3D打印技术在复杂胫骨平台骨折手术中的临床应用研究
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【摘要】 目的 探析在复杂胫骨平台骨折手术中应用3D打印技术的临床效果。方法 40例复杂胫骨平台骨折患者作为研究对象， 依据手术治疗方案的不同分为常规手术组及3D模型组， 各20例。常规手术组治疗中做好常规术前准备并进行传统手术治疗， 3D模型组术前则通过3D模型进行术前规划并做好常规术前准备， 依据术前规划开展手术治疗。对比两组患者的手术指标（手术时间、术中出血量、术中透视次数）， 术前及术后6个月的膝关节功能（HSS）评分， 术后并发症发生情况。结果 3D模型组手术时间短于常规手术组， 术中出血量与术中透视次数少于常规手术组， 差异具有统计学意义 （P<0.05）。术后6个月， 两组患者的HSS评分均较本组术前升高， 且3D模型组升高程度优于常规手术组， 差异均具有统计学意义 （P<0.05）。3D模型组并发症发生率5.00%低于常规手术组的40.00%， 差异具有统计学意义 （P<0.05）。结论 在复杂胫骨平台骨折手术中应用3D打印技术， 可促进疗效提升， 为患者膝关节功能的恢复提供帮助。
【关键词】 3D打印技术;复杂胫骨平台骨折手术;临床应用
DOI：10.14163/j.cnki.11-5547/r.2020.11.029
据研究报道， 胫骨平台骨折通常由高能量损伤所致[1]， 即交通事故、高空坠落与直接暴力等因素使患者胫骨内外平台受力不均， 引发骨关节炎改变。以往临床在胫骨平台骨折患者治疗时主要采用CT、X线等二维图像资料对手术方案进行设计， 但这种方式下失败率相对较高。后经医疗领域相关学者的不断实践， 有学者发现3D打印技术可改变CT扫描数据的形式， 使其具备具体化的特点， 可通过直观的实物模型为术前规划的制定提供参考[2]。故此次研究， 本院在20例胫骨平台骨折患者手术中主要应用3D打印技术进行手术设计、建模与评估， 现详细分析结果如下。
1 资料与方法
1. 1 一般资料 在本院2017年1月～2018年3月期间收治的所有复杂胫骨平台骨折患者中选取40例作为此次研究对象。纳入标准：①患者入院后经CT、膝关节X射线等检查诊断为胫骨平台粉碎性骨折， 且患肢伴膝关节疼痛、肿胀等症状。②患者自愿加入研究， 并签署研究知情同意书。排除标准：①病理性骨折者。②合并重要脏器疾病者。依据手术治疗方案的不同分为常规手术组及3D模型组， 各20例。常规手术组：男11例， 女9例;年龄23～57岁， 平均年龄（38.34±6.28）岁;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模型组： 男9例， 女11例;年龄23～57岁， 平均年龄（38.42±6.23）岁;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。两组患者一般资料对比， 差异无统计学意义（P>0.05）， 具有可比性。
1. 2 治疗方法 常规手术组治疗中做好常规术前准备并进行传统手术治疗。3D模型组术前则通过3D模型进行术前规划并做好常规术前准备， 依据术前规划开展手术治疗， 具体方法为：对患者骨折部位进行CT扫描， 观察骨折情况后通过Minics软件对CT扫描数据做三维重建处理。同时， 使用3D打印技术依据1∶1的比例打印出骨折部位的骨折实体模型， 打印后验证并对骨折分型进行确认， 通过模拟手术操作确定最佳复位。对手术过程中患者骨折部位各血管神经位置与需显露位置之间的关系进行综合分析[3]， 依据分析结果决定手术使用的材料型号、规格等， 制定出相应的手术方案。
3D模型打印方法：在CT扫描时设置层厚为1 mm， 以DICOM格式保存扫描结果。在Mimics10.0软件中导入扫描结果， 以此建立3D模型。3D模型建立后保存为STL格式， 同时与3D快速打印机连接， 使用聚乳酸塑料打印3D模型， 制作出骨折实体模型。需注意， 骨折实体模型与骨折部位比例为1∶1。
1. 3 观察指标及判定标准 ①观察对比两组手术指标， 即手术时间、术中出血量与术中透视次数。②分别于术前、术后6个月对两组膝关节功能进行评估， 以HSS评分作为评估工具， 该量表中主要包含疼痛、活动度与功能等条目， 评分越高， 患者膝关节功能越好[4]。③观察并对比两组术后并发症发生情况。
1. 4 统计学方法 采用SPSS20.0统计学软件进行统计分析。计量资料以均数±标准差（ x-±s）表示， 采用t检验;计数资料以率（%）表示， 采用χ2检验。P<0.05表示差异具有统计学意义。
2 结果
2. 1 两组手术指标对比 3D模型组手术时间短于常规手术组， 术中出血量与术中透视次数少于常规手术组， 差异具有统计学意义 （P<0.05）。见表1。
2. 2 两组术前、术后6个月HSS评分对比 术前， 两组患者的HSS评分对比， 差异无统计学意义（P>0.05）; 术后6个月， 两组患者的HSS评分均较本组术前升高， 且3D模型组升高程度优于常规手术组， 差异均具有统计学意义 （P<0.05）。见表2。
2. 3 两组术后并发症发生情况对比 3D模型组并发症发生率5.00%低于常规手术组的40.00%， 差异具有统计学意义 （P<0.05）。见表3。
经临床观察发现， 胫骨平台骨折后不仅膝关节受损， 出现肿胀与肿痛等临床症状， 而且多合并软组织损伤。以往临床医护人员主要应用传统骨科手术为胫骨平台骨折患者进行治疗， 即术前通过个人经验对手术计划进行制定。然而， 在长期观察中， 有学者指出大部分主治医师习惯性通过人脑空想的方式设计手术方案[5]， 或是在此基础上结合二维图像[磁共振成像（MRI）与CT等]构思手術方案， 导致手术方案无法描述、反映出患者病理解剖结构与周围神经等软组织之间的关系。因此， 如何精确、标准的设计胫骨骨折平台患者手术方案是临床医护人员需要解决的一大难题。 近些年， 在我国医疗技术日益发展与成熟的背景下， 3D打印技术的出现拓宽了临床某些疾病的治疗途径， 并解决了传统骨科手术治疗中胫骨平台骨折患者手术方案可行性低的问题， 显著提升了手术治疗的准确性与安全性， 得到医疗工作者与患者的一致肯定。3D打印技术的应用原理是通过Dicom格式导出患者骨折部位的CT扫描结果， 在Mimics软件中输入结果并对构件做3D计算处理[6]， 最后打印出具有个体化特点的3D模型， 以便医护人员对患者骨折情況进行全面观察或准确测量， 制定出相应的手术方案。同时， 应用Mimics软件不仅能够重建骨折模型， 而且能够分析患者骨折块与骨折面关系， 方便医护人员在分析过程中对三维重建骨折块进行任意旋转与组合， 充分反映出患者骨折块之间的关系， 为临床医护人员在患者手术方案与固定方式等设计上提供参考依据。袁功武等[3]指出， 3D打印技术有利于临床医护人员术前模拟复位， 合理选择并确定内固定材料， 即依据3D模型选择适合患者病理解剖结构的钛板， 并对钛板做预弯与灭菌处理， 在手术开始后可直接应用钛板， 避免手术过程中耗费过多时间选择接骨板， 从而缩短手术治疗时间。同时， 3D打印技术无需反复进行射线检查， 临床医护人员在手术治疗前均已结合患者的病情做出术前规划， 在手术过程中可直接依据手术方案开展各项操作。因此， 术中无需反复多次的进行透视， 可显著减少周围软组织的暴露次数与术中出血量。
此外， 3D打印技术应用于胫骨平台骨折患者的临床价值可体现在如下几点：①患者骨折面与钛板的贴合程度是保证内固定效果的关键， 应用3D打印技术可实现精确塑型的过程， 确保钛板与骨折面之间的紧凑度达到最佳效果， 达到复位需要的力学强度， 并为周围软组织提供保护， 降低术后并发生症的发生风险。②由于患者的骨折程度与类型各不相同， 在手术方案的制定上需要结合患者的实际病变情况。而3D模型有利于医护人员全面观察患者的骨折部位， 准确掌握患者胫骨骨折的实际情况， 进而制定出科学性与可行性更高的手术方案， 确保患者术后膝关节功能得以恢复。
综上所述， 在胫骨平台骨折患者中应用3D打印技术进行术前规划， 并建立出相应的3D模型， 可促进手术效率的提升， 显著缩短患者的手术时间并减少术中出血量， 确保患者治疗后膝关节功能得以改善， 并有效预防术后并发症的发生。
参考文献
[1] 欧阳鸿玮， 赵雪丹， 蔡平， 等. 传统手术与应用3D打印技术后手术治疗复杂胫骨平台骨折的疗效比较. 中国卫生标准管理， 2017， 8（16）：60-61.
[2] 李政， 卢启贵， 黄东红， 等. 3D打印技术结合虚拟手术与传统手术在治疗复杂胫骨平台骨折的应用疗效比较. 中国伤残医学， 2017， 25（10）：35-38.
[3] 袁功武， 聂宇， 刘曦明， 等. 3D打印技术辅助治疗与传统手术方法治疗复杂胫骨平台骨折的对比研究. 创伤外科杂志， 2018， 20（5）：10-14.
[4] 余光书， 许长鹏， 林焱斌， 等. 基于3D打印的虚拟手术设计在复杂胫骨平台骨折内固定中的临床效果观察. 中国医药科学， 2017， 7（21）：181-183.
[5] 赵宁， 陈劲， 钟华， 等. 3D打印技术辅助治疗复杂胫骨平台骨折的疗效分析. 中国临床新医学， 2018， 11（5）：423-427.
[6] 赵宁， 陈劲， 钟华， 等. 三柱理论结合3D打印技术在治疗复杂胫骨平台骨折中的应用. 中国医药指南， 2018， 16（10）：47-48.
[收稿日期：2019-10-22]
基金项目：东莞市社会科技发展（一般）项目（项目编号：201950715032943）
项目名称：数字化3D打印技术在胫骨平台骨折中的应用研究
作者单位：523000 东莞市塘厦医院外四区骨科
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