案例:3D打印和虚拟仿真辅助治疗双柱髋臼骨折 

2020-06-03 11:09 发布

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来自中国和美国的一组研究人员已经使用3D打印创建了1:1比例的髋部骨折患者的骨盆模型,以辅助手术治疗双柱髋臼骨折。
在这项研究中,研究人员比较了根据物理3D打印的骨盆模型在术中对板进行仿形的传统方法与使用预轮廓板的方法。本文介绍了3D打印和虚拟仿真在髋臼双柱骨折的术前计划中的使用。
最终,研究人员假设3D打印可以帮助整形外科医生缩短时间并改善外科手术的临床效果。
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骨折碎片的3D模型。图片来自《中华医学杂志》

3D打印在外科手术中的作用
髋臼骨折是指“球窝”髋关节的窝部断裂。髋臼双柱骨折是指整个承重关节表面从sa关节脱离。研究人员解释说,它们是髋臼骨折中最严重,第二常见的类型。根据该论文,“涉及髋臼两列的所有髋臼骨折中约有21%需要良好的复位和稳定的内固定,以防止创伤后关节炎并获得出色的临床效果。”

然而,由于复杂的髋臼骨折类型和髋臼弯曲表面,对两列髋臼骨折的手术治疗已证明具有挑战性。髋臼骨折的传统手术仅限于少量的前路入路,并且在手术中需要对钢板进行仿形,这增加了手术时间以及失血量。

研究人员认为3d打印技术是帮助外科医生了解骨折碎片形状并模拟骨折复位的潜在途径,特别是在复杂的髋臼骨折中。作者补充说:“三维(3D)打印技术正在迅速发展,并且由于在设备和成本方面很容易获得,因此在临床应用中得到了广泛使用。”

3D打印可通过术前虚拟模拟,使用3D打印,1:1比例的骨盆模型进行钢板预成型,从而有助于髋臼双柱骨折的外科手术。在解释此过程的好处和局限性时,研究人员指出:“先前的研究表明,将3D打印技术应用于髋臼骨折的手术治疗可以显着减少手术时间和失血量,但无法获得明显更好的骨折复位效果。质量。”

研究人员认为,借助3D打印技术,整形外科医生将能够缩短手术时间,同时改善临床效果,如减少术后骨折的质量,髋关节功能和并发症发生率。
实际上,以前3D打印已在各种类型的髋关节手术中获得成功的应用。在2019年末,  LOGEEKs Medical Systems(MS)透露,其3D打印植入物已与髋关节植骨结合用于髋关节的重建修复手术中。在此之前一年,佛罗里达州的外科医生还进行了利用3D打印的植入髋关节置换手术从ConforMIS,总部设在马萨诸塞州的医疗技术公司。
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手术结果,显示了3D打印的植入物。图片来自LOGEEKs

3D打印更有效地治疗髋部骨折
为了开展研究,研究小组在2013年9月至2017年9月之间对40例被诊断为双柱髋臼骨折的患者进行了一项随机前瞻性病例对照研究。20位患者被分配到3D打印组,其他20位患者被分配使用块随机化的常规方法组。

用于骨折碎片的虚拟仿真和3d打印模型的方法涉及将每个患者骨盆的地形图像保存为医学数字成像和通信(DICOM)文件。然后将它们导入由Materialise开发的医学3D图像处理软件MIMICS。使用重新定位功能在解剖学上减少了骨折碎片,然后将其作为STL文件导出,并导入Materialize Magics软件中以进行固定和支撑生成。
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3D打印组中一种情况的图像。图片来自《中华医学杂志》

然后将最终的STL进行3D打印,并用于对手术板进行预轮廓处理,并使用3D打印的缩小型半骨盆模型测量螺钉的长度。在外科手术模拟之后,对预先轮廓化的解剖板和螺钉进行消毒,并用于髋臼外科手术。

通过评估结果,研究人员观察到虚拟仿真和3D打印是比常规技术更有效的方法来治疗髋臼双柱骨折:“我们发现3D打印组的术后骨折复位质量和髋关节功能降低明显优于传统方法组中的[...] 3D打印的缩小型半骨盆模型可能有助于解剖学上对钢板进行轮廓修复,从而获得良好的骨折复位质量和髋关节功能,并减少创伤性关节炎的风险[...]与传统方法组相比,3D打印组的手术时间,仪器安装时间和术中透视检查时间明显缩短,并且失血和输血明显少于传统方法组。”

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