胫骨平台骨折植入物内固定修复中3D打印技术的辅助应用

中国组织工程研究第20卷第13期2016–03–25出版ChineseJournalofTissueEngineeringResearchMarch25,2016Vol.20,No.13P.O.Box10002,Shenyang110180·研究原著·杨龙，男，1988年生，贵州省贵阳市人，汉族，2016年贵州医科大学毕业，硕士，医师，主要从事数字化骨科研究。通讯作者：叶川，博士，硕士生导师，主任医师，教授，贵州医科大学附属医院骨科，贵州省贵阳市550004中图分类号:R318文献标识码:A文章编号:2095-4344(2016)13-01904-07稿件接受：2016-01-14，王建吉1，孙琦1，李靖2，张俊标3，马敏先3，李江伟4，叶川4(1贵州医科大学，贵州省贵阳市550004；2贵州省再生医学重点实验室，贵州省贵阳市550004；贵州医科大学附属医院，3口腔科，4骨科，贵州省贵阳市550004)引用本文：杨龙，王建吉，孙琦，李靖，张俊标，马敏先，李江伟，叶川.胫骨平台骨折植入物内固定修复中3D打印技术的辅助应用[J].中国组织工程研究，2016，20(13):1904-1910.DOI:10.3969/j.issn.2095-4344.2016.13.011ORCID:0000-0001-5670-6289(叶川)文章快速阅读：文题释义：3D打印技术：是快速成型技术的一种，是以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可黏合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。3D打印技术在临床上为患者定制个性化假体植入物、手术导航模板、个性化支具等方面均有报道，为外科手术在个性化和精准化方面提供了选择。解剖型接骨板：由于患者个体在骨骼形态上及骨折的差异性，即使接骨板制造商将其规格型号分得足够细，其接骨板与骨骼表面的吻合性与螺钉的位置等并不理想，术前必须准备足够的、可能用到的接骨板型号和规格，即便如此仍出现解剖型接骨板“不解剖”，术中经常需要临时性再塑形，除非牺牲复位的正确性而迁就接骨板的形状。不仅增加了手术的操作难度，接骨板与骨表面的吻合性、内固定的稳定性和复位的正确性都难以保证。摘要背景：在胫骨平台骨折修复过程中，由于骨折形式多样化、解剖变化复杂、X射线片或三维CT平扫受到二维平面的局限，使得医生在术前计划和修复治疗时难度增大。3D打印技术在骨科的应用已引起重视。目的：探讨3D打印技术在胫骨平台骨折术前计划和修复过程中的辅助作用。方法：纳入30例胫骨平台粉碎性骨折患者，采用随机数字表法分为两组，试验组及对照组各15例。试验组经三维CT扫描，以DICOM格式储存，经Mimics软件处理，转换数据为可打印STL格式，通过熔融沉积型3D打印机，制作出1∶1实体大小的骨折模型，参照3D骨折模型制定修复方案。对照组患者常规参照影像学资料制定修复方案。比较两组患者的手术时间和术中出血量，并于治疗后12个月采用Rasmussen胫骨髁部骨折膝关节功能评分评定疗效。结果与结论：试验组患者通过对1∶1等比例的3D打印模型进行分析研究，明确骨折类型后均顺利完成术前制定的修复方案。试验组手术时间及术中出血量均少于对照组，差异有显著性意义(P0.05)。所有患者治疗后获得12-18个月随访，骨折愈合时间为3-5个月，平均4.3个月。治疗后12个月采用Rasmussen胫骨髁部骨折膝关节功能评分评定疗效，试验组治疗优良率显著高于对照组(P0.05)。提示3D打印骨折模型有助于精确制定内固定修复方案，使得胫骨平台骨折的修复治疗更加精确、个性和直观。关键词：骨科植入物；数字化骨科；胫骨平台骨折；3D打印；数字化建模；计算机辅助设计；个性化手术；术前计划；三维重建；国家自然科学基金3D打印技术在胫骨平台骨折修复前规划和治疗中的辅助应用将3D打印与数字化医学技术相结合，将患者CT数据导入Mimics软件。实现由患者CT数据到三维数字化模型，再到三维1∶1实体模型的转换。通过对1∶1等大3D打印骨折模型分析研究后均顺利完成术前制定的修复方案。治疗后12个月采用Rasmussen胫骨髁部骨折膝关节功能评分评定疗效，3D打印辅助治疗组治疗优良率显著高于对照组。杨龙，等.胫骨平台骨折植入物内固定修复中3D打印技术的辅助应用ISSN2095-4344CN21-1581/RCODEN:ZLKHAH1905:YeChuan,M.D.,Master’ssupervisor,Chiefphysician,Professor,DepartmentofOrthopedics,AffiliatedHospitalofGuizhouMedicalUniversity,Guiyang550004,GuizhouProvince,China主题词：胫骨；骨折；内固定器；组织工程基金资助：国家自然科学基金资助项目(81360232)；贵阳市科技局资助项目(GY20141001)Auxiliaryapplicationofthree-dimensionalprintingtechnologyofimplantfixationfortibialplateaufractureYangLong1,WangJian-ji1,SunQi1,LiJing2,ZhangJun-biao3,MaMin-xian3,LiJiang-wei4,YeChuan4(1GuizhouMedicalUniversity,Guiyang550004,GuizhouProvince,China;2GuizhouProvincialKeyLaboratoryofRegenerativeMedicine,Guiyang550004,GuizhouProvince,China;3DepartmentofStomatology,4DepartmentofOrthopedics,AffiliatedHospitalofGuizhouMedicalUniversity,Guiyang550004,GuizhouProvince,China)AbstractBACKGROUND:Inthetreatmentoftibialplateaufractures,becauseofthevarietyoffracture,thecomplexityofanatomicalchanges,X-rayfilmsorthree-dimensionalCTscanlimitedbytwo-dimensionalplane,increasesthedifficultyinpreoperativeplanandsurgicaltreatment.Theapplicationofthree-dimensional(3D)printingtechnologyhasattractedattentioninthedepartmentoforthopedics.OBJECTIVE:Toexploretheauxiliaryroleof3Dprintingtechniqueinpreoperativeplanandtreatmentfortibialplateaufractures.METHODS:Thirtypatientswithtibialplateaucomminutedfractureswereenrolledinthisstudyanddividedintotwogroups:experimentalandcontrolgroups,with15patientsineachgroup.Intheexperimentalgroup,patientsunderwent3DCTscan,whichwasstoredinDICOMformat,andprocessedbyMimicssoftware.DatawereconvertedintoSTLformat,entered3Dprinter,anda1:1entitysizeofthefracturemodelwasmade,inaccordancewithrepairplanof3Dfracturemodel.Operationtimeandintraoperativebloodlosswerecomparedbetweenthetwogroups.At12monthsaftertreatment,theiroutcomeswereassessedusingRasmussenevaluationcriteria.RESULTSANDCONCLUSION:The3Dprintingfracturemodelsof1:1ratioidentifiedfracturetypeandmadearepairprogrambeforesurgeryintheexperimentalgroup.Operationtimeandintraoperativebloodlossweresignificantlylessintheexperimentalgroupthaninthecontrolgroup(P0.05).Aftersurgery,patientswerefollowedupfor12to18months.Thehealingtimewas3-5months,averagely4.3months.At12monthsaftertreatment,theRasmussenevaluationcriteriaresultsshowedthattheexcellentandgoodratewassignificantlyhigherintheexperimentalgroupthaninthecontrolgroup(P0.05).Theseresultssuggestthatthefracturemodelof3Dcanhelptomaketheoperationplan.Thetreatmentoftibialplateaufracturesismoreprecise,personalizedandvisual.Subjectheadings:Tibia;Fractures,Bone;InternalFixators;TissueEngineeringFunding:theNationalNaturalScienceFoundationofChina,No.81360232;theProjectofGuiyangScienceandTechnologyBureau,No.GY20141001Citethisarticle:YangL,WangJJ,SunQ,LiJ,ZhangJB,MaMX,LiJW,YeC.Auxiliaryapplicationofthree-dimensionalprintingtechnologyofimplantfixationfortibialplateaufracture.ZhongguoZuzhiGongchengYanjiu.2016;20(13):1904-1910.0引言Introduction胫骨平台骨折是很常见的关节内骨折，大概占全身骨折的1%。近年来由于高能量损伤日益增多，胫骨平台骨折的发生率和骨折形式呈现逐年上升和多样化趋势，给治疗带来了难度[1-3]。关节内骨折的治疗关键是尽量实现关节面的解剖复位以避免创伤性关节炎所致的严重的功能障碍[4-5]，故制定精确和完善的修复方案显得尤为是重要。胫骨平台损伤的处理需同时兼顾骨折和软组织因素，修复方式的选择依赖于对骨折充