3D打印技术在颈椎手术术前谈话及手术中的应用

刘 军，郝申申，刘志斌，姬小娜，康 凯，王 飞，刘延雄，贺永进

术前谈话是为了让患者及家属对所患疾病情况和手术治疗目的及意义进行了解，使医患双方的意见达到统一所进行的一项必不可少的医患沟通行为，是手术成功实施的前提条件。同时，术前谈话也是医患双方获取自我保护，预防医疗纠纷的关键步骤，在患者维权意识不断增强的今天，日益显示出其重要性[1]。颈椎不仅解剖结构复杂，手术操作难度也较大。以往在进行颈椎手术术前谈话、手术规划及手术操作时，多以患者自身的影像学资料如X线、CT、MRI等为主要媒介。平面图像显示信息有限，术前谈话不仅耗时，沟通效果不理想。而且术前规划及手术操作存在较大的难度。延安大学附属医院脊柱外科在2016年8月—2017年8月期间，采用3D打印技术术前制作颈椎病变模型进行辅助术前谈话及手术，取得了满意的临床效果，现报道如下。

1 资料与方法

1.1 一般资料 本组共47例，男29例，女18例；依据术前谈话及手术所用辅助方式的不同分为2组。3D组23例，采用3D打印技术打印出患者自身颈椎病变部位1:1模型进行辅助术前谈话、术前规划及术中操作。男14例，女9例；年龄（43.6±12.8）岁。车祸伤10例，高坠伤8例，摔伤5例。寰枢椎损伤11例（骨折5例、脱位4例、骨折伴脱位2例），下颈椎损伤12例（骨折6例、脱位3例、骨折伴脱位3例）。伴脊髓损伤14例。常规组24例，采用常规颈椎影像学资料进行辅助术前谈话、术前规划及术中操作。男15例，女9例；年龄（40.5±14.7）岁。车祸伤11例，高坠伤9例，摔伤4例。寰枢椎损伤12例（骨折7例、脱位4例、骨折伴脱位1例），下颈椎损伤12例（骨折8例、脱位3例、骨折伴脱位1例）。伴脊髓损伤16例。两组年龄、性别、致伤因素、损伤情况、脊髓损伤等一般情况差异均无统计学差异（P＞0.05），具有可比较性。

纳入标准：（1）新鲜骨折脱位。（2）影像学检查完整，包括X线、CT、MRI。

排除标准：（1）伴随他处骨折。（2）病理性骨折或其他非外伤所致骨折脱位。

1.2 3D打印模型制备 3D组23例行颈部薄层（层厚为0.5 mm）CT扫描，获得原始数据并以Dicom格式保存。将其导入mimics17.0软件(Materialise company, Belgium)进行重建颈椎三维模型，以STL格式保存。将STL格式的模型导入光固化3D打印机(rehearsal Ⅴ-Ⅱ，陕西东望科技有限公司)，采用光敏树脂材料打印出颈椎病变部位1:1的实物模型。

1.3 观察项目 记录两组术前谈话时间、病情及手术理解程度、沟通满意度，手术时间、术中出血量、并发症例数，术前与术后3个月颈肩部疼痛VAS评分和颈椎神经功能JOA评分。术前谈话时间由谈话进行开始时计时，直到医师对是否理解手术的询问得到肯定回答，患者或家属离开时终止。仿照视觉模拟评分法（VAS）对术前谈话效果进行评分评估，包括对病情及手术情况的理解程度和谈话沟通的满意程度。采取最低0分到满分10分的渐进式评分模式，得分越高表示术前谈话的效果越好。谈话结束，由患者及家属对病情及手术情况的理解程度和术前谈话沟通满意程度进行评分，分值均为整数。0分表示术前谈话后对病情及手术情况完全不理解，术前谈话为无效沟通，术前谈话沟通的非常不满意。10分表示术前谈话后对病情及手术情况完全理解，术前谈话非常成功，术前谈话沟通非常满意。

1.4 统计学分析 数据分析采用SPSS 19.0软件，计量资料以均数±标准差（）表示，组间比较采用两独立样本t检验，组内术后与术前比较采用配对样本t检验；计数资料比较采用卡方(χ2)检验。检验水准α=0.05。

2 结果

2.1 术前谈话相关指标 术前谈话时间3D组少于常规组（P＜0.05）。患者及家属对病情及手术理解程度评分，两组差别不大（P＞0.05）。沟通满意程度，3D组评分大于常规组（P＜0.05）。见表1。

表1 两组患者术前谈话相关观察指标比较（）

表1 两组患者术前谈话相关观察指标比较（）

n 术前谈话时间（min） 病情及手术理解程度（分） 术前谈话沟通满意程度（分）3D 组 23 12.1±2.7 9.1±0.8 9.3±0.5常规组 24 16.3±3.5 9.0±0.7 8.9±0.6 t值 ─4.59 0.45 2.47 P值 0.00 0.65 0.01

2.2 手术相关指标 两组术中及术后3个月随防时均无神经血管损伤等并发症出现。3D组手术时间、术中出血量均小于常规组（P＜0.05）。两组术后VAS评分、JOA评分与术前对比，差异均有统计学意义（P＜0.05）；两组间比较，差异均无统计学意义（P＞0.05）。见表 2。

表2 两组患者手术相关指标比较（）

表2 两组患者手术相关指标比较（）

注：与术前比较，aP＜0.05

VAS评分（分） JOA评分（分）术前 术后3个月 术前 术后3个月3D 组 23 136.5±24.4 148.3±29.1 7.8±1.3 2.5±0.9a 8.4±1.7 13.5±1.2a常规组 24 152.9±27.3 201.5±33.6 7.6±1.2 2.2±0.8a 8.3±1.8 13.4±1.5a t值 ─2.16 ─5.79 0.54 1.20 0.19 0.25 P值 0.03 0.00 0.58 0.23 0.84 0.80 n 手术时间（min） 术中出血量（mL）

3 讨论

临床上颈椎骨折损伤较为常见，而患者多为非医学专业人士，或者对医学专业领域知之甚少，对病情及手术理解存在很大的困难。在一知半解的情况下，不仅容易导致患者及家属产生很大的精神压力，而且也不能正确理解手术的必要性与风险性[2]。在这种情况下，患者及家属一方面对手术寄予非常大的希望，另一方面，内心始终存在很大的疑问和恐慌，一旦出现手术意外，随即引发医疗纠纷[3]。

骨科作为医患纠纷频发且发生率较高的科室，对于医患沟通的质量要求更高[4-5]。良好的医患沟通是进行手术治疗的先决条件，术前谈话是与患者及家属取得良好沟通的一个重要途径，也是预防医疗纠纷的重要步骤，更是对患者知情权尊重的体现[6-7]。以往在进行术谈话时,多凭借于患者自身的影像学资料。然而，无论是X线、CT、MRI，还是近年来出现的三维重建图片，均是在平面图像上显示病变部位信息，存在平面化、静态化、提供信息量有限等缺点。同时，要在理解这些晦涩的医学专业知识的基础上，去理解手术相关必要性及风险性等内容，具有很大的难度。所以，对于像颈椎手术此类操作复杂、风险较高的手术，术前谈话极其重要，但常规术前谈话方式却往往难以达到理想的谈话沟通效果，这也就为潜在的医患纠纷埋下了隐患。

应用3D打印技术可以将虚拟的影像信息转化为直观可触摸的1:1仿真实物模型，利用该技术术前制作出颈椎病变部位的仿真模型，有助于优化术前谈话效果。本研究结果显示，3D组术前谈话时间及沟通满意程度均显著优于常规组，而病情及手术理解程度则无显著性差异。说明应用3D打印技术术前打印出患者自身的颈椎病变部位仿真实物模型辅助术前谈话沟通，与常规应用影像学资料辅助术前谈话沟通相比，在达到相似的理解程度下，不仅有效地缩短了术前谈话时间，而且术前谈话沟通的满意程度更高，具有显著的优势。同时也说明了无论是依据常规的影像学资料，还是相对先进的3D打印模型，只要术者术前耐心、细致、周到地向患者及家属讲解手术，均可以达到相似且良好的病情及手术理解程度。对此笔者认为有如下原因：（1）3D打印1:1颈椎病变部位模型，具有较高的逼真性，可真实地显示病变部位局部情况[8]；也可使患者在术前第一次直观地触摸到自己的“骨头”，建立直观的印象，有助于患者及家属了解病情[9]及手术可能达到的治疗效果，坚定其接受并服从治疗的信心[10]。（2）便于手术医生向患者及家属直观准确地指出关键区域及手术操作的必要性和风险性[11]，使其感受到手术医生对其病情的重视和关注，有助于提升对手术医师的信赖度和增强手术治疗的依从性[8,10]。

手术操作离不开术前规划，良好的术前规划对手术的顺利、安全完成具有重要意义。以往在进行术前规划时，多依据手术相关影像学资料如病变部位的X线、CT和MRI等，但这些二维图像要求术者具有良好的空间想像力。虽然三维重建技术的应用有助于术前规划的进行，但仍为平面图像，依旧存在平面化和静态化的不足之处。在术中操作时更是依平面影像资料作为实时参考，同时需要多次、反复的进行术中透视验证，以此来确保手术操作的安全、精准进行，随之而来的综合效应便是易导致手术时间延长、术中出血量增加。因此，如何能有效地降低术前规划难度、缩短手术时间，减少术中出血量，一直以来都是脊柱外科医生面临的严竣挑战。

3D打印技术应用于临床，具有优化术前规划、提供个体化及精准化治疗的优点[12]。

同时也可以降低手术难度，减少术中出血量，增加手术安全性[13-14]。本研究采用3D打印模型辅助手术，结果显示3D组不仅未出现手术相关的神经血管损伤等并发症；而且与常规组相比较显著缩短了手术时间、减少了术中出血量。对此笔者认为有如下原因：（1）术前通过软件对重建的病变颈椎模型进行任意的旋转化与透明化处理，或去除任何影响观察的局部结构。相比与传统的影像学图片资料，可以提供更多、更直接的有用信息。（2）通过术前对模型的仔细观察和手术评估，有利于术者正确地选择手术方式、精确地确定减压部位及范围、精确地预选出内固定器材。（3）术前可以在模型上进行手术预演，进一步地预评估手术操作的难点及术中注意事项，便于提前确立预处理方案[15]，尽可能地规避手术风险。（4）依托模型作为展示手术思维的媒介，便于术者间相互交流手术心得体会，有利于手术过程的默契配合。这些重要步骤的术前完成以及术中操作时可以实时与模型进行比对，不仅使手术顺利完成，还可有效地缩短并节约手术时间，减少术中出血量。此外，本研究显示2组术后VAS评分、JOA评分均较术前显著改善，组间比较无显著性差异。说明应用3D打印技术辅助手术在缩短手术时间、减少术中出血量的同时，可以达到与常规手术治疗的相似的临床疗效。

多数文献报道认为，应用3D打印技术辅助手术可以促进医患交流沟通，缓和医患紧张现状，改善医患关系，但缺少相关的量化评估指标。笔者仿照VAS评分法，设计用于评分评估术前谈话效果的量化评估指标，具有一定的创新性。部分学者报道了采用问卷调查的方式进行评估术前谈话效果[4,9]。笔者所设计的仿照VAS评分法的评估方法，更为简单、可行。同时，患者入院时均在主管护士的指导下完成VAS评分法评估疼痛情况，具有易接受和易执行的优势。然而，此法虽简单易行，也存在部分不足之处。一方面，患者及家属的文化程度不同，可能会影响其对医学专业信息的接收能力，对术前谈话效果评分评估产生影响。另一方面，患者的病情严重程度及病程长短也会促使其主动了解相关医学信息，对谈话评估得分产生影响。此外，术前谈话医生的沟通语态及沟通所占时间等也会对评估产生一定的影响。

综上，应用3D打印技术辅助颈椎手术术前谈话及手术，在达到与常规影像学资料辅助术前谈话方法相似的理解程度下，可以显著缩短谈话时间，提升谈话沟通满意度。同时还可以显著缩短手术时间，减少术中出血量，临床疗效满意，不失为一种有效的辅助手术的方法。