。研究结果与Hamsho等人的研究结果一致，表明PEEK植入物在重建战争环境中狙击手枪击造成的上颌骨缺损方面具有实用性。由于医疗供应中断以及乌克兰卫生系统的整体问题，上述技术的应用存在问题。本研究选择使用PEEK而不是其他植入物，是因为它具有更好的骨整合和抗菌性能。值得一提的是，3D打印和PEEK植入物主要用于重建与枪弹伤或脑肿瘤相关的颌面畸形，但该技术以前没有用于重建战斗患者的肱骨等长骨。尽管发现的并发症发生率相对较高（5名伤员中有1名），但研究表明，3D打印和PEEK植入物可用于治疗高能武器枪伤后的长骨缺损，这与Hamsho等人和Chaiyasat等人分别显示PEEK对颌面部PEEK植入物重建和颅骨成形术患者的实用性一致。

由于PEEK固有的生物惯性，应该考虑PEEK植入物广泛用于骨缺损修复的可能局限性，这可能会导致植入物周围的纤维化变化，从而对骨整合产生负面影响。然而，在与战争有关的长骨严重缺陷的情况下，PEEK植入物的效用被认为超过了骨整合受损的可能风险。研究还发现创伤后并发症的伤口感染频率较低，表明后期处置管理方案得当。

考虑到PEEK的机械性能与人体骨组织相似，并且具有高透射率，使用3D打印的PEEK植入物进行骨重建，研究结果表明它对与战斗相关的长骨损伤有用。但腓骨是重建长骨缺损的良好移植物。Heitmann等人表明，在15名肱骨节段性缺损患者中使用腓骨移植具有总体效用，结果良好，但术后并发症发生率较高。血管蒂上的腓骨移植与良好的结果相关，因为移植骨与受体骨的融合更好，假关节、移植物骨折的风险降低，以及腓骨移植物在生理轴向载荷影响下的肥大变化减少。研究还证明了伤员术后并发症的发生率相对较低，表明腓骨移植是选定伤员骨重建的良好方法。Ilizarov牵张成骨术通常用于内战和战争相关的骨折。这种方法很适合与闭合复位和经皮拉力螺钉结合使用，用于治疗严重的骨缺损，因为它与足够的骨压缩有关。然而，Iliarov方法不适合固定战场创伤中常见的较小骨碎片。

原文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S002013832300997X