快速成型技术辅助足趾移植再造拇指的临床应用

古汉南，古小玲，郭淑女，陈瑶，王克列，袁婷，张子清

（深圳市龙岗区骨科医院 手外科，广东 深圳 518116）

3D 打印技术是当今比较热门的新技术，对手外科的发展起到了非常重要的作用[1-4]。3D 打印结合数字化技术更能够解决个性化治疗的大难题[5-6]，有效地提高疗效。本研究通过研究3D 快速成形技术在足趾移植再造拇指方面的应用，旨在探讨该技术的临床疗效。

1 资料与方法

1.1 一般资料

选取2016 年6 月-2018 年6 月来我院治疗的30 例手指缺损患者资料进行分析，按照随机对照方法，分为观察组和对照组，每组各15 例。男18 例，女12 例；年龄20～50 岁，平均35 岁。两组性别和年龄差别不显著，具有一定的可比性。所有患者手术过程顺利，愈合效果较好。

1.2 研究步骤

对照组采用常规的手术方法，术前不采用3D 打印技术。观察组术前进行了3D 模型打印，便于术中进行参考。观察组手术方案经过医院伦理委员会批准，患者签署手术同意书。在观察组病例中，按如下步骤进行研究：⑴对患者手指（图1、2）CT 数据采集，以DICOM 格式保存；⑵把DICOM 格式的二维CT 扫描图像数据输入Mimics 16.0 进行编辑和三维重建，图像编辑包括图像分割、可视化、配准等，三维重建是由大量的各种形状和大小的三角面片对原物件表面进行离散的近似三维模型模拟，最终以STL 格式输出；⑶将导出的STL 数据利用快速成型机，按1∶1比例打印出患者病变实体模型（图3、4）（打印机型号为闪铸Finder，制造商为浙江闪铸三维科技有限公司，打印成本约100 元人民币，模型制作时间10 min左右）；⑷术前模拟及手术设计，直观、清晰地显示出患处的走向、分布，针对该模型进行术前手术模拟，明确手术路径，验证手术方案的可行性；⑸进行手术及评估：两组分别进行手术及术后疗效评估。

图1、2 手指缺损术前

1.3 统计学方法

采用SPSS 18.0 软件对收集的数据进行分析，其中对两组独立样本采用t检验，两组优良率比较采用卡方检验，P＜0.05 为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 两组手术相关指标比较

由两组手术相关指标分析可以看出，3D 打印技术手指部分缺损再造手术时间短，手术出血量少，两组比较差异有统计学意义（表1）。

表1 两组手指部分缺损再造手术相关指标分析(±s)

表1 两组手指部分缺损再造手术相关指标分析(±s)

注：两组独立样本t 检验，经SPSS 18.0 进行统计学分析，P＜0.05，差异具有统计学意义

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2.2 两组术后功能及外观比较

术后对30 例进行5～12 个月的随访。按照中华医学会显微外科学会上肢部分功能评定试用标准及中华医学会显微外科学会断指再植功能评定试用标准外观分级（20 分）评定再造手指功能与外观[7]，3D打印技术再造手指功能优良率为86.70%，与对照组的80.00%比较，差异无统计学意义（P＞0.05）；3D打印技术手指部分缺损再造手术外观优良率为93.30%，明显高于对照组的66.70%，两组比较差异有统计学意义（P＜0.05）（表 2、3，图 5、6）。

3 结论

3.1 3D 打印技术在手指部分缺损再造术中的作用

3D 打印技术打破常规手术的二维、平面、静态的解剖模式，而是采用三维、立体、动态的解剖模式，从任何角度、任何方向上观察，实现手指部分缺损再造的三维可视化[8]。在3D 打印技术规划软件上，观察三维解剖模型，可在术前对手术具体部位做深入细致的观察，更加精确手术设计路径及范围，有利于确定手术方案，极大地提高手术质量。3D 打印技术还能精准地显示轴型血管走向，清晰地显示二级血管，减少医生对经验的过度依赖，并由此模型复制并精准地覆盖于供区的皮肤、骨关节，由此所切取的供区组织更精准[9-10]，使再造手指更逼真，同时尽可能减轻供区无谓损伤，减少手术并发症，提高手术效率及成活率，有效规避手术过程中因血管变异而导致切取组织瓣失败的风险，有效缩短手术时间和减少术中出血量，将传统“开放-观察-手术”转化为“观察-开放-手术”的手术模式，极大地提高再造手术质量和治疗效果[11-12]。实体模型和三维图像相比，除了用手触摸之外，还可以虚拟演练手术过程。3D 打印技术可将提前设计好的手术方案导入系统，进行模拟操作手术，检验手术方案是否可行，更好地指导临床实践操作。在此基础上，术前虚拟手术排演，程序化、标准化、形象的术前设计和模拟操作，结合实际手术讲解，可以让患者和家属更直观地观看模拟操作，参与手术方案设计，理解手术操作的限制、手术过程中可能出现的风险、术后易出现的并发症等，在一定程度上减少医患沟通的障碍，促进更有效地沟通，建立更加和谐信赖的医患关系[13]。

图3、4 通过 CT 数据，进行 1∶1 的三维模型重建

表2 两组手指部分缺损再造手术功能比较（n，%）

表3 两组手指部分缺损再造手术外观比较（n，%）

图5、6 术后手指功能及外观恢复良好

3.2 3D打印技术在手指部分缺损再造术中的功能与美观恢复

显微外科不同于其他科室，患者大多数是因组织被机器或锐物所导致的创伤，显微外科的手术治疗需要恢复和保持功能，同时随着人们物质文化生活水平的提高，患者对手指外观的要求也越来越高，手指部分缺损再造手术既要重视功能恢复，又要注重外观美观[14-15]。研究过程中发现手指部分缺损患者多数指间血管、神经、肌腱保留比较完好，3 D 打印技术再造手指功能优良率和外观优良率都比较高，能使患者恢复正常的功能和获得美观的外形。

3.3 3D打印技术在手指部分缺损再造手术应用中存在的问题

由于3D 打印技术的CT 设备资金投入大，基层医院推广比较困难。3D 打印技术在手术中主要应用于骨性组织，而在打印复合组织及软组织方面比较薄弱，如何打印逼真的血管、神经、肌腱，已成为3 D打印技术在手指部分缺损再造手术中较大难题。值得注意的是，3D 打印技术是计算机技术和网络技术相结合的产物，会受到病毒和黑客的攻击，在客观上存在着隐形的安全问题，而且操作人员的文化水平及专业知识的不确定性，可能会因为过程操作失误，在主观上也存在着安全隐患[16-17]。

3D打印技术把患者的临床资料和照片、MRI、CT、X 线等医学设备的DICOM 图像一起保存，可建立3D打印技术应用手指部分缺损再造手术的临床资料管理系统，提供统计汇总、数据对比、分析图像等功能，构筑手指部分缺损再造手术影像学诊断和研究平台，以便更好地进行科研和学术交流，提高资料的利用率和管理效率[18]。打印技术在设计上要加强精细化、智能化、自动化、人性化建设，进行综合风险评估[19-20]，增强对病毒和黑客的抵御和应对功能，增加自动提醒功能，简化操作流程，减轻医务人员的工作负担。从而建立手指部分缺损再造手术的规范和标准，使该技术能更好普及推广，且安全、有效，使大部分的手指缺损患者能得到良好的再造，恢复功能与外观。