3D打印技術(shù)在胸廓畸形矯形手術(shù)的臨床應(yīng)用研究

黎偉文　黃東?！↑S代鴻　羅葉松

【摘要】 目的：探討3D打印技術(shù)在胸廓畸形矯形手術(shù)的臨床應(yīng)用。方法：選取2016年2月-2018年2月本院收治的胸廓畸形（漏斗胸）患者100例。依據(jù)隨機(jī)數(shù)字表法分為3D組和矯形組，各50例。矯形組給予常規(guī)手術(shù)治療，3D組在此基礎(chǔ)上給予3D打印技術(shù)輔助。比較兩組術(shù)中出血量、手術(shù)時(shí)間、住院時(shí)間、并發(fā)癥、Haller指數(shù)及優(yōu)良率。結(jié)果：3D組術(shù)中出血量、手術(shù)時(shí)間、住院時(shí)間均少于矯形組，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.05）;兩組并發(fā)癥發(fā)生率比較，差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P>0.05）;術(shù)后3、6個(gè)月，兩組Haller指數(shù)均低于術(shù)前，且3D組均低于矯形組，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.05）;3D組治療優(yōu)良率明顯高于矯形組（P<0.05）。結(jié)論：3D打印技術(shù)輔助可有效減少術(shù)中創(chuàng)傷，有利于提高手術(shù)療效，且具有良好的安全性，值得臨床做進(jìn)一步推廣。

【關(guān)鍵詞】 3D打印技術(shù); 胸廓畸形矯形手術(shù); 并發(fā)癥; 療效

【Abstract】 Objective：To discuss the clinical application of 3D printing technology in thoracic deformity correction surgery.Method：A total of 100 patients with thoracic malformation（pectus excavatum）admitted to our hospital from February 2016 to February 2018 were selected.According to the random number table method，they were divided into 3D group and orthopaedic group，50 cases in each group.The orthopaedic group was treated with routine surgery，the 3D group was assisted by 3D printing technology.The intraoperative bleeding volume，operation time，hospitalization time，complications，Haller index，excellent and good rate between two groups were compared.Result：The intraoperative bleeding volume，operation time and hospitalization time in 3D group were less than those of orthopaedic group，the differences were statistically significant（P<0.05）.The incidence of complications in two groups was compared，the difference was not statistically significant（P>0.05）.At 3 and 6 months after operation，the Haller index in both groups were lower than those of before operation，and 3D group were lower than those of orthopaedic group，the differences were statistically significant（P<0.05）.The excellent and good rate of treatment in 3D group was significantly higher than that of orthopaedic group（P<0.05）.Conclusion：3D printing technology can effectively reduce intraoperative trauma，improve surgical efficacy，and has good safety，which is worthy of further clinical promotion.

【Key words】 3D printing technology; Thoracic deformity correction surgery; Complication; Curative effect

First-authors address：The Hospital of Traditional Chinese Medicine in Zhongshan City，Zhongshan 528400，China

doi：10.3969/j.issn.1674-4985.2019.13.026

胸廓畸形是指胸廓凹陷或隆起的先天性胸廓畸形，本研究主要研究對(duì)象為漏斗胸病例，好發(fā)于兒童青少年群體，男女比例3︰1，其發(fā)病機(jī)制可能與肋骨生長(zhǎng)協(xié)調(diào)有關(guān)，可導(dǎo)致患兒出現(xiàn)駝背、腹部凸出等特殊體型，嚴(yán)重影響兒童青少年的正常生活[1-2]。目前，微創(chuàng)漏斗胸矯形術(shù)（NUSS）是胸廓畸形常用的外科手術(shù)，該術(shù)式通過(guò)患者胸廓內(nèi)放置鋼板，從而達(dá)到矯正胸廓畸形的目的，但由于該術(shù)式操作復(fù)雜、難度較大，依賴(lài)術(shù)者經(jīng)驗(yàn)，其術(shù)后效果難以預(yù)估[3]。有研究顯示，3D打印技術(shù)是當(dāng)今數(shù)字化醫(yī)學(xué)技術(shù)研究的熱點(diǎn)之一，能夠建立各種手術(shù)的術(shù)前效果模型并進(jìn)行模擬手術(shù)，有利于為患者提供全面的手術(shù)方案[4-6]。對(duì)此，本研究通過(guò)給予胸廓畸形患者3D打印技術(shù)輔以NUSS手術(shù)治療，探討其對(duì)胸廓畸形患者的臨床應(yīng)用效果，現(xiàn)報(bào)道如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料 選取2016年2月-2018年2月本院收治的胸廓畸形（漏斗胸）患者100例。

（1）納入標(biāo)準(zhǔn)：經(jīng)臨床癥狀、實(shí)驗(yàn)室、影像學(xué)或MRI等檢查證實(shí)為胸廓畸形[7];無(wú)胸部手術(shù)治療史;無(wú)精神病病史、無(wú)溝通障礙。（2）排除標(biāo)準(zhǔn)：妊娠及哺乳特殊人群;有血液系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)、惡性腫瘤等嚴(yán)重性疾病;有心、肝、腎等嚴(yán)重性疾病;拒絕或終止本次研究者。依據(jù)隨機(jī)數(shù)字表法分為3D組和矯形組，各50例。本次研究已經(jīng)本院倫理委員會(huì)審批且通過(guò)，患者或其家屬簽署知情同意書(shū)。

1.2 方法

1.2.1 矯形組 給予常規(guī)NUSS手術(shù)治療：術(shù)前患者取站立體位，分別標(biāo)記胸部凹陷低點(diǎn)、兩側(cè)肋骨間隙鋼板穿出入點(diǎn)（腋前線(xiàn)至鎖骨中線(xiàn)），之后測(cè)量胸部凹陷最低點(diǎn)為中心的兩側(cè)腋中線(xiàn)距離，并依此數(shù)據(jù)選擇適合的NUSS鋼板。術(shù)中患者取平躺體位，上肢外展，于標(biāo)記位置（腋前線(xiàn)至腋中線(xiàn)）做2.2 cm的切口，逐層切開(kāi)，使游離肌肉與肋骨間隙可容納固定片，用彎鉗分離右側(cè)肋間隙鋼板穿入點(diǎn)，置入導(dǎo)引器至左側(cè)穿出，將鋼板逆行沿導(dǎo)引器隧道置入胸骨后，并利用翻轉(zhuǎn)器翻轉(zhuǎn)鋼板，靜待置5 min后使胸廓初步塑形，確認(rèn)切口無(wú)漏氣及明顯出血后退出胸腔鏡，調(diào)整鋼板位置，置入固定片妥善固定鋼板，動(dòng)作應(yīng)輕柔緩慢，術(shù)畢后逐層縫合切口，術(shù)后給予常規(guī)抗感染等處理。

1.2.2 3D組 在矯形組基礎(chǔ)上給予3D打印技術(shù)輔助，即采用256排螺旋CT掃描患者胸部，并將數(shù)據(jù)傳至后臺(tái)存儲(chǔ)形成CT圖像信息，設(shè)置增強(qiáng)對(duì)比度，分類(lèi)數(shù)據(jù)并設(shè)定多層閾值，分離前景數(shù)據(jù)得到軟骨及硬骨像素信息，搜索特征度滿(mǎn)足指定生長(zhǎng)準(zhǔn)則的數(shù)據(jù)，增長(zhǎng)區(qū)域，實(shí)現(xiàn)二度篩選，采用高斯平滑處理表面，建立漏斗胸三維模型并輸出文件，之后利用3D打印機(jī)的多噴嘴建模打印技術(shù)快速成型系統(tǒng)將三維模型堆積出來(lái)，實(shí)現(xiàn)胸部實(shí)體模型制作，并根據(jù)該模型的特點(diǎn)制定準(zhǔn)確的手術(shù)方法，并進(jìn)行模型手術(shù)評(píng)估畸形矯正效果，將正確的手術(shù)操作路徑及方法實(shí)施在現(xiàn)實(shí)患者中，手術(shù)操作基本同矯形組。

1.3 觀(guān)察指標(biāo)及判定標(biāo)準(zhǔn) 比較兩組術(shù)中出血量、手術(shù)時(shí)間、住院時(shí)間、并發(fā)癥、Haller指數(shù)及優(yōu)良率。（1）并發(fā)癥包括切口滲液感染、少量氣胸、鋼板移位等癥狀。（2）Haller指數(shù)：CT片上，以漏斗最深點(diǎn)為測(cè)量平面，胸部冠狀面內(nèi)徑值除以從漏斗最深點(diǎn)到脊柱前方的距離值，如不對(duì)稱(chēng)的漏斗胸，凹陷最低點(diǎn)不在脊柱前方，則在脊柱前方和凹陷最低點(diǎn)畫(huà)兩條水平線(xiàn)，按兩線(xiàn)間的距離計(jì)算修正的Haller指數(shù)[8]。（3）優(yōu)良情況：①經(jīng)X線(xiàn)片檢查胸骨無(wú)凹陷;②胸廓呈現(xiàn)飽滿(mǎn)狀態(tài)，彈性及伸展性均良好;③胸廓外觀(guān)對(duì)稱(chēng)且無(wú)凹陷;④患者及其家屬均滿(mǎn)意。符合以上4項(xiàng)者為優(yōu)，符合3項(xiàng)為良;符合2項(xiàng)為中;不符合或符合1項(xiàng)為差[9]。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理 使用SPSS 22.0軟件對(duì)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，計(jì)量資料用（x±s）表示，組間比較采用t檢驗(yàn)，組內(nèi)比較采用配對(duì)t檢驗(yàn);計(jì)數(shù)資料以率（%）表示，比較采用字2檢驗(yàn)。以P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 兩組基線(xiàn)資料比較 3D組男27例，女23例;年齡4～16歲，平均（10.66±5.34）歲;體質(zhì)量指數(shù)（BMI）19.21～30.87 kg/m2，平均（23.56±5.68）kg/m2。矯形組男26例，女24例;年齡5～17歲，平均（11.63±5.37）歲;BMI值19.15～30.66 kg/m2，平均（23.48±5.58）kg/m2。兩組一般資料比較，差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P>0.05），具有可比性。

2.2 兩組術(shù)中出血量、手術(shù)時(shí)間、住院時(shí)間比較 3D組術(shù)中出血量、手術(shù)時(shí)間、住院時(shí)間均少于矯形組，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.05），見(jiàn)表1。

2.3 兩組并發(fā)癥發(fā)生情況比較 兩組并發(fā)癥發(fā)生率比較，差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（字2=0.919，P=0.338），見(jiàn)表2。

2.4 兩組術(shù)前及術(shù)后3、6個(gè)月Haller指數(shù)比較 術(shù)前，兩組Haller指數(shù)比較，差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P>0.05）;術(shù)后3、6個(gè)月，兩組Haller指數(shù)均低于術(shù)前，且3D組均低于矯形組，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.05），見(jiàn)表3。

2.5 兩組患者治療優(yōu)良情況比較 3D組患者治療優(yōu)良率明顯高于矯形組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（字2=4.762，P=0.029），見(jiàn)表4。

3 討論

胸廓畸形是小兒胸科的常見(jiàn)病，其發(fā)病機(jī)制尚無(wú)統(tǒng)一說(shuō)法，可能與膈肌發(fā)育異常、呼吸道梗阻、胸骨和肋軟骨發(fā)育障礙以及遺傳因素等有關(guān)。若不及時(shí)治療，可導(dǎo)致患兒駝背、發(fā)育不良等現(xiàn)象發(fā)生，甚至可累及患兒心臟、肺部等器官，嚴(yán)重影響患兒身體健康[10-12]。目前，臨床主要通過(guò)矯形手術(shù)進(jìn)行治療胸廓畸形，給予患兒胸部置入鋼板支撐可有效進(jìn)行矯正，但該手術(shù)高度依賴(lài)醫(yī)生的經(jīng)驗(yàn)、臨場(chǎng)發(fā)揮，加之手術(shù)過(guò)程難以精確塑形支撐鋼板，導(dǎo)致部分患者對(duì)矯形效果不滿(mǎn)意[13]。

而隨著近年來(lái)醫(yī)學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，3D打印技術(shù)在胸外科領(lǐng)域已被廣泛應(yīng)用，其機(jī)制是利用CT三維胸廓成像后，經(jīng)過(guò)3D打印技術(shù)建立胸廓實(shí)體模型，有利于醫(yī)生掌握患者的胸廓解剖情況和模擬手術(shù)操作，最終制定適合患者的最佳手術(shù)方案，從而達(dá)到理想的手術(shù)效果[14-17]。

本研究3D組術(shù)中出血量、手術(shù)時(shí)間、住院時(shí)間均少于矯形組（P<0.05）。李富濤等[18]研究證實(shí)3D打印技術(shù)能夠提高頜骨重建的手術(shù)質(zhì)量，表明3D打印技術(shù)輔助治療可改善患者的圍術(shù)期，這可能由于術(shù)前給予患者3D打印技術(shù)建立1︰1的胸廓實(shí)體模型，能夠讓醫(yī)生更加直觀(guān)和準(zhǔn)確的觀(guān)察解剖結(jié)構(gòu)，并通過(guò)模擬手術(shù)能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，增加手術(shù)的精確性和安全性，減少手術(shù)創(chuàng)傷，繼而降低了術(shù)中出血量和手術(shù)、住院時(shí)間。同時(shí)本研究還發(fā)現(xiàn)兩組均有并發(fā)癥，這可能由于該術(shù)式需行剝離骨面，器械穿透胸壁，術(shù)中難免會(huì)對(duì)患者造成一定的出血?jiǎng)?chuàng)傷，而少量氣胸可能是胸腔鏡入口漏入殘留所致，機(jī)體可自行吸收，鋼板移位可能是固定不穩(wěn)或患者不當(dāng)活動(dòng)引起，但兩者的并發(fā)癥不明顯且基本相同，提示該術(shù)式治療具有良好的安全性，與孟祥鵬等[19]研究結(jié)論一致。術(shù)后3、6個(gè)月，兩組Haller指數(shù)均低于術(shù)前，且3D組均低于矯形組（P<0.05），而柳鑫等[20]的研究證實(shí)了3D打印技術(shù)能夠提高髖臼骨折的手術(shù)效果，側(cè)面提示3D打印技術(shù)輔助治療的塑形效果較好，其機(jī)制可能是醫(yī)生通過(guò)3D重建進(jìn)行模擬手術(shù)，能夠術(shù)前設(shè)計(jì)置入矯形鋼板的弧度及形狀，從而提高鋼板對(duì)胸廓畸形的支撐力，糾正畸形。此外，本研究還發(fā)現(xiàn)3D組治療優(yōu)良率明顯高于矯形組（P<0.05），表明3D打印技術(shù)輔助治療可提高患者的手術(shù)療效，這可能與醫(yī)生通過(guò)術(shù)前模擬策劃并制定手術(shù)執(zhí)行方案，并進(jìn)行模擬操作，同時(shí)根據(jù)實(shí)體模型與家屬和患者溝通最佳的矯形路徑和病情知識(shí)，促使家屬和患者配合有關(guān)。

綜上所述，3D打印技術(shù)可有效減少術(shù)中創(chuàng)傷，減少術(shù)者經(jīng)驗(yàn)依賴(lài)導(dǎo)致矯形效果的不確定性，有利于提高患者的手術(shù)療效，且具有良好的安全性，值得臨床做進(jìn)一步推廣。

參考文獻(xiàn)

[1] Sengul A T，Sahin B，Celenk C，et al.The effect of minimally in vasive surgical repair on the lung volumes of patients with pectus excavatum[J].Thorac Cardiovasc Surg，2014，62（3）：226-230.

[2] Ramos Mejía R，del Pino M，Obregón M G，et al.Clinical，radiological and auxologic long-term evolution of 8 children with asphyxiating thoracic dysplasia[J].Arch Argent Pediatr，2015，113（6）：e357-e362.

[3]吳家寶，鐘金慧，鄧江波，等.微創(chuàng)Nuss手術(shù)在胸壁畸形治療中的臨床應(yīng)用研究[J].中國(guó)醫(yī)學(xué)創(chuàng)新，2016，13（18）：105-108.

[4]王雅輝，劉正蓬，褚立，等.計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)聯(lián)合3D打印技術(shù)在胸腰椎骨折椎弓根螺釘置入術(shù)中的應(yīng)用[J].山東醫(yī)藥，2018，58（16）：64-66.

[5]鄧愛(ài)文，熊日波，何偉明，等.髖臼骨折中應(yīng)用3D打印技術(shù)術(shù)后的康復(fù)策略[J].南方醫(yī)科大學(xué)學(xué)報(bào)，2014，34（4）：591-593.

[6]何志勇，張擎柱，林影影，等.傳統(tǒng)手術(shù)與應(yīng)用3D打印技術(shù)后手術(shù)治療復(fù)雜脛骨平臺(tái)骨折的療效比較[J].中國(guó)矯形外科雜志，2016，24（8）：682-686.

[7] Koumbourlis A C.Chest wall abnormalities and their clinical significance in childhood[J].Paediatr Respir Rev，2014，15（3）：246-254.

[8]張建新，羅平，包錚.非胸腔鏡輔助改良Nuss手術(shù)矯治漏斗胸的臨床分析[J].中國(guó)臨床研究，2015，28（1）：64-66.

[9]黎偉文，楊家恒.3D打印技術(shù)在非對(duì)稱(chēng)性漏斗胸手術(shù)的臨床應(yīng)用[J].中國(guó)醫(yī)學(xué)創(chuàng)新，2016，13（35）：127-131.

[10] Johnson W R，F(xiàn)edor D，Singhal S.Systematic review of surgical treatment techniques for adult and pediatric patients with pectus excavatum[J].J Cardiothorac Surg，2014，9（1）：1-13.

[11] Chiummariello S，Pica A，Guarro G，et al.Poland syndrome：an algorithm to select the appropriate chest wall surgical reconstructive treatment[J].Ann Ital Chir，2014，85（3）：237-243.

[12]鐘偉弘，葉金鐸，劉吉福，等.漏斗胸微創(chuàng)矯形手術(shù)的生物力學(xué)研究進(jìn)展[J].醫(yī)用生物力學(xué)，2015，30（3）：280-284.

[13]白潔，閆天生.Nuss微創(chuàng)手術(shù)治療漏斗胸的現(xiàn)狀及進(jìn)展[J].中國(guó)微創(chuàng)外科雜志，2015，15（8）：752-754，758.

[14]黃華軍，張國(guó)棟，歐陽(yáng)漢斌，等.基于3D打印技術(shù)的復(fù)雜脛骨平臺(tái)骨折內(nèi)固定手術(shù)數(shù)字化設(shè)計(jì)[J].南方醫(yī)科大學(xué)學(xué)報(bào)，2015，35（2）：218-222.

[15]盧笛，蔡開(kāi)燦.3D打印技術(shù)在胸外科領(lǐng)域中的應(yīng)用進(jìn)展[J].實(shí)用醫(yī)學(xué)雜志，2017，33（12）：1901-1903.

[16]姜睿.三維重建及3D打印在胸外科的應(yīng)用[J].青島大學(xué)醫(yī)學(xué)院學(xué)報(bào)，2017，53（5）：625-627，630.

[17]楊泗華，張翔，于一凡，等.3D打印輔助經(jīng)后路椎弓根釘棒內(nèi)固定治療強(qiáng)直性脊柱炎合并胸腰段椎體骨折的臨床應(yīng)用研究[J].中國(guó)數(shù)字醫(yī)學(xué)，2016，11（7）：77-80，87.

[18]李富濤，李焰，馬杰，等.計(jì)算機(jī)輔助虛擬手術(shù)設(shè)計(jì)結(jié)合3D打印技術(shù)在頜骨重建的應(yīng)用研究[J].創(chuàng)傷外科雜志，2017，19（9）：657-661.

[19]孟祥鵬，張建卿，王慶志，等.計(jì)算機(jī)影像數(shù)據(jù)心臟三維重建及3D打印技術(shù)研究[J].中國(guó)心血管病研究，2015，13（12）：1136-1138，1152.

[20]柳鑫，曾參軍，盧鍵森，等.3D打印計(jì)算機(jī)虛擬輔助技術(shù)在髖臼骨折術(shù)前規(guī)劃中的應(yīng)用[J].南方醫(yī)科大學(xué)學(xué)報(bào)，2017，37（3）：378-382.

（收稿日期：2018-09-27） （本文編輯：董悅）