CT薄層掃描數(shù)據(jù)輔助3D打印技術(shù)在閉合性跟骨骨折臨床治療中的應用價值探討*

陜西省延安市人民醫(yī)院骨外科(陜西 延安 716000)

劉治桓 吳浩華 王 忻 董 強

跟骨骨折為臨床骨科常見骨折類型，手術(shù)成為骨折患者的常用治療手段，可及時幫助患者恢復。跟骨解剖學結(jié)構(gòu)較為復雜和瀕臨組織骨骼韌帶軟組織關系密切，在手術(shù)中臨床對于跟骨骨折的診斷和處理較為困難，在手術(shù)前制定合理、科學的手術(shù)方案是保證患者手術(shù)成功的重要環(huán)節(jié)[1-3]。CT可在短時間內(nèi)獲得人體一定范圍的薄層圖像，可從多方位觀察骨折部位、類型等情況，為臨床制定手術(shù)方案提供相關影像學資料，但普通CT圖像缺乏立體性，無法評估手術(shù)器械的結(jié)合效能，而3D打印技術(shù)解決了這一難題[4]。為進一步探討CT薄層掃描數(shù)據(jù)輔助3D打印技術(shù)在閉合性跟骨骨折臨床治療中的應用價值，本研究收集23例跟骨骨折患者的臨床資料及影像學資料進行相關分析，現(xiàn)報道內(nèi)容如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料選取2017年4月至2018年2月我院收治的閉合性跟骨骨折患者23例。23例跟骨骨折患者中，男性患者15例，女性患者9例，年齡17～73歲，平均年齡(46.15±6.42)歲；23患者均具有明確外傷史：交通事故傷6例，墜落傷8例，意外摔傷或重物砸傷骨折3例，運動及其他傷6例。其中左側(cè)跟骨骨折者11例，右側(cè)跟骨骨折者12例。

1.2 方法

1.2.1 CT薄層掃描：CT設備采用西門子公司64排螺旋CT，被檢者采取仰臥位，CT掃描范圍包括整個足部。掃描參數(shù)：管電壓120KV，管電流200mA，層厚1mm，準直器為2.0×1.0，根據(jù)患者個人圖像情況調(diào)整窗寬、窗位。掃描數(shù)據(jù)進行刻錄DVD光盤處理，在安裝圖形工作站、醫(yī)學三維重建軟件Mimics14.0進行數(shù)據(jù)處理，應用美國MakerBot公司3D，準備后續(xù)3D模型打印。

1.2.2 CT三維重建及3D打?。汗钦郾覥T掃描數(shù)據(jù)傳入后臺計算機工作站，調(diào)整閾值進行三維重建，重建技術(shù)包括容積顯示技術(shù)(volume rendering technique，VR)、曲面重建(curved planar reformatting，CPR)、最大密度投影法(maximum intensity projection，MIP)等，也可根據(jù)患者個人情況進行光滑調(diào)整，選擇修正編輯后可將相鄰骨塊分離為獨立掩碼模塊，獲取患者骨折三維模型(見圖1)。隨后將三維重建數(shù)據(jù)變化為STL形式，將數(shù)據(jù)放入3D打印機軟件MakerBot，調(diào)整打印方位，點擊開始打印按鈕，獲得仿真1：1骨折模型。

1.2.3 骨折模型模擬手術(shù)：獲得仿真1：1骨折模型后，臨床醫(yī)生根據(jù)模型骨折情況，選擇鋼板，初步進行鋼板植入位置選擇，同時可對植入鋼板進行形態(tài)預處理，對于植入螺釘方向、數(shù)據(jù)進行記錄，討論最終方案。

1.3 手術(shù)及隨訪至最終手術(shù)時，將模擬手術(shù)中最佳鋼板位置、預塑形鋼板、螺釘方向和長度等參數(shù)應用于實際手術(shù)，完成內(nèi)置入。記錄手術(shù)時間，手術(shù)后常規(guī)處理并對23例患者進行定期隨訪、復查，隨訪方式包括電話、短信、微信隨訪、回院復查等。手術(shù)后第6個月采用美國足踝外科學會(AOFAS Ankle Hindfoot Scale，AOFAS)評分評估患者手術(shù)后踝關節(jié)功能情況[5]：優(yōu)：AOFAS90～100分；良：AOFAS75～89分；尚可：AOFAS50～74分；差：＜AOFAS50分。優(yōu)良率=優(yōu)+良。

1.4 統(tǒng)計學方法本研究均采用SPSS18.0統(tǒng)計軟件對所有數(shù)據(jù)進行檢驗，正態(tài)計量采用(±s)進行統(tǒng)計描述；計數(shù)資料等資料采用率和構(gòu)成比描述，以P＜0.05為數(shù)據(jù)差異具體統(tǒng)計學意義。

2 結(jié) 果

2.1 23例患者3D快速成型時間、手術(shù)時間23例患者1：1骨折模型3D快速成型時間為2.3～4.9小時，平均骨折模型3D快速成型時間(3.36±0.36)小時；手術(shù)時間59～97min，平均手術(shù)時間(74.36±10.36)min，見表1。

2.2 23例患者手術(shù)后踝關節(jié)功能恢復情況手術(shù)中實際應用螺釘長度及個數(shù)與3D打印模型模擬手術(shù)中基本一致，手術(shù)后，23例患者均未出現(xiàn)切口軟組織感染、復位丟失等情況(見圖1-2)。手術(shù)后第6個月AOFAS評分優(yōu)者14例(60.86%)，良8例(34.78%)，尚可1例(4.34%)，23例患者整體踝關節(jié)功能恢復良好，優(yōu)良率為95.65%。

3 討 論

表1 23例患者3D快速成型時間、手術(shù)時間

事實上，跟骨解剖學位置較為復雜，作為人體主要支撐部位，跟骨與毗鄰韌帶、軟組織相互影響，及時明確骨折部位對者盡早接受手術(shù)復位、固定治療意義重大，常規(guī)手術(shù)治療跟骨骨折手術(shù)時間較長，在手術(shù)方案選擇中，需要進行輔助檢查以獲取更多有效資料[6]。

X線是骨折的首選檢查手段，但X 線平片本質(zhì)為一類二維圖像，缺乏直觀及立體感，對于空間及高度的觀察存在局限性，而CT掃描彌補了X線平片的不足，CT成像主要利用精確準直的X線束，成像時間短，在跟骨骨折患者檢查中，CT不受層面外組織結(jié)構(gòu)影響、無重疊投影、后期通可對圖像進行薄層重建等優(yōu)勢，后重建成像技術(shù)可立體評估骨折的損傷程度，同時有效診斷復雜骨折[7]。CPR及VR是CT后期成像中常見的處理技術(shù)，CPR的圖像優(yōu)勢在于可對任意體積元資料進行相關重組，VR優(yōu)勢則為二維視圖至三維視圖的轉(zhuǎn)變，能夠360°觀察被檢部位，通過結(jié)合兩者的圖像，可進行骨折及相鄰骨塊情況評估，但有學者認為，CT薄層重建在制定出最合適的個性化手術(shù)方案及風險處置方案中，存在缺乏現(xiàn)實性因素，如無法與手術(shù)器械進行相關契合模擬預操作，而3D打印技術(shù)可彌補該不足[8]。

3D打印技術(shù)是在計算機操作下，根據(jù)被打印物體實際掃描數(shù)據(jù)，通過材料的精確3D立體堆積，在短時間內(nèi)快速制造等比例或任意比例的復雜形狀，該技術(shù)以廣泛運用于臨床治療[9]。徐冰冰[10]等學者采用3D打印術(shù)前設計和內(nèi)鏡技術(shù)應用于顴骨顴弓骨折復位固定手術(shù)的可行性及效果，在術(shù)前行CT掃描后將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為STL格式后，打印骨折模型和鏡像模型在模型，結(jié)果發(fā)現(xiàn)術(shù)前3D模型手術(shù)設計降低了內(nèi)鏡輔助下行顴弓骨折復位固定術(shù)的難度，提高了手術(shù)精準度，避免了頭皮冠狀切口，創(chuàng)傷小。既往學者采用3D打印手術(shù)導板結(jié)合橋接內(nèi)固定系統(tǒng)異型塊技術(shù)治療股骨復雜骨折，術(shù)后1個月隨訪見股骨骨折部均出現(xiàn)明顯骨痂生長[11]。Warden評分均為2分，認為3D打印手術(shù)導板結(jié)合橋接內(nèi)固定系統(tǒng)異型塊技術(shù)可夠順利完成股骨全長骨折固定，骨折段達到生物學固定。

圖1 手術(shù)前CT薄層外側(cè)位重建圖像示患者跟骨骨折。

圖2 手術(shù)后復位后外側(cè)面。

本組研究應用CT薄層掃描數(shù)據(jù)輔助3D打印技術(shù)在閉合性跟骨骨折中進行了手術(shù)治療，于23例患者手術(shù)前，進行了CT薄層掃描，獲取重建技術(shù)后，輔助3D打印技術(shù)打印1：1比例實體模型，根據(jù)1：1比例實體模型骨折情況，臨床醫(yī)生根據(jù)模型骨折情況，選擇鋼板，初步進行鋼板植入位置選擇，同時可對植入鋼板進行形態(tài)預處理。實際手術(shù)中，應用螺釘長度及個數(shù)與3D打印模型模擬手術(shù)中基本一致，3例患者均未出現(xiàn)切口軟組織感染、復位丟失等情況，表明CT薄層掃描數(shù)據(jù)輔助3D打印技術(shù)在幫助臨床進行方案制定可靠性較高。CT在初步選擇修正編輯的基礎上，可逐個將相鄰骨塊分離，將患者整個跟骨分為獨立掩碼模塊，即后在計算機后臺將獲得的三維重建數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)化為STL形式，即可進行模型打印，3D模型相對于單純重建技術(shù)圖像的優(yōu)勢在于在虛擬圖像與現(xiàn)實隔骨折情況之間架設了一座橋梁，可縮短下級醫(yī)師的學習曲線，本組研究中，23例患者1：1骨折模型3D快速成型時間為2.3～4.9小時，平均骨折模型3D快速成型時間(3.36±0.36)小時，平均手術(shù)時間(74.36±10.36)min，23例患者整體踝關節(jié)功能恢復良好，優(yōu)良率為95.65%，CT薄層掃輔助3D打印技術(shù)能進一步表明優(yōu)化模擬手術(shù)與實際術(shù)中鋼板良好匹配率，降低臨床醫(yī)生對谷歌分型、空間形態(tài)認知不足率，縮短手術(shù)操作時間[12]。

綜上所述，CT薄層掃描數(shù)據(jù)輔助3D打印技術(shù)可幫助臨床早期進行閉合性跟骨骨折手術(shù)模擬及方案制定，提高手術(shù)精度與安全性。