三维扫描与3D打印在原位股骨髁部骨折内固定中的修复对比及对固定方式、骨折复位的影响研究

1、三维扫描与3D打印在原位股骨髁部骨折内固定中的修复对比及对固定方式、骨折复位的影响研究文章亮点：1 股骨髁周围具有关节囊、韧带、肌肉及肌腱附着，骨折后常会造成上述组织牵拉，增加临床治疗难度，加强患者术前评估、选择合适的固定方式促进骨折复位有助于改善患者预后。2 将三维扫描联合3D打印技术用于原位股骨髁骨折患者中能获得良好的修复效果，能帮助患者选择合适的固定方式，利于骨折复位，能为临床原位股骨髁部骨折治疗提供方法。摘要背景：研究表明将三维扫描与3D打印用于原位股骨髁骨折患者中复位效果较好，能促进骨折部位愈合，减轻手术创伤，减少术中出血量，降低透视次数。目的：探讨三维扫描联合3D打印在原位股骨髁部

2、骨折内固定患者中的临床效果及对固定方式、骨折复位的影响。方法：选择2013年6月-2018年1月治疗的原位股骨髁骨折患者74例作为对象，随机数字表分为对照组（n=37）和观察组（n=37）。所有患者均行手术治疗，对照组在三维扫描下完成骨折内固定，观察组采用3D打印技术完成骨折内固定，术前采用Mimics软件对骨折部位进行重建、复位，采用3D打印技术打印模型完成术前设计。术后对患者进行12个月随访，比较两组手术参数、固定方式、关节功能、疼痛及术后并发症。结果和结论：观察组手术时间、骨折愈合时间、术中出血量、住院时间及透视照射次数，均短（少）于对照组（P0.05）；观察组手术后疼痛、功能、活动度、

3、肌力、稳定性及屈膝畸形评分，均高于对照组（P0.05）；将三维扫描联合3D打印技术用于原位股骨髁骨折患者中能获得良好的修复效果，能帮助患者选择合适的固定方式，利于骨折复位。关键词：原位股骨髁骨折；三维扫描；3D打印技术；复位效果；固定方式；关节功能；术后并发症；Mimics软件；透视次数；手术创伤主题词：原位股骨髁骨折；三维扫描；3D打印技术；Mimics软件；关节功能Comparison of three-dimensional scanning and 3D printing in the repair of in situ femoral condylar fracture and it

4、s effect on fixation and fracture reductionAbstractBACKGROUND: Studies have shown that 3D scanning and 3D printing are better for patients with in situ femoral condyle fractures, which can promote the healing of fracture sites, reduce surgical trauma, reduce intraoperative blood loss, and reduce the

5、 number of perspectives.OBJECTIVE: To investigate the clinical effect of three-dimensional scanning combined with 3D printing in patients with in situ femoral condylar fracture and its effect on fixation and fracture reduction.METHODS: Seventy-four patients with in situ femoral condyle fractures tre

6、ated from June 2013 to January 2018 were enrolled. The random number table was divided into control group (n=37) and observation group (n=37). All patients underwent surgical treatment. The control group underwent internal fixation with three-dimensional scanning. The observation group used 3D print

7、ing technology to complete the internal fixation of the fracture. The Mimics software was used to reconstruct and restore the fracture site. The 3D printing technique was used to print the model. Pre-design. The patients were followed up for 12 months. The surgical parameters, fixation, joint functi

8、on, pain and postoperative complications were compared between the two groups.RESULTS AND CONCLUSION: 1 The operation time, fracture healing time, intraoperative blood loss, hospitalization time and number of fluoroscopy exposure in the observation group were all shorter (less) than the control grou

9、p (P0.05). 3 Postoperative pain, function, mobility, muscle strength and stability in the observation group The scores of knee and knee deformity were higher than those of the control group (P0.05). 5 3D scanning combined with 3D printing technology for patients with in situ femoral condyle fracture

10、 can obtain good repair effect, can help patients choose the appropriate fixation method, which is conducive to fracture reduction.Key words: in situ femoral condyle fracture; three-dimensional scanning; 3D printing technique; reduction effect; fixation; joint function; postoperative complications;

11、Mimics software0引言 Introduction股骨髁骨折是临床上常见的骨科疾病，多数患者由于直接暴力引起，占全身骨折的4%。而原位股骨髁骨折是指首次发生的股骨髁骨折，而为发生移位，该类型骨折常波及关节面，影响下肢力线，使得临床多以内固定治疗为主1。但是，多数原位股骨髁骨折患者表现为不稳定、粉碎性骨折，再加上膝关节解剖结构的复杂性，增加临床治疗难度。临床研究表明：不恰当的复位方式不利于关节面软骨的修复，容易增加创伤性关节炎发生率，严重者可引起膝关节僵直和功能丧失2-3。三维扫描是医学影像处理中常用的方法，将CT或MRI图像利用DICOM合适导入并完成三维重建，能从多角度、多平面观

12、察骨折的骨折面，知晓骨折及其相互位置关系4-5。同时，三维扫描能知晓骨折的位置、骨折大小、体积等，能让患者确定固定方式，实现骨折复位、促进骨折愈合6。但是，三维扫描需要患者围术期在CT照射下进行，放射性较大，容易造成患者二次伤害7。3D打印技术是一项新技术，根据计算机辅助设计图样逐层完成实体模型的制造，利用生物高分子材料进行逐层叠覆，从而形成一个三维物体8-9。近年来，随着医疗技术、材料技术的不断发展，3D打印技术已经从工业过渡到医学中10。临床研究表明11：与单纯的影像学相比，3D打印技术允许医生在手术前直接打印出实体模型，并针对模型情况制定相应的手术方案，能让患者直接接触到自己的“骨头”，

13、能降低手术风险，知晓手术中注意事项，有助于提高手术成功率。但是，3D打印技术在原位股骨髁骨折患者中的应用效果及对固定方式及复位效果研究较少12。因此，因此，本文采取随机对照研究的方法，探讨三维扫描联合3D打印在原位股骨髁部骨折内固定患者中的临床效果及对固定方式、骨折复位的影响，报道如下。1对象和方法Subjectsandmethods设计：病例回顾性分析。时间及地点：于2013年6月-2018年1月在附属医院骨科完成。合肥市第一人民医院创伤骨科完成。对象：选择2013年6月-2018年1月治疗的原位股骨髁骨折患者74例作为对象，随机数字表分为对照组和观察组。对照组37例，男21例，女16例，年

14、龄（21-58）岁，平均（43.124.63）岁；受伤到手术时间（2-10）d，平均（5.310.63）d；受伤原因：高空坠落15例，交通伤20例，压砸伤2例；AO分型：C1型8例，C2型19例，C3型10例。观察组37例，男19例，女18例，年龄（20-59）岁，平均（44.534.69）岁；受伤到手术时间（2-11）d，平均（5.400.67）d；受伤原因：高空坠落16例，交通伤20例，压砸伤1例；AO分型：C1型10例，C2型20例，C3型7例。本研究获得医院伦理委员会批准，两组临床资料无统计学意义（P0.05）。纳入及排除标准：（1）纳入标准：符合股骨髁骨折诊断标准13，且患者均为原位

15、骨折，未发生移位；均行手术内固定治疗，术前完成三维扫描或3D打印扫描、检查；既往体健，病例资料完整，能执行医嘱完成检查及手术；（2）排除标准：合并其他部位骨折或伴有骨恶性肿瘤者；合并精神异常、凝血功能异常或伴有自身免疫系统疾病者；近期使用其他方法治疗或影响预后评估者。方法：所有患者均行手术治疗，对照组在三维扫描下完成骨折内固定。术前均对胫骨结节完成骨牵引，给予克氏针进行临时固定。术前采用CT扫描并完成Mimics重建，应用Brilliance64层螺旋CT（PHILIPS公司生产、提供）对患者进行扫描，结合每一位患者情况设置扫描参数：管电压120KV、管电流300mA，层厚2mm。将获得的CT

16、图像以DICOM格式导入Mimics软件中，完成CT重建（层厚1mm），并且利用不同的颜色对骨折块进行区分。建模完毕后在Mimics软件下进行旋转、移位，完成骨折块复位，给予克氏针或螺钉进行固定，贴合钛板并给予螺钉进行固定，尽可能让力线与对侧重建部位一致。同时，在三维扫描下评估骨折缺损部位、大小体积，制定准确术中方案，从多方向、不同角度观察内固定方向，避免存在重叠或无法置入14-15。手术方案制定完毕后对患者行硬膜外麻醉或全身麻醉，结合每一位患者情况选择合适的内固定方法，患者中髌前外侧入路10例，股骨外侧入路21例，后外侧入路6例。观察组：采用3D打印技术完成骨折内固定。术前对患者行股骨远端C

17、T检查，确定骨折的部位、骨折大小，加强患者身体评估，保证患者符合手术治疗适应证。对于软组织肿胀者，行胫骨结节或跟骨牵引等方法干预，待软组织恢复良好后再行手术治疗。将患者股骨髁CT数据以DICOM格式进行保存，并导入Mimics 17.0（比利时Materialise公司提供）中完成骨折模型的重建，在软件中模拟复位，并将复位后的模型数据导入3D打印技术打印机（型号SRP400B，常州华森医疗有限公司）根据1:1大小完成实物模型打印（见图1）16-17。图1 观察组3D打印技术打印实物模型Figure 1 Observation group 3D printing technology print

18、 physical model根据3D打印模型选择合适的钢板、螺钉完成骨折块的固定，及时发现内固定过程中可能出现的问题，确定无误后记录所选钢板的型号、螺钉数目、螺钉长度。所有患者均取仰卧位姿势，行全身麻醉或腰硬联合麻醉，手术医师与对照组相同，结合患者情况选择合适的手术入路，骨折部位复位满意后置入合适的钢板、螺钉，患者中髌前外侧入路12例，股骨外侧入路18例，后外侧入路7例。两组手术完毕后常规预防性使用抗生素，术后24-48h拔出引流管，术后2-3d完成股四头肌功能锻炼，1周后指导患者进行膝关节屈伸锻炼或下肢CPM机完成膝关节被动训练；术后对患者进行12个月随访18。观察指标： （1）手术参数。

19、统计并记录两组手术时间、骨折临床愈合时间、术中出血量、住院时间及透视照射次数。（2）固定方式。统计并记录两组“L”型髁钢板、动力髁螺钉、逆行交锁髓内钉、微创内固定系统病例数19。（3）关节功能。采用HSS量表分别从疼痛（30分）、功能（22分）、活动度（18分）、肌力（10分）、稳定性（10分）及屈膝畸形（10分）角度对患者手术前、术后12个月膝关节功能进行评估，分值越高，膝关节功能恢复越好20-21；（4）术后并发症。统计并记录两组术后异常愈合、关节粘连、固定物断裂、切口感染发生率。统计学处理 采用SPSS18.0软件处理，所有数据均符合正态分布，计数资料采用n（%）表示，行卡方检验，计量资

20、料采用（）表示，行t检验，P0.05提示有统计学意义。2结果Results2.1 参与者数量分析：按意向处理，纳入原位股骨髁骨折患者74例作为对象，全部进入结果分析，中途无脱落，流程图见图2。图1 试验流程图（图片文字应是股骨髁需要修改）Fig. 1 test flow chart2.2 两组手术指标比较 观察组手术时间、骨折愈合时间、术中出血量、住院时间及透视照射次数，均短（少）于对照组（P0.05），见表2。表2 两组固定方式比较n（%）Table 2 Comparison of two groups of fixed methods n (%)组别例数“L”型髁钢板动力髁螺钉逆行交锁髓内

21、钉微创内固定系统观察组376（16.22）7（18.92）12（32.43）12（32.43）对照组377（18.92）8（21.62）14（37.84）8（21.62）/1.3960.9821.2152.093P/0.0520.1380.2270.3522.4 两组关节功能比较 两组HSS关节功能评分比较差异无统计学意义（P0.05）；观察组手术后疼痛、功能、活动度、肌力、稳定性及屈膝畸形评分，均高于对照组（P0.05），见表3。表3 两组关节功能比较（分，）Table 3 Comparison of joint function between the two groups（score，）

22、组别疼痛功能活动度肌力稳定性屈膝畸形观察组手术前17.424.5115.233.5110.212.165.461.054.590.946.120.98术后12个月25.713.48ab19.882.14ab15.631.32ab8.511.03ab8.510.97ab9.740.32ab对照组手术前17.414.5015.222.3110.202.185.451.024.600.956.110.97术后12个月20.324.11b17.462.18b13.211.69b6.111.03b6.480.96b8.310.53bCompared with the control group, aP0

23、.05; compared with preoperative, bP0.05），见表4。表4 两组术后并发症比较n（%）Table 4 Comparison of postoperative complications between the two groups n(%)组别例数术后异常愈合关节粘连固定物断裂切口感染观察组371（2.70）0（0.00）1（2.70）1（2.70）对照组370（0.00）1（2.70）20（0.00）/1.3950.7822.1241.486P/0.0960.4260.5580.1583.讨论原位股骨髁骨折属于关节内骨折，对于复位的要求相对较高，需要达到解剖复位或近似解剖复位，再加上多数患者股骨髁旋转移位不一致，增加手术难度，不利于患者术后恢复22。三维扫描是原位股骨髁骨折患者术前常用的方法，利用三维扫描与重建能实现骨折块多角度观察，有助于确定骨折块的大小、方向及复位，从而评估内固定物是否能放置，实现术前规划，为患者制定详细的计划，利于患者恢复23。临床研究表明24：三维扫描用于原位股骨髁骨折患者内固定中有助于提高术中配合精度，缩