计算机三维重建联合3D打印技术在筛窦骨瘤手术中的临床应用.pdf

临床论著计算机三维重建联合 3D 打印技术在筛窦骨瘤手术中的临床应用张中宝,容庆丰,袁勇中山市小榄人民医院耳鼻喉科,广东中山 528415 【摘要】目的 研究计算机三维重建联合 3D 打印技术在筛窦骨瘤手术中的临床应用效果。方法 回顾性研究 2014 年4 月至2020 年4 月我院收治的28 例筛窦骨瘤患者的临床资料,其中14 例在治疗过程中采用了计算机三维重建联合 3D 打印技术(3D 打印组),14 例采用传统鼻内镜手术切除方法治疗(传统手术组)。比较两组的治疗效果及术后并发症的发生情况。结果 3D 打印组中所有患者筛窦骨瘤切除均在 3D 打印实体模型指导下完成,传统手术组采用传统鼻内镜手术完成,手术过程顺利。3D 打印组手术时间为(35.311.14)min,短于传统手术组的(44.110.6)min(P=0.014);3D 打印组出血量为(89.67.1)mL,少于传统手术组的(105.36.1)mL(P=0.027)。28 例患者均获得 24 45 个月随访,平均(28.73.2)个月。两组患者术后头痛、鼻塞、面部不适等症状逐渐消失。3D 打印组术后出现1 例复视,1 个月后复视逐渐消失;传统手术组有 2 例复发,经再次手术后治愈。结论 计算机三维重建联合 3D 打印技术能够准确和直观地反映筛窦骨瘤的立体形态和解剖结构的空间关系,对于筛窦骨瘤的治疗有临床指导作用,和传统鼻内镜手术相比,大大减少了术中出血,缩短了手术时间,能达到满意的手术效果,值得在临床上推广应用。【关键词】计算机三维重建;3D 打印技术;筛窦骨瘤Clinical application of digital three-dimensional reconstruction and 3D printing technology in thetreatment of ethmoid osteomasZHANG Zhongbao,RONG Qingfeng,YUAN YongDepartment of Otolaryngology Surgery,Peoples Hospital of Xiaolan,Zhongshan 528415,Guangdong,ChinaCorresponding author:ZHANG Zhongbao,Email:715652673 【Abstract】Objective To explore the clinical application effect of digital three-dimensional reconstruc-tion combined with 3D printing technology in the surgery of ethmoid osteomas.MethodsA retrospectivestudy was conducted on the clinical data of 28 patients with ethmoid osteomas admitted to our hospital from April2014 to April 2020.Among them,14 cases were treated with digital three-dimensional reconstruction combinedwith 3D printing technology(group A),and 14 cases were treated with traditional endoscopic surgery(groupB).It was compared of the treatment effectiveness and postoperative complications between the two groups.Results Patients in group A underwent resection of ethmoid osteomas under the guidance of a digital three-di-mensional reconstruction model,while group B underwent traditional endoscopic surgery,resulting in a smoothsurgical process.The surgical time in group A was(35.311.14)minutes,which was shorter than(44.110.6)minutes of group B(P=0.014).The bleeding volume in group A was(89.67.1)mL,which wasless than(105.36.1)mL of group B(P=0.027).All 28 patients were followed up for 24 45 months,withan average of(28.73.2)months.The symptoms of headache,nasal congestion,and facial discomfort gradu-ally disappeared in both groups after surgery.Diplopia of 1 case occurred postoperatively in group A,and通信作者:张中宝,邮箱:715652673 收稿日期:2023-06-19 DOI:10.16260/ki.1009-2188.2023.04.013引用本文:张中宝,容庆丰,袁勇.计算机三维重建联合 3D 打印技术在筛窦骨瘤手术中的临床应用J.中国现代手术学杂志,2023,27(4):328-331.DOI:10.16260/ki.1009-2188.2023.04.013823Chinese Journal of Modern Operative Surgery,Aug.2023,Vol.27,No.4gradually disappeared after one month.There were 2 cases of recurrence in group B,which were cured after re-operation.Conclusion The combination of digital three-dimensional reconstruction and 3D printing technol-ogy can accurately and intuitively reflect the spatial relationship of the three-dimensional shape and anatomicalstructure of ethmoid osteomas,which has clinical guidance for the treatment of ethmoid osteomas.Comparedwith traditional endoscopic surgery,it greatly reduces intraoperative bleeding,shortens surgical time,andachieves satisfactory surgical results.It is worth promoting and applying in clinical practice.【Key words】digital three-dimensional reconstruction;3D printing technology;ethmoid sinus osteomas 筛窦骨瘤在临床上并不多见,此类肿瘤大多生长缓慢,没有临床症状的患者可以考虑保守治疗,但是当肿瘤增大至压迫筛窦并出现通气、引流障碍等症状时,常常需要手术切除1-2。数字化虚拟技术的快速发展,使数字化筛窦骨瘤的虚拟模型得以成功构建。该技术能精准反映肿瘤的大小和边界,有利于术前模拟和教学操作,缩短手术时间,提高手术精准度。本文回顾性分析我科 2014 年4 月至 2020 年 4 月收治的 28 例筛窦骨瘤患者的临床资料,其中 14 例采用计算机三维重建联合 3D 打印技术辅助治疗(3D 打印组),14 例采用传统鼻内镜手术切除(传统手术组),比较两组的临床疗效,报告如下。1 临床资料与方法1.1 一般资料本研究共纳入筛窦骨瘤患者28 例,男17 例,女11 例,其中右侧 13 例,左侧 15 例。年龄 18 45 岁,平均年龄(31.23.12)岁;病程 6 个月至 7 年,平均2.3 年;主要症状表现为头痛 11 例,鼻塞 8 例,鼻流脓涕6 例,鼻面部胀痛3 例。3D 打印组与传统手术组一般资料比较无统计学差异(P0.05)。所有病例无一例明显扩展到眶内、颅内者。所有患者均进行整个颅骨 CT 扫描及相关眼科检查。1.2 手术方法3D 打印组:本组中 14 例筛窦骨瘤患者扫描整个颅骨后获得原始 DICOM 格式数据,并导入到医学影像控制系统 Mimics22.0 软件中,进行计算机虚拟设计和三维图像重建,然后通过域值分割和区域增长等功能,得到整个颅骨和筛窦骨瘤的三维模型,以 STL 文件输出,输入 3D 打印机,打印出整个颅骨等比例计算机三维 3D 打印实物模型。根据模型确定筛窦骨瘤的准确部位,设计手术切除方案。并根据数字化 3D 打印模型进行有效的医患沟通。3D 打印组手术方法:患者气管插管全麻后,根据在 3D 打印的颅骨模型上模拟评估并确定的筛窦骨瘤切除范围进行手术。首先切除钩突,暴露并开放筛窦,当筛窦骨瘤完全进入视野后,先用剥离子逐渐松动肿瘤,再沿着颅底仔细游离后小心切除肿瘤。再次根据计算机重建三维图像和 3D 打印模型证实筛窦骨瘤已完全切除干净。传统手术组:按 Messerklinger 术式切开钩突、筛泡后开放前后组筛窦并暴露骨瘤。用鼻动力系统和颅底钻显露筛窦骨瘤的范围,用显微剥离子小心分离瘤体与周围组织后将筛窦骨瘤完整取出。术后常规行病理检查。1.3 术后处理两组患 者 术 后 均 采 用 膨 胀 海 绵 填 充 总 鼻道,3 d 后抽取鼻腔填塞物后进行鼻腔内定时冲洗(2 次/d),静滴止血药物联合抗生素抗感染对症治疗。定期清除窦腔内结痂和肉芽组织等。1.4 统计学方法应用 SPSS 22.1 软件统计分析数据,计量资料采用 xs 表示,组间比较采用两独立样本 t 检验,计数资料采用率表示,组间比较采用 2检验,P0.05为差异有统计学意义。2 结 果3D 打印组中所有患者筛窦骨瘤切除均在3D 打印实体模型指导下完成,传统手术组采用传统鼻内镜手术完成,手术过程顺利。3D 打印组手术时间为(35.311.14)min,短于传统手术组的(44.110.6)min(P=0.014);3D 打印组出血量为(89.67.1)mL,少于传统手术组的(105.36.1)mL(P=0.027)。28 例患者均获得 24 45 个月随访,平均(28.73.2)个月。两组患者术后头痛、鼻塞、面部不适等症状逐渐消失。3D 打印组术后出现 1 例复视,1 个月后复视逐渐消失;传统手术组有 2 例复发,经再次手术后治愈,见表 1。923中国现代手术学杂志 2023 年 8 月 第 27 卷 第 4 期表 1 两组患者疗效比较(xs 或 n)分组例数手术时间(min)术中出血量(mL)并发症(例)3D 打印组1435.311.1489.67.11传统手术组1444.110.6105.36.12t/2值2.6312.3440.373P 值0.0140.0270.5413 典型病例患者男,50 岁,因鼻塞、流脓涕 5 年,鼻面部胀痛3 个月入院,术前颅骨 CT 提示筛窦骨瘤。根据计算机三维重建图像3D 打印实体模型,根据实体模型预测肿瘤的解剖特点及与邻近组织的关系,行筛窦骨瘤切除术,术后 CT 提示筛窦骨瘤切除完整,见图 1。a.b.c.d.图 1 筛窦骨瘤患者手术前后 CT 影像学图片及 3D 打印实体模型(a.筛窦骨瘤计算机三维重建图像;b.筛窦骨瘤3D 打印实体模型;c.术前 CT 可见筛窦骨瘤占位性病变;d.术后 CT 提示筛窦骨瘤切除完整)3 讨 论筛窦骨瘤在临床上属于少见病,发病原因不清且多以男性多见3-4。对于诊断明确且症状明显的患者可考虑尽早手术切除,而在手术之前明确肿瘤的具体位置、大小及边界极其重要。一般来说,通过术前三维 CT 可确定肿瘤范围及大小,MRI 可鉴别被堵塞的鼻窦内是否为炎症5-6。但是目前的影像学检查为外科手术提供的资料有限,耳鼻喉科医生往往根据经验进行手术,复发和残留骨瘤的情况时有发生,如何精确切除骨瘤,并尽量把副损伤降到最低是耳鼻喉科医生最关注的问题。传统经鼻内镜下切除鼻窦骨瘤已经成为一种常规技术,然而由于边界范围模糊,解剖层次不够清楚,有时会出现复发等并发症7。近年来随着3D 打印技术和计算机虚拟技术在骨科领域的飞速发展,临床医生和技术工程师深入合作,通过“医工结合”设计并制备出各种 3D 打印导航模板,并在创伤骨科、脊柱外科和关节外科等亚专科显示出独特的优势,成功应用于骨盆骨折、胸腰椎固定融合术033Chinese Journal of Modern Operative Surgery,Aug.2023,Vol.27,No.4和关节置换术等难度系数大、操作风险高的手术中,并有助于术前和患者及家属进行有效沟通,还能在计算机上进行模拟和重建,设计出最佳的手术方案,有利于清晰、规范和全面地指导手术,并被应用于临床教学,大大缩短了学习曲线8-10。本研究创新性地利用数字化技术和计算机虚拟技术构建了筛窦骨瘤的术前计算机虚拟模型,不仅可以 360观察筛窦骨瘤的大小和边界范围,在计算机上制定出精准的手术切除方案,还可以通过 3D 打印技术打印出颅骨和筛窦骨瘤的实体模型,在术中消毒后可以模拟手术,大大减少术中出血量和手术时间,提高了筛窦骨瘤完整切除的精准度。数字化三维重建技术可以为耳鼻喉医生在计算机上重建筛窦骨瘤数字化虚拟模型,并进行三维有限元分析。术前耳鼻喉医生可以在计算机上观察筛窦骨瘤的精确位置和边界,从而得出筛窦骨瘤切除的最佳途径,解决了过去难以解决的一系列问题。目前,3D 打印技术已被广泛应用于复杂骨折手术、骨肿瘤截骨以及矫形外科等领域,用于术前设计和术中定位11。本研究通过对整个颅骨的连续螺旋 CT 扫描,将原始 Dicom 格式数据导入 Mimics 22.0 软件,以 STL 格式保存,导入Imageware 10.0 软件,在计算机上高仿真重建颅骨模型并精确定位筛窦骨瘤位置,然后利用 3D 打印技术制作出 3D 打印模型,手术前将建立的 3D 打印模型与患者术前颅骨病变进行比较,术中精准切除,术后评价效果。本研究结果表明,数字化虚拟技术和 3D 打印技术联合应用于筛窦骨瘤手术,能够在术前计算机和 3D 打印实体模型上进行手术方案的模拟和制定,具有手术切除精准、出血量少、手术时间短和并发症少等优点。综上所述,计算机三维重建设计联合 3D 打印技术能为术前精准识别筛窦骨瘤的大小和边界提供帮助,有利于筛窦骨瘤的完整切除,和传统鼻内镜手术相比,大大减少了术中出血量,缩短了手术时间,手术效果满意,值得在临床上推广应用。参考文献1 宋西成,陈丽艳,张庆泉,等.影像导航辅助鼻内镜下筛窦骨瘤切除术J.中华耳鼻咽喉头颈外科杂志,2011,46(2):91-95.DOI:10.3760/cma.j.issn.1673-0860.2011.02.002.2 Nazli Z,Abdul Fattah AW.A rare case of large sphenoethmoidalosteomaJ.Med J Malaysia,2017,72(1):60-61.3 赵鹤,顾兆伟,曹志伟.额筛窦骨瘤切除术并一期骨质缺损钛网修补术J.中国耳鼻咽喉头颈外科,2018,25(11):603-605.DOI:10.16066/j.1672-7002.2018.11.009.4 Waldman S,Shimonov M,Yang N,et al.Benign bony tumorsof the paranasal 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