3D打印PEEK材料治療兒童顱骨缺損的臨床應用

來源：神外前沿  

顱骨修補已有數(shù)百年的歷史，異體骨、自體骨、各種塑料和金屬都曾被當作重建顱骨的材料。但迄今為止，各類顱骨修補材料均表現(xiàn)出或多或少的弊端，目前世界范圍內(nèi)尚無公認的最佳顱骨修補材料。聚醚醚酮（polyetheretherketone，PEEK）因其較皮質骨類似的彈性和強度，作為骨科材料率先被應用于臨床并取得了良好的效果。近10年PEEK作為顱骨修補材料逐漸被神經(jīng)外科醫(yī)生采用。兒童顱骨缺損修補對于材料的選擇往往要求更高，在顱骨重建的基礎上更需將患兒的生長發(fā)育、青少年心理健康、再次損傷等因素納入考慮，但目前爭議較大。本文通過將PEEK材料顱骨修補術與鈦網(wǎng)顱骨修補術進行對比，分析 PEEK 在兒童顱骨修補術中的應用效果，以期為臨床提供參考，現(xiàn)報道如下。

一、資料與方法
1.研究對象：選取新疆醫(yī)科大學第一附屬醫(yī)院小兒神經(jīng)外科自 2019年 1月至 2021年 3月行 PEEK材料顱骨修補的患兒為 PEEK 組，選取同期行鈦網(wǎng)修補術的患兒為鈦網(wǎng)組。納入標準：（1）年齡 0~14歲，性別不限；（2）經(jīng)頭顱CT檢查確定診斷為顱骨缺損；（3）顱骨缺損范圍>3 cm；（4）身體一般情況可耐受手術；（5）經(jīng)談話溝通家長同意并要求使用 PEEK（或鈦網(wǎng)）為顱骨修補材料。排除標準：（1）合并其他器官功能不全；（2）既往已行顱骨修補再次翻修；（3）術區(qū)頭皮感染、愈合欠佳。所有患兒的家屬均已簽署知情同意書，本研究已經(jīng)過醫(yī)院醫(yī)學倫理委員會批準（倫審號：IACUC20180915⁃07）。

PEEK組患兒15例，其中男性9例，女性6例，年齡范圍1.3~13.0歲，年齡（7.24±3.98）歲；顱骨缺損面積中位數(shù)為 43.60 cm2；原發(fā)病因：顱腦外傷 8 例，顱骨腫瘤3例，腦血管病1例，腦膨出1例，生長性骨折1例，腫瘤切除1例。鈦網(wǎng)組患兒21例，其中男性12例，女性 9 例，年齡范圍 3~14 歲，年齡（8.35±3.54）歲；顱骨缺損面積中位數(shù)為 56.60 cm2；原發(fā)病因：顱腦外傷11例，顱骨腫瘤5例，腦血管病2例，腦膨出1例，生長性骨折 1 例，腫瘤切除 1 例。2 組患兒的年齡、性別、顱骨缺損面積、顱骨缺損部位分布及原發(fā)病因比較，差異均無統(tǒng)計學意義（P>0.05，表1）。

2.術前準備：所有患兒均在術前行頭顱CT薄層掃描（層厚 1 mm）及三維重建。（1）PEEK 材料修補：將患兒 CT數(shù)據(jù)拷貝發(fā)送至 PEEK植入物供應方（西安康拓醫(yī)療技術有限公司）。行二期顱骨修補的患兒，利用計算機輔助設計技術，根據(jù)患兒顱骨缺損范圍及厚度精確導出植入物初步方案，再交由主治醫(yī)師確認方案并做出修改。最后通過 3D 打印技術將PEEK 材料按既定方案制備并送往醫(yī)院消毒備用。對于顱骨腫瘤或腦膨出一期顱骨修補的患兒，PEEK供應方先將患兒顱骨模型通過 3D 打印的方式 1∶1制備，主治醫(yī)師通過顱骨模型上病變及顱骨缺損的范圍制定手術方案并確定顱骨切除范圍；PEEK 供應方根據(jù)圈定的顱骨切除范圍再次制備顱骨缺損模型及 PEEK 顱骨植入物；（2）鈦網(wǎng)材料修補患兒：將CT 數(shù)據(jù)發(fā)送至鈦網(wǎng)供應方，利用 CAD/CAM 技術設計制備鈦網(wǎng)材料，因無法術前利用仿真模型規(guī)劃手術，故所有使用鈦網(wǎng)患兒均為二期顱骨修補。

3.手術過程：（1）PEEK材料修補：所有患兒均在全身麻醉下完成手術，二期顱骨修補患兒取原手術切口，行一期顱骨修補的患兒根據(jù)供應商提供的顱骨模型準確定位病變及顱骨切除范圍，據(jù)此制定合適的手術切口。沿手術切口依次切開皮膚、帽狀腱膜及顳肌直至顱骨，適當掀起皮瓣，尋找硬膜與皮瓣/顳肌間隙并加以分離，直至完全暴露顱骨缺損范圍，期間仔細止血，如有硬腦膜破損給與嚴密縫合。仔細清除骨緣周圍硬膜增生組織，將硬膜小心從骨緣上剝離。取 PEEK 植入物填充顱骨缺損，調整角度使之與缺損范圍完全契合并嵌入，硬膜多點懸吊固定于 PEEK 板上，使用 PEEK 連接板及鈦釘固定，留置皮下引流管經(jīng)皮另口穿出，外接負壓吸引，依次縫合顳肌、皮下組織及皮膚。（2）鈦網(wǎng)修補：術中將鈦網(wǎng)覆蓋于顱骨缺損處，鈦釘固定，其余步驟同 PEEK材料修補。

4. 術后處理：所有患兒術后均復查頭顱 CT，皮下引流管術后72 h內(nèi)根據(jù)引流情況（術后1~3 d，24 h引流量

5. 統(tǒng)計學分析：采用 SPSS19.0 軟件進行統(tǒng)計學分析，符合正態(tài)分布的計量資料以均數(shù)±標準差（x±s）表示，組間比較采用兩獨立樣本 t檢驗；不符合正態(tài)分布的連續(xù)變量以中位數(shù)(四分位數(shù))[M（P25，P75)]表示，組間比較采用Wilcoxon秩和檢驗；計數(shù)資料以例表示，采用 Fisher 精確概率法檢驗。P

二、結果

1.術中及術后情況：所有患兒術后切口愈合良好，均未發(fā)生新發(fā)癲癇、植入物移位等情況，未出現(xiàn)植入物相關事件再次手術情況。PEEK 組中 1 例患兒在術后4 d（已拔管后）出現(xiàn)頭皮下積液，給予穿刺抽吸加壓包扎，4 d后積液消失；1例術后復查 CT 示術區(qū)少量出血，經(jīng)保守治療后好轉出院。鈦網(wǎng)組 1例患兒于術后 3 個月出現(xiàn)額部鈦網(wǎng)外露并局部感染，給予切口定期清創(chuàng)換藥后皮膚缺損愈合出院；術區(qū)出血 1例；術后皮下積液 2例，通過延長拔管時間及反復穿刺抽液后均好轉。PEEK 組和鈦網(wǎng)組在手術時間、出血量、距上次手術時間以及術后并發(fā)癥發(fā)生率方面差異均無統(tǒng)計學意義（P>0.05，表2）。

2.隨訪：PEEK組患兒在為期6~30個月（中位數(shù)為11個月）的隨訪中，切口愈合良好，切口愈合等級均為Ⅰ/甲，術后復查頭顱CT及MRI未見明顯偽影，所有患兒隨訪至今未發(fā)現(xiàn)移植物移位、斷裂情況，手術醫(yī)生及家長均對手術塑性效果滿意。

3.典型病例：病例 1，男性，2 歲 7 個月，主訴“發(fā)現(xiàn)左側顳部腫物1個月”入院，完善相關檢查考慮診斷為左側顳骨腫物，于 2021 年 1 月 6 日行顱骨腫物切除術+一期PEEK材料顱骨修補，術后病理示嗜酸性肉芽腫，術后隨訪至今，術區(qū)外觀滿意，無術中術后并發(fā)癥（圖1）。

病例 2，男性，3 歲，主訴“開放性顱腦損傷并顱骨粉碎性骨折術后 6個月”入院。患兒曾于 2020年10 月 1 日因頭部撞擊傷致右側顳骨開放性粉碎骨折，于入院當天行顱內(nèi)血腫清除術、清創(chuàng)術，術后部分顱骨缺失（不規(guī)則顱骨缺損），于2021年3月31日行二期 PEEK 材料顱骨修補術，術后 6 d 好轉出院，術后隨訪至今，病情平穩(wěn)，無明顯不適（圖2）。

病例3，女性，1歲6個月，主訴“摔傷致意識障礙4 h”于 2020年 5月 25日入院，當日行顱內(nèi)血腫清除術+DC，9月30日行二期PEEK材料顱骨修補。術后隨訪至今，無植入物移位、斷裂現(xiàn)象，患兒無明顯不適主訴（圖3）。

三、討論
顱骨修補術是常見的神經(jīng)外科手術，顱骨重建最常用的材料是自體骨或植入材料。自體骨被認為是目前最合適的顱骨修補材料，但其來源有限且難以保存，尤其在兒童中自體骨吸收的發(fā)生率較高，臨床上應用有限[4]。目前應用于顱骨修補最常見的植入材料是鈦網(wǎng)。很多研究已經(jīng)表明鈦網(wǎng)應用于顱骨修補的可行性，但較高的并發(fā)癥發(fā)生率無法避免[5]。因此仍需進一步尋找理想的顱骨修補材料。PEEK是近年來較受歡迎的新興材料，其作為顱骨修補材料，具有以下有優(yōu)點：（1）具有與皮質骨類似的強度及彈性；（2）低密度，對溫度不敏感；（3）較高的組織穩(wěn)定性，使其能在高溫或輻射下消毒而不產(chǎn)生形變；（4）具有射線可透過性，對 CT 與 MRI結果不會有影響；（5）結合3D打印技術具有較好的外觀效果[6]。目前對于PEEK材料應用于顱骨修補的大宗報道及長期隨訪結果較為匱乏，現(xiàn)有研究報道 PEEK 顱骨修補的主要術后并發(fā)癥有術后感染、皮下積液、PEEK板斷裂移位等[7]。本文主要從 3D 打印技術的優(yōu)勢、兒童顱骨修補應用 PEEK 材料的可行性以及 PEEK材料與鈦網(wǎng)的比較等方面展開研究。

醫(yī)學3D適形打印技術是基于CT或MRI等影像數(shù)據(jù)，將材料逐層精確打印并累積，從而制成高精度成品的快速成形技術，現(xiàn)已較為成熟的在臨床開展[8]。同傳統(tǒng)CAD/CAM機打制備技術不同的是，3D打印具有更高的精確度、更加準確的細節(jié)還原，可以根據(jù)解剖形態(tài)個性化精確打印出所需的手術材料（尤其在額突、眶周以及顴弓附近的顱骨缺損，這些區(qū)域轉角較大，周圍骨質解剖關系復雜），還可以通過計算機還原成像、精確還原打印出契合缺損部位的植入物，而傳統(tǒng)機打技術制備的材料往往有一定誤差。同時該技術還可以協(xié)助手術的術前設計，使手術的開展更加科學精準。在顱骨腫瘤的患兒中，可以準確打印出仿真顱骨模型，同時精準還原腫瘤及顱骨缺損的范圍，使手術方案的設計更加簡明準確，同時也可以更加直觀地與患兒家長溝通治療方案。尤其是對于兒童患者，家長往往對患兒術后效果預期更高，3D打印技術帶來的精準塑形能夠最大程度地提升手術滿意度。

兒童顱骨修補術一直是學術界爭議較大的話題。與成年人不同，兒童顱骨的發(fā)育是顱骨缺損患兒手術的重要考慮因素，兒童顱骨在出生第一年生長速度最快，第二年起生長速度明顯下降，5~7歲時顱骨大小已接近成人[9,10]。因此在低年齡段患兒中，顱骨發(fā)育帶來的影響將是術前重要的考量方面，亦應在術后重點隨訪。目前臨床常用的顱骨修補材料除自體骨外均無明顯的骨生長特性，但自體骨在低年齡段患兒中的獲取極為有限，且表現(xiàn)出較高的自吸收率，因此以往甚至有學者不建議在 3 歲之前行顱骨修補術[11]。但在 Ma 等[9]的研究中，共 159 例患兒接受了顱骨修補術，平均年齡6歲，在隨訪期中均未發(fā)現(xiàn)顱骨輪廓的異常，其中年齡最小的 2 例患兒（25、15個月）在為期2年和6年的隨訪中，亦未發(fā)現(xiàn)顱骨生長受限的現(xiàn)象。在本研究中6歲以下患兒共6 例，其中 3 歲以下 2 例，年齡分別為 1 歲 4 個月和 2歲8個月，隨訪時間分別為12、9個月，隨訪至今均未出現(xiàn)顱骨生長受限或PEEK板因顱骨生長發(fā)育斷裂移位現(xiàn)象。但本研究樣本量較少，隨訪時間有限，不足以完全說明問題，尚需進一步的隨訪和研究。同時有研究表明，顱骨缺損的兒童較同齡兒童更加內(nèi)向、自卑，具有情緒不穩(wěn)定、社交恐懼等特點，不利于青少年兒童的心理健康發(fā)展[12]。因此，筆者認為應盡早恢復顱骨結構保護顱腦組織同時避免患兒因此所帶來的心理創(chuàng)傷。

本研究結果顯示，PEEK 組與鈦網(wǎng)組患兒的一般情況、缺損部位及缺損面積無明顯差異，一定程度上反應了以上客觀因素對于患兒顱骨修補材料的選擇無明顯影響，更多取決于家長的自身考慮。因此術前應詳細與患兒家長溝通PEEK材料的特點及手術方案，PEEK 較鈦網(wǎng)無導熱性，無影像學干擾，但已有研究表明使用鈦網(wǎng)和使用PEEK行顱骨修補的失敗率和并發(fā)癥發(fā)生率差異無統(tǒng)計學意義，該結果與本研究相同[13]。不同地域顱骨修補材料存在一定差異。在本臨床中心，以成人常規(guī)大骨瓣減壓術后顱骨修補為例，鈦網(wǎng)修補材料的價格約 7000~8000元，而PEEK材料價格約為120 000~130 000元，相同手術情況下 PEEK 的價格是鈦網(wǎng)的十余倍，單從費用的方面考慮 PEEK 的性價比并不高，術前應該讓患兒家長充分了解這一特點。PEEK 顱骨修補手術的原則和手術方式與其他修補材料大致相同，即填充顱骨缺損、重建顱骨結構。與鈦網(wǎng)覆蓋式修補不同的是，PEEK材料的修補方式為嵌入式，因此對植入物放置的角度有較高的要求，應剝離骨緣周圍的硬膜增生組織，使硬腦膜與顱骨完全分離以便植入物更好地嵌入，最好使用鈍性分離的方法，可以最大限度避免骨緣下硬膜破損導致腦脊液漏或皮下積液；PEEK板固定妥當前，硬腦膜多點懸吊并固定在PEEK 板上能夠減少殘腔。術后應定期換藥觀察切口愈合情況及皮下引流管引流量。本研究中所有患兒均在術后72 h內(nèi)拔除引流管，PEEK組1例皮下積液患兒為去大骨瓣減壓術后，硬膜下積液的發(fā)生考慮術區(qū)皮瓣較大，組織液滲出較多所致，經(jīng)穿刺加壓后恢復良好。既往單獨研究兒童應用PEEK修補術后并發(fā)癥方面的文獻較少，Puncha 等[14]報道 PEEK修補術后并發(fā)癥的發(fā)生率約為 15.3%，國內(nèi)有研究表明成人上述兩種材料顱骨修補術后并發(fā)癥發(fā)生率無明顯差異。本研究結果也顯示，PEEK組與鈦網(wǎng)組的術后并發(fā)癥發(fā)生率方面差異無統(tǒng)計學意義。

綜上所述，PEEK 材料在兒童顱骨修補中有較好的臨床效果，在后期的隨訪和影像學檢查均證實了其有效性，結合3D打印技術帶來的外觀整形效果令人滿意。該材料目前已較為成熟的在臨床開展應用，其價格昂貴是需要被考慮的問題，且該材料應用于顱骨修補的歷史有限，尚需更多研究進一步探討。

參考文獻，詳見原文(略)