3D打印技术在胸廓畸形矫形手术的临床应用研究

黎伟文　黄东海　黄代鸿　罗叶松

【摘要】 目的：探讨3D打印技术在胸廓畸形矫形手术的临床应用。方法：选取2016年2月-2018年2月本院收治的胸廓畸形（漏斗胸）患者100例。依据随机数字表法分为3D组和矫形组，各50例。矫形组给予常规手术治疗，3D组在此基础上给予3D打印技术辅助。比较两组术中出血量、手术时间、住院时间、并发症、Haller指数及优良率。结果：3D组术中出血量、手术时间、住院时间均少于矫形组，差异均有统计学意义（P<0.05）;两组并发症发生率比较，差异无统计学意义（P>0.05）;术后3、6个月，两组Haller指数均低于术前，且3D组均低于矫形组，差异均有统计学意义（P<0.05）;3D组治疗优良率明显高于矫形组（P<0.05）。结论：3D打印技术辅助可有效减少术中创伤，有利于提高手术疗效，且具有良好的安全性，值得临床做进一步推广。

【关键词】 3D打印技术; 胸廓畸形矫形手术; 并发症; 疗效

【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，本研究主要研究對象为漏斗胸病例，好发于儿童青少年群体，男女比例3︰1，其发病机制可能与肋骨生长协调有关，可导致患儿出现驼背、腹部凸出等特殊体型，严重影响儿童青少年的正常生活[1-2]。目前，微创漏斗胸矫形术（NUSS）是胸廓畸形常用的外科手术，该术式通过患者胸廓内放置钢板，从而达到矫正胸廓畸形的目的，但由于该术式操作复杂、难度较大，依赖术者经验，其术后效果难以预估[3]。有研究显示，3D打印技术是当今数字化医学技术研究的热点之一，能够建立各种手术的术前效果模型并进行模拟手术，有利于为患者提供全面的手术方案[4-6]。对此，本研究通过给予胸廓畸形患者3D打印技术辅以NUSS手术治疗，探讨其对胸廓畸形患者的临床应用效果，现报道如下。

1 资料与方法

1.1 一般资料 选取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）纳入标准：经临床症状、实验室、影像学或MRI等检查证实为胸廓畸形[7];无胸部手术治疗史;无精神病病史、无沟通障碍。（2）排除标准：妊娠及哺乳特殊人群;有血液系统、免疫系统、恶性肿瘤等严重性疾病;有心、肝、肾等严重性疾病;拒绝或终止本次研究者。依据随机数字表法分为3D组和矫形组，各50例。本次研究已经本院伦理委员会审批且通过，患者或其家属签署知情同意书。

1.2 方法

1.2.1 矫形组 给予常规NUSS手术治疗：术前患者取站立体位，分别标记胸部凹陷低点、两侧肋骨间隙钢板穿出入点（腋前线至锁骨中线），之后测量胸部凹陷最低点为中心的两侧腋中线距离，并依此数据选择适合的NUSS钢板。术中患者取平躺体位，上肢外展，于标记位置（腋前线至腋中线）做2.2 cm的切口，逐层切开，使游离肌肉与肋骨间隙可容纳固定片，用弯钳分离右侧肋间隙钢板穿入点，置入导引器至左侧穿出，将钢板逆行沿导引器隧道置入胸骨后，并利用翻转器翻转钢板，静待置5 min后使胸廓初步塑形，确认切口无漏气及明显出血后退出胸腔镜，调整钢板位置，置入固定片妥善固定钢板，动作应轻柔缓慢，术毕后逐层缝合切口，术后给予常规抗感染等处理。

1.2.2 3D组 在矫形组基础上给予3D打印技术辅助，即采用256排螺旋CT扫描患者胸部，并将数据传至后台存储形成CT图像信息，设置增强对比度，分类数据并设定多层阈值，分离前景数据得到软骨及硬骨像素信息，搜索特征度满足指定生长准则的数据，增长区域，实现二度筛选，采用高斯平滑处理表面，建立漏斗胸三维模型并输出文件，之后利用3D打印机的多喷嘴建模打印技术快速成型系统将三维模型堆积出来，实现胸部实体模型制作，并根据该模型的特点制定准确的手术方法，并进行模型手术评估畸形矫正效果，将正确的手术操作路径及方法实施在现实患者中，手术操作基本同矫形组。

1.3 观察指标及判定标准 比较两组术中出血量、手术时间、住院时间、并发症、Haller指数及优良率。（1）并发症包括切口渗液感染、少量气胸、钢板移位等症状。（2）Haller指数：CT片上，以漏斗最深点为测量平面，胸部冠状面内径值除以从漏斗最深点到脊柱前方的距离值，如不对称的漏斗胸，凹陷最低点不在脊柱前方，则在脊柱前方和凹陷最低点画两条水平线，按两线间的距离计算修正的Haller指数[8]。（3）优良情况：①经X线片检查胸骨无凹陷;②胸廓呈现饱满状态，弹性及伸展性均良好;③胸廓外观对称且无凹陷;④患者及其家属均满意。符合以上4项者为优，符合3项为良;符合2项为中;不符合或符合1项为差[9]。

1.4 统计学处理 使用SPSS 22.0软件对所得数据进行统计分析，计量资料用（x±s）表示，组间比较采用t检验，组内比较采用配对t检验;计数资料以率（%）表示，比较采用字2检验。以P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 两组基线资料比较 3D组男27例，女23例;年龄4～16岁，平均（10.66±5.34）岁;体质量指数（BMI）19.21～30.87 kg/m2，平均（23.56±5.68）kg/m2。矫形组男26例，女24例;年龄5～17岁，平均（11.63±5.37）岁;BMI值19.15～30.66 kg/m2，平均（23.48±5.58）kg/m2。两组一般资料比较，差异无统计学意义（P>0.05），具有可比性。

2.2 两组术中出血量、手术时间、住院时间比较 3D组术中出血量、手术时间、住院时间均少于矫形组，差异均有统计学意义（P<0.05），见表1。

2.3 两组并发症发生情况比较 两组并发症发生率比较，差异无统计学意义（字2=0.919，P=0.338），见表2。

2.4 两组术前及术后3、6个月Haller指数比较 术前，两组Haller指数比较，差异无统计学意义（P>0.05）;术后3、6个月，两组Haller指数均低于术前，且3D组均低于矫形组，差异均有统计学意义（P<0.05），见表3。

2.5 两组患者治疗优良情况比较 3D组患者治疗优良率明显高于矫形组，差异有统计学意义（字2=4.762，P=0.029），见表4。

3 讨论

胸廓畸形是小儿胸科的常见病，其发病机制尚无统一说法，可能与膈肌发育异常、呼吸道梗阻、胸骨和肋软骨发育障碍以及遗传因素等有关。若不及时治疗，可导致患儿驼背、发育不良等现象发生，甚至可累及患儿心脏、肺部等器官，严重影响患儿身体健康[10-12]。目前，临床主要通过矫形手术进行治疗胸廓畸形，给予患儿胸部置入钢板支撑可有效进行矫正，但该手术高度依赖医生的经验、临场发挥，加之手术过程难以精确塑形支撑钢板，导致部分患者对矫形效果不满意[13]。

而随着近年来医学技术的不断发展，3D打印技术在胸外科领域已被广泛应用，其机制是利用CT三维胸廓成像后，经过3D打印技术建立胸廓实体模型，有利于医生掌握患者的胸廓解剖情况和模拟手术操作，最终制定适合患者的最佳手术方案，从而达到理想的手术效果[14-17]。

本研究3D组术中出血量、手术时间、住院时间均少于矫形组（P<0.05）。李富涛等[18]研究证实3D打印技术能够提高颌骨重建的手术质量，表明3D打印技术辅助治疗可改善患者的围术期，这可能由于术前给予患者3D打印技术建立1︰1的胸廓实体模型，能够让医生更加直观和准确的观察解剖结构，并通过模拟手术能够及时发现问题，增加手术的精确性和安全性，减少手术创伤，继而降低了术中出血量和手术、住院时间。同时本研究还发现两组均有并发症，这可能由于该术式需行剥离骨面，器械穿透胸壁，术中难免会对患者造成一定的出血创伤，而少量气胸可能是胸腔镜入口漏入残留所致，机体可自行吸收，钢板移位可能是固定不稳或患者不当活动引起，但两者的并发症不明显且基本相同，提示该术式治疗具有良好的安全性，与孟祥鹏等[19]研究结论一致。术后3、6个月，两组Haller指数均低于术前，且3D组均低于矫形组（P<0.05），而柳鑫等[20]的研究证实了3D打印技术能够提高髋臼骨折的手术效果，侧面提示3D打印技术辅助治疗的塑形效果较好，其机制可能是医生通过3D重建进行模拟手术，能够术前设计置入矫形钢板的弧度及形状，从而提高钢板对胸廓畸形的支撐力，纠正畸形。此外，本研究还发现3D组治疗优良率明显高于矫形组（P<0.05），表明3D打印技术辅助治疗可提高患者的手术疗效，这可能与医生通过术前模拟策划并制定手术执行方案，并进行模拟操作，同时根据实体模型与家属和患者沟通最佳的矫形路径和病情知识，促使家属和患者配合有关。

综上所述，3D打印技术可有效减少术中创伤，减少术者经验依赖导致矫形效果的不确定性，有利于提高患者的手术疗效，且具有良好的安全性，值得临床做进一步推广。

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（收稿日期：2018-09-27） （本文编辑：董悦）