计算机辅助设计3D打印技术在复杂跟骨骨折治疗中的应用

时间:2017-12-01 作者:博学论文网
  【摘要】 目的 探讨计算机辅助设计3D 打印技术在复杂跟骨骨折治疗中的应用.方 法 回 顾 性 分 析2015年6月至2016年5月采用计算机辅助设计3D打印技术行手术治疗的5例SandersⅢ、Ⅳ型跟骨骨折患者资料.术前对双侧跟骨行双源薄层 CT扫描,应用计算机辅助镜面成像技术对患者健侧跟骨进行镜像处理,得到患侧跟骨受伤前形状.对比患侧跟骨受伤前后形态变化,应用计算机快速成型技术用3D打印机打印出患侧受 伤 前 后 模 型.选择合适大小的接骨板,在 受 伤 前 跟 骨模型上预塑形接骨板,并在骨折模型上模拟手术复位操作.记 录 手 术 时 间、复 位 情 况,比 较 手 术 前 后 Bohler角、Gissane角及美国足踝外科学会(AOFAS)踝-后足评分.结果 预塑形钢板与术中复位的跟骨匹配,手 术 时 间 缩 短,且减少了周围软组织损伤,无术后皮瓣并发症发生,患者术后恢复良好.手 术 前 后 Bohler角 分 别 为 7.7°±1.5°、27.9°±5.3°(t= -11.5,P<0.05),Gissane角分别为165.4°±11.2°、112.9°±5.5°(t=13.3,P<0.05);手术前后 AOFAS踝-后足评分分别为(17.9±2.5)分、(74.1±7.3)分(t=-23.1,P<0.05).结论 计算机辅 助 设 计 与3D 打印 技 术 结 合,可在术前直观地观察患者骨折移位情况,并精确定制个体化手术方案,提高手术精度与安全性.
 
  【关键词】 计算机辅助;3D打印;跟骨骨折

  足部骨折中跟骨骨折约占58%,其中关节内骨折约占75%,术前软组织处理及关节面精确复位对患者术后功能恢复有重要影响[1].临床上,应用计算机辅助设计3D打印技术打印出患侧受伤前后跟骨模型,可在术前预塑形钢板并作为术中复位参考[2-3].
 
  1资料与方法
 
  1.1一般资料
 
  2015年6月至2016年5月,选取我院5例闭合性跟骨骨折患者,其中SandersⅢ型3例,Ⅳ型2例,入院后均给予石膏固定、消肿、缓解疼痛,待软组织具备手术条件后(平均伤后8~16d)应用计算机辅助设计3D打印技术行手术治疗.
 
  1.2术前准备
 
  术前对双侧跟骨行双源CT薄层扫描(厚度为0.02mm,西门子SOMATOMDefinitionFlash)(图1),应用计算机辅助镜面成像技术对健侧跟骨进行镜像处理(图2、3)[4],利用3D打印软件(MaterialiseMIMICS15.0)将医学数字影像通信标准(DICOM)数据转换,通过3D打印机快速成型患侧受伤前后模型(每个跟骨成型需4h,1∶1)(图4),选择合适的接骨板在受伤前跟骨模型上预塑形(图5),同时在骨折模型上模拟手术复位,测量螺钉长度,选择合适的固定角度.该模型由聚乳酸及树脂材料制成,经低温消毒,可作为术中复位参考(图6)[5].
 



 
  1.3手术操作
 
  患者侧卧位,患侧在上,下肢上止血带,行L形切口,起自腓骨远端上方约1.5cm、腓骨后缘与跟腱前缘中心处,向下至掌侧与背侧皮肤交界处上方,弧形转向前方,止于第五跖骨基底部.全层切开皮瓣至跟骨骨膜下,保护皮瓣血运,紧贴骨面剥离皮瓣,整体翻转,显露跟骨外侧面及关节面.应用No-touch技术于腓骨远端、距骨、骰骨上钻入克氏针,固定皮瓣.术中避免使用拉钩,以免破坏皮瓣血供.骨折复位总体趋向于以术前模拟及术中受伤前跟骨模型作为参考,复位关节面.对于关节面破坏、压缩严重的跟骨骨折,为避免骨折复位后位置丢失,可进行自体骨、异体骨或人工骨植骨,如使用可吸收人工骨,则用量不易过多,以避免术后溶解、吸收过程中从切口皮瓣处渗出,从而影响切口皮瓣愈合,增加感染发生率[5].评估骨折复位角度,重建关节面平整后,将术前在受伤前跟骨模型上预塑形的接骨板置入预先设计好的位置,克氏针临时固定,选取提前测量好的锁定螺钉固定骨折块.常规放置负压引流,皮下单股可吸收缝线缝合,垂直及水平部分两端向中间间断缝合,调整针距,使L形皮瓣顶角皮下无张力,采用Donati-Allgower缝合法间断缝合皮肤,纱布加压包扎.术后抬高患肢,每日换药,保持切口干燥.若渗出较多,可行封闭负压引流.
 
  1.4术后疗效评价
 
  记录手术时间、复位情况,比较手术前后Bohler角、Gissane角及美国足踝外科学会(AOFAS)踝-后足评分.
 
  1.5统计学方法
 
  采用SPSS19.0软件完成统计学分析,数据采用t检验,P<0.05认为差异有统计学意义.
 
  2结果
 
  平均单侧跟骨3D快速成型时间为4h,手术时间为60~90min,平均78min.术后患者均无切口软组织并发症及复位丢失发生,功能恢复良好.手术前后Bohler角分别为7.7°±1.5°、27.9°±5.3°(t=-11.5,P<0.05),Gissane角分别为165.4°±11.2°、112.9°±5.5°(t=13.3,P<0.05).手术前后AOFAS踝-后足评分分别为(17.9±2.5)分、(74.1±7.3)分(t=-23.1,P<0.05).受伤前跟骨模型Bohler角(27.9°±4.6°)与术后Bohler角(27.9°±5.3°)无显着性差异(t=-0.28,P>0.05),受伤前跟骨模型Gissane角(113.2°±5.7°)与术后Gissane角(112.9°±5.5°)亦无显着性差异(t=-0.075,P>0.05).根据AOFAS踝-后足评分判断预后(满分100,优≥90分,良为75~89分,可为50~74分,差<50分),结果优良率为90%.
 
  3讨论
 
  3.1跟骨骨折治疗要点
 
  不涉及距下关节的跟骨骨折手术适应证:有较严重的压缩、移位、短缩和增宽畸形;存在跟骨体外侧壁剪切骨折块;跟骨粗隆后上骨折块分离≥1cm;前突骨折且发生疼痛性骨不连;鸟嘴型骨折.涉及距下关节的跟骨骨折手术适应证为后关节面塌陷和跟骨外侧壁外膨.因为该类跟骨骨折很难通过单纯手法复位达到治疗要求,所以对于关节内有不平整、台阶的跟骨骨折,尤其是存在关节内明显移位的SandersⅡ~Ⅳ型跟骨骨折,均应进行手术治疗.目前对于SandersⅡ~Ⅳ型跟骨骨折患者,首选切开复位内固定.
 
  手术时机对术后切口愈合十分重要,术区皮瓣软组织皱褶实验阳性为手术时机选择的重要参考指标,平均在伤后9d软组织肿胀明显减轻.
 
  重建跟骨解剖形态、恢复距下关节面平整为取得良好愈后的关键,难点在于纠正跟骨畸形,恢复跟骨高度、宽度和长度及Bolher角、Gissnae角.精确复位、内固定物选择及接骨板塑形对术者操作要求较高.
 
  3.2复杂跟骨骨折治疗难点
 
  跟骨外形不规则,因此SandersⅢ、Ⅳ型跟骨骨折形态多不规则,高能量损伤时跟骨内部可能存在严重的骨缺损、关节面塌陷,尤其是陈旧性跟骨骨折,解剖标志不清,因此骨折复位、固定较为困难.3D打印技术在临床中的应用对复杂跟骨骨折术前计划制定有重要意义[6].
 
  3.3计算机辅助设计3D打印技术临床应用
 
  目前计算机辅助设计3D打印技术在骨科领域发展迅速,通过计算机辅助设计、逆向工程软件分析[7]及3D打印技术可将肢体受伤前后实物模型呈现在术者面前,术前规划手术方式、模拟手术、选择大小合适的内固定物、对骨折进行个体化和精确化治疗可提高手术复位精度,改善愈后.该技术也可用于骨折畸形愈合后截骨矫形、椎弓根定位、关节置换导航模板制作及辅助切除骨肿瘤后肢体重建等,平面图像三维化对设计手术方式有重要的指导意义.计算机辅助设计3D打印技术逐渐成为骨外科领域重要技术手段,但目前对快速成型材料力学及生物相容性仍需进一步实验研究.而聚乳酸、树脂等不同材料制成的术中导航模具经不同方式消毒,其形变、力学强度各有优势,应根据不同手术方式选择相应材料种类及消毒方式.随着计算机辅助设计3D打印技术的普及和发展,该技术正逐渐成为术前设计及术中操作的主流技术[8],该技术通过逆向工程软件及图形工作站真实并等比例地建立跟骨骨折受伤前模型,有助于提高跟骨骨折手术疗效.跟骨中松质骨占绝大多数且外形不规则、本身形状复杂,受伤后骨折碎块嵌插和压缩、松质骨缺损,导致关节面破坏严重.传统的检查方法局限于二维空间,而应用计算机辅助设计3D打印技术可建立立体的骨折模型,但复原为受伤前的状态存在一定限制,对单侧跟骨骨折应用健侧跟骨成型镜像技术,还原骨折前患侧跟骨外形,是治疗中的新方向.然而,该技术对复杂双跟骨骨折存在一定的限制,且模型设计制作也增加了医疗成本[9].
 
  参考文献
 
  [1]谢雪涛.关节内骨折的治疗原则[J].国际骨科学杂志,2016,37(4):210-213.
  [2]杨晶,程奎,倪鹏辉,等.数字化快速成型技术在骨折畸形愈合个体化治疗的应用研究[J].中国骨与关节损伤杂志,2015,30(7):727-729.
  [3]杨晶,张丽娜,李飞,等.数字导航技术在成人CroweⅣ型髋关节发育不良手术治疗中的应用研究[J].中国骨与关节损伤杂志,2015,30(12):1233-1235.
  [4]AbdelazeemA,KhedrA,AbousayedM,etal.Managementofdisplacedintra-articularcalcanealfracturesusingthelimitedopensinustarsiapproachandfixationbyscrewsonlytechnique[J].IntOrthop,2014,38(3):601-606.
  [5]KozakiewiczM,ElgalalM,LobaP,etal.Clinicalapplicationof3Dpre-benttitaniumimplantsfororbitalfloorfractures[J].JCraniomaxillofacSurg,2009,37(4):229-234.
  [6]KlineAJ,AndersonRB,DavisWH,etal.Minimallyinvasivetechniqueversusanextensilelateralapproachforintra-articularcalcanealfractures[J].FootAnkleInt,2013,34(6):773-780.
  [7]章莹,李宝丰,王新宇,等.术前3D打印技术模拟复杂骨盆骨折手术提高疗效的可行性研究[J].中华创伤骨科杂志,2015,17(1):29-33.
  [8]潘伟,郝永强,严孟宁,等.个体化数字导板结合3D打印技术在旋转铰链型人工膝关节置换术中的应用[J].国际骨科学杂志,2015,36(3):231-234.
  [9]姜雨晨,陈雁西.3D打印技术在足踝外科的应用价值[J].国际骨科学杂志,2015,36(1):15-17.

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