3D打印技術在復雜脛骨平臺骨折手術中的臨床應用研究

高斌　李玉泉　劉勝　洪友欽　曾慶　陳澤欽

【摘要】 目的 探析在復雜脛骨平臺骨折手術中應用3D打印技術的臨床效果。方法 40例復雜脛骨平臺骨折患者作為研究對象， 依據手術治療方案的不同分為常規手術組及3D模型組， 各20例。常規手術組治療中做好常規術前準備并進行傳統手術治療， 3D模型組術前則通過3D模型進行術前規劃并做好常規術前準備， 依據術前規劃開展手術治療。對比兩組患者的手術指標（手術時間、術中出血量、術中透視次數）， 術前及術后6個月的膝關節功能（HSS）評分， 術后并發癥發生情況。結果 3D模型組手術時間短于常規手術組， 術中出血量與術中透視次數少于常規手術組， 差異具有統計學意義 （P<0.05）。術后6個月， 兩組患者的HSS評分均較本組術前升高， 且3D模型組升高程度優于常規手術組， 差異均具有統計學意義 （P<0.05）。3D模型組并發癥發生率5.00%低于常規手術組的40.00%， 差異具有統計學意義 （P<0.05）。結論 在復雜脛骨平臺骨折手術中應用3D打印技術， 可促進療效提升， 為患者膝關節功能的恢復提供幫助。

【關鍵詞】 3D打印技術;復雜脛骨平臺骨折手術;臨床應用

DOI：10.14163/j.cnki.11-5547/r.2020.11.029

據研究報道， 脛骨平臺骨折通常由高能量損傷所致[1]， 即交通事故、高空墜落與直接暴力等因素使患者脛骨內外平臺受力不均， 引發骨關節炎改變。以往臨床在脛骨平臺骨折患者治療時主要采用CT、X線等二維圖像資料對手術方案進行設計， 但這種方式下失敗率相對較高。后經醫療領域相關學者的不斷實踐， 有學者發現3D打印技術可改變CT掃描數據的形式， 使其具備具體化的特點， 可通過直觀的實物模型為術前規劃的制定提供參考[2]。故此次研究， 本院在20例脛骨平臺骨折患者手術中主要應用3D打印技術進行手術設計、建模與評估， 現詳細分析結果如下。

1 資料與方法

1. 1 一般資料 在本院2017年1月～2018年3月期間收治的所有復雜脛骨平臺骨折患者中選取40例作為此次研究對象。納入標準：①患者入院后經CT、膝關節X射線等檢查診斷為脛骨平臺粉碎性骨折， 且患肢伴膝關節疼痛、腫脹等癥狀。②患者自愿加入研究， 并簽署研究知情同意書。排除標準：①病理性骨折者。②合并重要臟器疾病者。依據手術治療方案的不同分為常規手術組及3D模型組， 各20例。常規手術組：男11例， 女9例;年齡23～57歲， 平均年齡（38.34±6.28）歲;骨折Schatzker分型：Ⅰ型5例， Ⅱ型4例， Ⅲ型5例， Ⅳ型1例， Ⅴ型3例， Ⅵ型2例。3D模型組： 男9例， 女11例;年齡23～57歲， 平均年齡（38.42±6.23）歲;骨折Schatzker分型：Ⅰ型7例， Ⅱ型5例， Ⅲ型3例， Ⅳ型2例， Ⅴ型2例， Ⅵ型1例。兩組患者一般資料對比， 差異無統計學意義（P>0.05）， 具有可比性。

1. 2 治療方法 常規手術組治療中做好常規術前準備并進行傳統手術治療。3D模型組術前則通過3D模型進行術前規劃并做好常規術前準備， 依據術前規劃開展手術治療， 具體方法為：對患者骨折部位進行CT掃描， 觀察骨折情況后通過Minics軟件對CT掃描數據做三維重建處理。同時， 使用3D打印技術依據1∶1的比例打印出骨折部位的骨折實體模型， 打印后驗證并對骨折分型進行確認， 通過模擬手術操作確定最佳復位。對手術過程中患者骨折部位各血管神經位置與需顯露位置之間的關系進行綜合分析[3]， 依據分析結果決定手術使用的材料型號、規格等， 制定出相應的手術方案。

3D模型打印方法：在CT掃描時設置層厚為1 mm，?以DICOM格式保存掃描結果。在Mimics10.0軟件中導入掃描結果， 以此建立3D模型。3D模型建立后保存為STL格式， 同時與3D快速打印機連接， 使用聚乳酸塑料打印3D模型， 制作出骨折實體模型。需注意， 骨折實體模型與骨折部位比例為1∶1。

1. 3 觀察指標及判定標準 ①觀察對比兩組手術指標， 即手術時間、術中出血量與術中透視次數。②分別于術前、術后6個月對兩組膝關節功能進行評估， 以HSS評分作為評估工具， 該量表中主要包含疼痛、活動度與功能等條目， 評分越高， 患者膝關節功能越好[4]。③觀察并對比兩組術后并發癥發生情況。

1. 4 統計學方法 采用SPSS20.0統計學軟件進行統計分析。計量資料以均數±標準差（ x-±s）表示， 采用t檢驗;計數資料以率（%）表示， 采用χ2檢驗。P<0.05表示差異具有統計學意義。

2 結果

2. 1 兩組手術指標對比 3D模型組手術時間短于常規手術組， 術中出血量與術中透視次數少于常規手術組， 差異具有統計學意義 （P<0.05）。見表1。

2. 2 兩組術前、術后6個月HSS評分對比 術前， 兩組患者的HSS評分對比， 差異無統計學意義（P>0.05）; 術后6個月， 兩組患者的HSS評分均較本組術前升高， 且3D模型組升高程度優于常規手術組， 差異均具有統計學意義 （P<0.05）。見表2。

2. 3 兩組術后并發癥發生情況對比 3D模型組并發癥發生率5.00%低于常規手術組的40.00%， 差異具有統計學意義 （P<0.05）。見表3。

經臨床觀察發現， 脛骨平臺骨折后不僅膝關節受損， 出現腫脹與腫痛等臨床癥狀， 而且多合并軟組織損傷。以往臨床醫護人員主要應用傳統骨科手術為脛骨平臺骨折患者進行治療， 即術前通過個人經驗對手術計劃進行制定。然而， 在長期觀察中， 有學者指出大部分主治醫師習慣性通過人腦空想的方式設計手術方案[5]， 或是在此基礎上結合二維圖像[磁共振成像（MRI）與CT等]構思手術方案， 導致手術方案無法描述、反映出患者病理解剖結構與周圍神經等軟組織之間的關系。因此， 如何精確、標準的設計脛骨骨折平臺患者手術方案是臨床醫護人員需要解決的一大難題。

近些年， 在我國醫療技術日益發展與成熟的背景下， 3D打印技術的出現拓寬了臨床某些疾病的治療途徑， 并解決了傳統骨科手術治療中脛骨平臺骨折患者手術方案可行性低的問題， 顯著提升了手術治療的準確性與安全性， 得到醫療工作者與患者的一致肯定。3D打印技術的應用原理是通過Dicom格式導出患者骨折部位的CT掃描結果， 在Mimics軟件中輸入結果并對構件做3D計算處理[6]， 最后打印出具有個體化特點的3D模型， 以便醫護人員對患者骨折情況進行全面觀察或準確測量， 制定出相應的手術方案。同時， 應用Mimics軟件不僅能夠重建骨折模型， 而且能夠分析患者骨折塊與骨折面關系， 方便醫護人員在分析過程中對三維重建骨折塊進行任意旋轉與組合， 充分反映出患者骨折塊之間的關系， 為臨床醫護人員在患者手術方案與固定方式等設計上提供參考依據。袁功武等[3]指出， 3D打印技術有利于臨床醫護人員術前模擬復位， 合理選擇并確定內固定材料， 即依據3D模型選擇適合患者病理解剖結構的鈦板， 并對鈦板做預彎與滅菌處理， 在手術開始后可直接應用鈦板， 避免手術過程中耗費過多時間選擇接骨板， 從而縮短手術治療時間。同時， 3D打印技術無需反復進行射線檢查， 臨床醫護人員在手術治療前均已結合患者的病情做出術前規劃， 在手術過程中可直接依據手術方案開展各項操作。因此， 術中無需反復多次的進行透視， 可顯著減少周圍軟組織的暴露次數與術中出血量。

此外， 3D打印技術應用于脛骨平臺骨折患者的臨床價值可體現在如下幾點：①患者骨折面與鈦板的貼合程度是保證內固定效果的關鍵， 應用3D打印技術可實現精確塑型的過程， 確保鈦板與骨折面之間的緊湊度達到最佳效果， 達到復位需要的力學強度， 并為周圍軟組織提供保護， 降低術后并發生癥的發生風險。②由于患者的骨折程度與類型各不相同， 在手術方案的制定上需要結合患者的實際病變情況。而3D模型有利于醫護人員全面觀察患者的骨折部位， 準確掌握患者脛骨骨折的實際情況， 進而制定出科學性與可行性更高的手術方案， 確保患者術后膝關節功能得以恢復。

綜上所述， 在脛骨平臺骨折患者中應用3D打印技術進行術前規劃， 并建立出相應的3D模型， 可促進手術效率的提升， 顯著縮短患者的手術時間并減少術中出血量， 確保患者治療后膝關節功能得以改善， 并有效預防術后并發癥的發生。

參考文獻

[1] 歐陽鴻瑋， 趙雪丹， 蔡平， 等. 傳統手術與應用3D打印技術后手術治療復雜脛骨平臺骨折的療效比較. 中國衛生標準管理， 2017， 8（16）：60-61.

[2] 李政， 盧啟貴， 黃東紅， 等. 3D打印技術結合虛擬手術與傳統手術在治療復雜脛骨平臺骨折的應用療效比較. 中國傷殘醫學， 2017， 25（10）：35-38.

[3] 袁功武， 聶宇， 劉曦明， 等. 3D打印技術輔助治療與傳統手術方法治療復雜脛骨平臺骨折的對比研究. 創傷外科雜志， 2018， 20（5）：10-14.

[4] 余光書， 許長鵬， 林焱斌， 等. 基于3D打印的虛擬手術設計在復雜脛骨平臺骨折內固定中的臨床效果觀察. 中國醫藥科學， 2017， 7（21）：181-183.

[5] 趙寧， 陳勁， 鐘華， 等. 3D打印技術輔助治療復雜脛骨平臺骨折的療效分析. 中國臨床新醫學， 2018， 11（5）：423-427.

[6] 趙寧， 陳勁， 鐘華， 等. 三柱理論結合3D打印技術在治療復雜脛骨平臺骨折中的應用. 中國醫藥指南， 2018， 16（10）：47-48.

[收稿日期：2019-10-22]

基金項目：東莞市社會科技發展（一般）項目（項目編號：201950715032943）

項目名稱：數字化3D打印技術在脛骨平臺骨折中的應用研究

作者單位：523000 東莞市塘廈醫院外四區骨科