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引言
肠缺血再灌注(ischemia-Reperfusion,I/R)损伤是急性肠梗阻、创伤、休克、肠套叠、急性肠系膜动脉栓塞等常见疾病重要的病理生理过程,其病理机制复杂,包括炎症、凋亡、坏死等。在缺血时,细胞代谢障碍及组织结构发生损害。但是重新恢复血液灌注时,会加重缺血的组织细胞损伤。根据缺血再灌注损伤的相关机制,诸多实验已经进行有效肠I/R损伤的治疗,减轻肠道损伤[1,2]。缺血再灌注引发局部及全身多系统发生重要病理生理改变,主要由于细胞毒素物质的释放、中性粒细胞和内皮细胞的相互作用以及肠道细菌移位。在这过程中释放物质包括氧自由基、一氧化氮、转录因子、细胞因子等,从而产生细胞凋亡及其他器官的功能衰竭及形态改变[3]。
1 肠缺血的发生及再灌注后组织功能变化
肠缺血一般是由栓子或血栓阻塞血管所致,但更多是非阻塞过程发生,例如心脏功能不全、药物的应用(α受体激动剂及洋地黄类)导致肠血流量降低。较多阻塞的动脉为腹腔干、肠系膜上动脉及肠系膜下动脉。肠系膜静脉的阻塞虽不常发生,但其影响要比动脉阻塞更为严重[4]。大鼠实验证明肠系膜上静脉阻塞引起能量代谢降低的程度要比动脉阻塞小。但动物的肠道因静脉阻塞引起出血及组织损伤是不可逆转的。在人类,肠系膜静脉栓塞会导致出血性梗死、急性肠系膜缺血以及不可逆转组织损伤[5]。
动脉缺血使得氧供减少而导致有氧代谢阻断,组织发生变化。缺血程度决定了细胞内ATP减少的水平以及细胞稳定性的破坏程度。在缺血过程中,除了氧供减少外,细胞内线粒体氧化磷酸化的损伤,以及代谢产物增多,导致细胞损伤。由于这些损伤因素的作用,使得缺血组织细胞发生渐进性改变,最终发生坏死。但是,在细胞不可逆改变发生之前及时纠正组织缺血的继续发展,使有氧代谢重新恢复,移除细胞内的毒素产物,可使得细胞逐渐恢复正常功能。由于缺血时间延长及缺血程度加重,当组织氧供再次恢复时,损伤将更加严重。I/R能够引起内皮细胞与其他细胞之间的复杂反应,导致微血管的损伤,以及细胞坏死或凋亡。脏器动脉的阻塞缺血和再灌注将促使循环衰竭,这主要通过血管通透性的增加,使得中性粒细胞(PMNs)激活并粘附,释放促炎症介质并形成氮和氧自由基(OFR)[6]。脏器I/R损伤表现为炎症的严重浸润,主要在组织的黏膜和黏膜下层发现,导致内皮细胞坏死。
2 细菌移位在肠I/R损伤中的机制
肠I/R引起肠黏膜屏障破坏,肠内细菌、内毒素移位,进而激活体内单核/巨噬细胞系统,合成并释放大量细胞因子和炎症介质,从而导致脓毒血症和多器官功能衰竭[7]。研究表明肠黏膜具有多层保护作用,其中主要有肠黏膜的机械屏障、肠道的微生态屏障、化学屏障、免疫屏障[8,9]。肠缺血使肠黏膜上皮细胞、细胞间紧密连接及局部免疫机能受损,肠道内移位细菌先粘附到肠上皮细胞表面,然后以活菌的形式穿过肠黏膜侵入淋巴管或血管弥漫到其他组织器官。研究表明带有标记的细菌在肠再灌注24 h后比30 min易位更明显,说明时间是细菌易位的重要因素[10]。针对肠道屏障功能的异常及时给予干预治疗,对阻止疾病的恶性循环有积极作用,对促进疾病的恢复具有非常重要的临床意义[11]。近来发现肠脂肪酸结合蛋白(I-FABP )是一种仅存在于胃肠道黏膜的胞液蛋白,肠黏膜发生损伤时,肠黏膜上皮细胞膜通透性增加,导致I-FABP释出进入外周血。Schellekens DH等[12]发现人肠缺血后15 min,血清中I-FABP有显著变化,并且和肠道损伤组织学变化相平行,能够早期发现肠缺血损伤。Matsumoto S等[13]在208例急性肠缺血患者中也发现I-FABP,并且在切除缺血坏死小肠后恢复正常。因此,I-FABP是诊断肠缺血相关度最好的指标。
3 活性氧自由基(ROS)在肠I/R损伤中的机制
ROS包括羟自由基(OH)、过氧化氢(H2O2)、超氧阴离子、单线态氧等,具有很强的氧化活性[14]。氧分子中产生的活性氧自由基是引起肠缺血再灌注损伤的一个因素,正常条件下,在线粒体中氧分子通过细胞色素系统以四价还原形式形成水分子。然而,1%～2%的氧分子逃离这种方式,并单价还原,产生氧自由基。这些氧自由基通过内源性抗氧化酶作用而失活。但在缺血再灌注过程中大量氧自由基集中产生,引起氧化应激过程,随后发生有害反应。氧自由基是一类化学物质,在它的外轨道上有一个未成对的单电子。在这种状态下,自由基非常活跃且极不稳定,参与蛋白质、脂类、碳水化合物的代谢,特别是细胞膜及核酸的有机和无机化学物质反应中。缺血时,ATP分解产生次黄嘌呤。在生理条件下通过黄嘌呤脱氢酶(XDH)次黄嘌呤被氧化为黄嘌呤。缺血时细胞内积聚大量钙离子使黄嘌呤脱氢酶转化为黄嘌呤氧化酶,这种转化程度与缺血时间成正比。再灌注时,氧分子再次进入组织中并与次黄嘌呤及黄嘌呤氧化酶发生反应产生氧自由基,从而通过超氧化物歧化酶作用转变为过氧化氢(H2O2)。H2O2可通过过氧化氢酶进一步转变为水分子。持续I/R损伤加重时,H2O2没有生成水,而是在羟自由基作用下生成脂质过氧化物,如醛基、酮基、羟基及新的氧自由基等[15]。羟基引发细胞膜的脂质成分过氧化反应,并随后释放物质,这些物质吸引并促使粒细胞粘附于微血管内皮细胞。粘附的粒细胞通过释放过氧化物和几种蛋白酶对内皮细胞产生进一步损伤[16]。超氧化物离子同一氧化氮(NO)反应能生成过氧亚硝基离子,进而导致脂质的过氧化加重,以及蛋白质和DNA的变性使得细胞损伤。所有细胞成分都易受到活性氧作用的影响,因此细胞膜最易受到影响,导致脂质的过氧化,造成细胞膜的结构和通透性改变。脂质氧自由基反应释放出脂质过氧化物,这本身就是种自由基,引发其他脂肪酸生成减少。结果细胞膜在离子交换中失去选择性,以及释放出细胞器内的物质,如同溶酶体的水解酶作用,形成细胞毒性产物最终导致细胞死亡[17]。除了脂质过氧化物的反应,活性氧有吸引和激活中性粒细胞的能力。再灌注时产生的趋化因子(C5a、IL-8、LTB4、PAF)上调炎症细胞的产生,并且也上调炎症细胞和静脉内皮细胞表面的粘附分子。
4 中性粒细胞与血管内皮细胞在肠I/R损伤中的作用机制。
白细胞迁移过程包括与血管壁接触,沿血管内皮组织表面移动,黏附内皮细胞并最后穿过内皮细胞。再灌注期损伤的肠血管内皮表达多种细胞间黏附分子(ICAM)及血管内皮细胞黏附分子(VCAM),促进中性粒细胞的黏附和聚集; 此外,再灌注损伤使细胞膜磷脂降解所释放的大量趋化因子能吸引大量中性粒细胞黏附于血管内皮细胞,并进入组织。在肠道及其他器官中激活的中性粒细胞,是导致多器官功能衰竭的重要一步。中性粒细胞的侵入被认为是再灌注损伤的标志之一,I/R时白细胞在ICAM的作用下黏附在血管内皮细胞上,极易嵌顿、堵塞微循环血管,加重组织损伤。而激活中性粒细胞在黏附并穿过内皮组织后,释放更多自由基、蛋白水解酶(胶原酶、弹性蛋白酶、组织蛋白酶G)以及过氧化物酶,造成局部内皮组织损伤。血管内皮细胞产生的LTB4(白三烯B4),能够趋化、黏附中性粒细胞,并使其活化产生活性氧化合物。而实验显示LTB4受体拮抗剂能够使I/R中氧化应激减弱,并降低肠道过氧化反应[18]。最近研究发现Toll样受体(TLRs)的下游通路控制着中性粒细胞化学趋化因子 IL-8、G-CSF 等的释放,并直接引导中性粒细胞定位于缺血组织[19]。在正常大鼠肠组织中,ICAM-1、VCAM-1共同表达于血管内皮细胞中,I/R时它们在血管内皮细胞中过度表达,加剧了白细胞的黏附,提高白细胞迁移穿透力,导致肠道在I/R时损伤。Ilhan H等[20]提出,抗ICAM-1单克隆抗体可以明显改善大鼠小肠黏膜I/R损伤的组织病理损害,阻止白细胞激活、趋化以及向内皮细胞的黏附,改善肠I/R损伤。
5 一氧化氮及转录因子在缺血再灌注中的发生机制
缺血再灌注时产生一氧化氮(NO)也很重要。通常是由L-精氨酸在NO合成酶作用下生成的。NO合成酶存在于内皮细胞、巨噬细胞、神经吞噬细胞及神经细胞中,包括有神经元型NO合酶(nNOS)、内皮型NO合酶(eNOS)和诱导型NO合酶(iNOS)[21]。结构性NO(nNOS或eNOS)在微血管系统中具有有益的舒血管作用,维持小肠的血液灌注,抗血小板和白细胞聚集,清除氧自由基,抑制脂质过氧化,在肠的I/R损伤中具有重要的保护作用。然而在肠I/R损伤时,内皮功能失调和炎症过程的激活同时存在,内皮功能失调表现为eNOS活性降低,其产生有益的NO减少[22]。而相关炎症因子使iNOS在肠组织中表达上调,通过iNOS生成过量的NO促使肠I/R病理生理的发展[23]。过量NO参与中性粒细胞、淋巴细胞和巨噬细胞的毒性作用,同时与氧结合生成过氧亚硝酸基造成细胞损伤,NO这些毒性作用可直接损伤细胞DNA或作用细胞凋亡信号通路或协同其他细胞因子诱导细胞凋亡。在这些凋亡细胞中NO合成酶mRNA表达明显增强[24]。组织的缺血再灌注激活蛋白酶家族,使得特定的转录因子(蛋白转录因子活化物-1、PA-1和核因子kappa B)聚集,这些转录因子调控许多细胞因子和黏附分子表达和释放,导致炎症反应而损伤细胞。核因子 kappa B(NF-kB)是一种调节炎症反应的重要转录因子,NF-kB能够调节诸多基因的表达,参与炎症、免疫应答、细胞增殖、细胞凋亡等生物过程。哺乳动物NF-kB转录因子超家族至少包括5个亚基:RelA(p65)、RelB、c-Rel、p50和p52[25]。目前发现NF-kB活性取决于p65亚基的激活 [26]。Tian XF等[27]研究发现NF-kB的激活在肠I/R损伤中起着重要的作用,通过诱导ICAM-1的表达促进中性粒细胞的浸润。Zou L等[28]报道,在肠I/R损伤的产生和调节中,NF-kB起到很重要的作用。在肠促炎症因子(如败血症核因子、细胞因子、氧化应激)作用下NF-kB被激活。活化的NF-kB调节多种基因的表达,这些基因涉及调整蛋白合成从而维持和扩大炎症反应的作用,因此NF-kB能作为抗炎治疗的标记。Wei Z等[29]研究表明,缺血预处理的小肠对缺血再灌注损伤有明显保护作用,其机制与抑制NF-kB的激活进而减少细胞因子(如TNF-α)和细胞黏附因子的产生有关。细胞凋亡在导致缺血再灌注损伤中起着重要的作用。NF-kB可以诱导与细胞凋亡相关基因的表达,如caspase 蛋白酶家族。肠道的缺血再灌注损伤是一种常见的病理生理过程,研究表明许多细胞因子参与了这一过程,如TNF-α、IL-1、IL-6、ICAM-1等,而NF-kB可以调控这些因子的表达。
6 细胞因子在肠I/R损伤中的作用机制
肠I/R后组织血小板聚集因子(PAF)水平升高,其合成是通过磷脂酶A2催化进行的,与花生四烯酸及其崩解产物的合成途径相一致。与I/R后氧自由基释放、细胞钙离子大量蓄积和磷脂酶A2激活有关。诸多证据表明血小板聚集因子(PAF)在I/R损伤的开始和扩增时发挥重要作用。PAF是一种能够调节炎症反应的脂质,在小肠I/R损伤时能促进黏膜细胞凋亡。I/R损伤能抑制PAF乙酰水解酶(PAF-AH)活性,导致PAF活性增加,激活的PAF能增强细胞表达血小板内皮黏附因子-1(PECAM-1)和分泌IL-6,同时抑制合成IL-10。而IL-10在再灌注时能发挥抗炎功能[30]。手术和创伤后,肠道是IL-6的重要来源,IL-6 不仅可以介导创伤后急性期反应,还可介导各种炎症反应和脏器损害,如直接增加内皮细胞通透性,或通过调节成熟中性粒细胞功能性受体介导炎症反应、促进中性粒细胞释放蛋水解酶如弹性蛋白酶,增加中性粒细胞的趋化作用、促进氧自由基释放,参与肠I/R损伤。有研究发现IL-6可延迟中性粒细胞凋亡,导致非凋亡中性粒细胞在炎症部位的大量蓄积,并释放更多的氧自由基和蛋白水解酶,成为加重中性粒细胞介导的组织损伤和器官衰竭的重要机制[31]。大量研究显示,在肠I/R发生后,再灌注组织迅速发生了炎症反应,早期组织内TNF-α的表达明显增加,产生炎性介质和TNF-α等细胞因子释放入血液循环[32]。TNF-α既是I/R损伤细胞因子连锁反应中的一个关键性介质,也是I/R损伤导致MODS发生过程中的一个关键性介质,它能刺激血管内皮细胞和中性粒细胞表达表面黏附分子,促进中性粒细胞聚集,有助于其释放活性氧和蛋白水解酶等物质,加重I/R 损伤程度。此外TNF-α能刺激iNOS合成释放大量NO,后者又与超氧阴离子迅速反应进一步产生氧化能力更强的氧自由基,可使细胞膜产生脂质过氧化致使组织损伤加重[33]。
综上所述,肠缺血在多个临床手术疾病的病理生理变化中起到基本作用,而缺血后的再灌注比单纯缺血后引起组织损伤更严重。多器官功能衰竭是肠I/R损伤后一种常见并发症,涉及许多器官如肝脏、心脏、肾脏及肺。在I/R过程中组织损伤的机制复杂,尽管已做了很多研究,但是对于其病理生理变化及治疗仍有很多疑惑。这需要新的研究去揭示复杂的机制,从而获得对I/R更多的理解,为临床诊治提供新的思路和途径。
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- 1 材料与方法
1.1 研究对象
选自2015年1月至2015年12月间入院的髋关节发育不良初次手术患儿,共18例,年龄2.3～13岁,平均年龄5.4岁,均签署知情同意书,按照随机数字表,分成3D打印组(8例)和常规组(10例),所有手术均由同一组手术医师完成。
1.2 研究方法
1.2.1 实验仪器与软件
CT:SIMENS avanto 64排; 快速成型机:中瑞SLA-300快速成型机(江苏舟可医疗器械科技有限公司提供); 工作站:惠普ZBOOK Z17; Windows 8(Microsoft); MIMICS 17.0 Materialise's interactive medical image control system(Materialise USA); 3-Matic 9.0(Materialise USA); Magics 17.0(Materialise USA); SPSS19.0 Statistical Product and Service Solutions(IBM); Photoshop CS4( Adobe Systems)
1.2.2 实验方法与步骤
1. 数据采集:所有患儿接受双下肢全长(从骨盆至踝关节)扫描,扫描条件:扫描电压:80 KVP; 管电流:120 mA; 层厚5.0 mm; 层间距5.0 mm; 容积扫描数据经工作站进行薄层处理(层厚0.625 mm),图像分辨率:512×512。最后以DICOM数据格式刻盘保存备用。
2. 模型重建:将DICOM数据导入MIMICS17.0软件,经过阈值分割,区域增长,动态区域增长,3D livewire,多层编辑,形态学操作等多种交互式分割方法建立带有软骨的儿童髋关节模型(图1),在软件中分别测量相关形态学参数(图2)。最后将数字化模型以STL格式保存。
图1 髋关节不同断层的影像学图像,将股骨,股骨头软骨,髋臼,髋臼软骨分别以不同颜色作为蒙版(A:冠状面图; B:横断面; C:矢状面; D:三维重建图)
Fig.1 Different orthogonal tomography images of hip and mask with different color standing for each components of the hip such as femur、cartilage of femoral head、acetabulum and corresponding cartilage(A:coronal plane; B:transverse plane; C:sagittal plane; D:three-dimension reconstruction of the whole hip).
3. 模型打印:数字模型导入Magics17.0软件进行修复成可打印的数据,并手动设置支撑格式(图3A),最后制作切片数据导入到快速成型机,环境条件(温度26℃,湿度20%); 工作条件(功率450 W)。成型的模型经过95%酒精冲洗去除残留树脂,去除支撑,并对毛刺部位进行打磨后最后进行二次固化,检查模型光滑,体腔内无树脂,无毛刺(图3B)。
4. 手术方案设计:根据3D打印模型,观察模型的外观形态与数字化模型的差异,在模型上测量髋臼长短轴及髋臼容积(长轴:髋臼上缘至髋臼切迹,短轴,与长轴相垂直,并位于髋臼开口平面最终与髋臼边缘相交两端点的距离。髋臼容积采用盛水法测量)。在模型上模拟不同手术方案(图3C、3D),最终确定最佳手术方案,然后在软件中设计相应的截骨导板,以同样的方法输入快速成型机将其打印成型,最后以低温等离子封装灭菌用于手术。
图2 股骨在不同软件中进行颈干角与前倾角的测量(A和B在Photoshop中测量; C、D和E在3-Matic中测量)
Fig.2 Measurements of femur morphology such as neck-shaft angle and anteversion angle in different software(A and B measured by Photoshop; C,D&E measured by 3-Matic).
图3 模型打印与手术规划(A:Magics软件中的支撑设计; B:3D打印后的实物图; C,D在实物上进行模拟手术规划)
Fig.3 Model printing and surgical plan(A:the design of support in Magics; B:the results of 3D-printing model; C&D:Conduct the virtual surgical plan in the printing acetabulum and femur).
5. 临床应用:手术体位与手术入路同常规,在行股骨截骨的时候,将灭菌的导板安放在股骨外侧的相应部位,经导孔打入定位导针以及截骨方向定位导针,透视下验证方向的准确性(图4B,C)。然后沿着设计的截骨平面进行程序截骨,最后安装角钢板(图4D)。
6. 临床随访方法:两组患儿分别随访0.5～1年,平均0.6年。分别按照Mckay标准以及Severin标准进行临床以及影像学评估。
1.3 统计学处理
本研究应用SPSS19.0进行数据统计分析,对于数字模型与实物模型的股骨颈干角/前倾角,髋臼长轴和短轴,髋臼容积和表面积,以及应用3D打印技术与未应用3D打印技术两组病患之间在手术时间、出血量、辐射次数,住院费用等计量资料采用均数±标准差(x^-±s)表示,两组间比较采用单独t检验。两组患儿的优良率采用独立样本卡方检验或Fisher精确概率法。以P<0.05视为差异有统计学意义。
图4 病案介绍(A:术前骨盆正位片; B和C:股骨定位导针在正侧位的图像; D:术后髋关节正位片的; E:术后半年髋关节截骨愈合情况; F和G:髋关节内旋、外旋功能展示)
Fig.4 case introduction(A:anteroposterior fluoroscopy of the hip; B&C:the position of guided pin of femur in front and lateral fluoroscopy; D:anteroposterior fluoroscopy of postoperative hip; E:the healing of osteotomy after 6 months of operation; F&G:the function of hip such as internal and external rotation).
- 2 结 果
2.1 两组年龄及手术比较
3D打印组平均年龄4.6岁(3～8.7岁); 常规组平均年龄在5.4岁(2.8～9.5岁)。3D打印组中4例采用Salter联合截骨; 2例Pemberton联合截骨; 1例Dega联合截骨; 1例Chiari内移截骨; 常规组中5例Salter截骨联合截骨,3例Pemberton截骨,2例Dega截骨。
2.2 数字化模型与实物模型的参数对比
3D数字模型获得颈干角153.7°±10.9°,前倾角45.3°±7.3°,髋臼长轴(47.7±7.79)mm,短轴(39.7±7.14)mm,髋臼面积(1932±723)mm2,髋臼体积(6569±738)mm3。打印模型颈干角157.3°±7.4°,前倾角51.2°±3.7°,髋臼长轴(46±8.24)mm,短轴(40.2±6.06)mm,髋臼面积(1751±421)mm2,髋臼体积(6233±506)mm3。两者相比差异无统计学意义(P > 0.05),详见表1。
表1 数字化模型与实物模型的形态学参数比较(x^-±s)
Table 1 Comparison of hip morphology between digital model and 3D printing model(x^-±s)
2.3 两组手术时间、出血量、辐射次数、费用对比
3D打印组平均手术时间(2.82±0.42)h,出血量(285±40)mL,术中透视次数(5.7±1.0)次。常规组手术时间(3.4±0.48)h,出血量(355±57)mL,术中透视次数(14±2.9)。3D打印组较常规组手术时间有缩短,出血量和术中透视次数也减少,差异有统计学意义(P<0.01)。3D打印组为(27 686±1 401)元; 常规组为(26 934±2 893)元,患儿总治疗费用并无增加(t=0.685,P=0.501),见表2。
表2 两组在手术时间、出血、辐射、费用的比较(x^-±s)
Table 2 Comparison of surgical time/blooding amount/radiation/hospitalization cost between 3D printing and normal groups(x^-±s)
2.4 两组按Mackay与Severin评定标准的优良率(%)比较
两组患儿术后均获得随访,平均随访时间0.6年。Mackay评分优良率:3D打印组为87.5%(7/8),常规组90%(9/10); 两组比较无统计学差异(P=0.867)。两组患儿依据Severin评分的优良率均为100%。见表3。
表3 两组的临床与影像学评定标准的比较[n(%)]
Table 3 Comparison of Mackay and Severin criterionbetween 3D printing and normal group[n(%)]
- 3 讨 论 3.1 应用3D打印技术对儿童髋关节脱位手术的意义 本文通过计算机辅助导板设计以及3D打印技术,不仅较好地还原了髋关节的病理结构形态,而且优化设计的导板让手术导向定位大大缩短手术时间,有效提高了手术精准度和成功率,缩短了患儿术后康复时间。为未来儿童髋关节矫形手术提供了良好的工具。 3.2 3D打印的髋关节脱位模型的精准性 目前,联合计算机辅助设计与3D打印技术在临床上的应用已有很多。曾有文献针对尸体标本的参数测量与三维重建结果进行比对,验证三维重建的可靠性[15]。如今,通过3D打印将数字化模型转换为实物,实物是否为等比例,与数字化模型之间以及标本之间是否存在误差尚无定论。燕华等[16-20]通过对髋关节的三维重建以及三维打印出儿童髋关节骨盆用于模拟手术,但是却忽略了软骨的存在,因此,打印的模型仅为骨骼结构,不能精确呈现髋关节结构。尤其对于儿童,不论是髋臼,还是股骨,都存在较多的关节软骨和骨骺,年龄越小,关节软骨成分越多。测量得出的结果误差也就越大,继而大大影响了手术方案的制定。笔者前期通过MRI、CT图像等建立了富有软骨的股骨三维模型,大大提高了形态学测量的精准度。鉴于软骨、骨密度上存在的差异性,本研究在软件中,通过调整窗宽、窗位,让软骨的对比度更为清晰,借助3D livewire算法在正交平面上勾勒出软骨的轮廓,从而实现软骨建模,借助布尔运算实现骨与软骨的统一。不仅更为真实地反映了关节的病理形态,有助于进一步分型。通过三维模型与快速成型的模型相比,实物的股骨颈干角、前倾角与数字模型相比,虽无显著统计学差异,但总体均值略高于数字模型,推测与测量方法有关系,数字模型的测量严格按照定义进行测量,而实物模型的测量乃是通过拍摄照片进行测量,实质上是将3D数据转换成了二维数据测量。 有研究表明,生理状态的髋臼可以近似于半圆球形态,髋臼的长轴与短轴基本相等。而发育不良的髋关节不仅存在着髋臼方向、大小等不同程度的异常,同时伴有股骨近端的畸形改变。曾有作者报道DDH手术方案的选择不仅取决于髋臼的大小、方向,同时与股骨头的匹配程度,股骨前倾角的大小有密切关系。通过髋臼长、短轴的变化可以直观精准地反映出髋臼形态的改变。同时,髋臼容积可以反映髋臼对股骨头的包容与匹配程度,从而为进一步选择个性化的手术方案提供了参考。 根据本研究测量结果,发育不良的髋臼主要变现为长轴明显长于短轴,从形态上看,髋臼上缘明显上移,这与股骨头长期挤压有密切关系。如果长轴与短轴无显著差异,再结合髋臼容积与股骨头体积的比较,若两者无差异,则可以考虑选择Salter截骨方案,若两者体积差异较大,则需要考虑采用Pemberton截骨方案。如果长轴明显高于短轴,说明髋臼倾斜度大,此时亦建议采用Pemberton截骨方案。 3.3 计算机辅助设计导板技术的优越性 随着数字骨科的深入应用,导板技术也越来越得到推广,从脊柱到口腔等,皆有文献报道其优势[21-25]。计算机辅助设计导板技术主要是由逆向工程技术、正向设计技术快速成型技术等多种关键技术组成。通过逆向工程,对骨骼的贴合面进行解剖特征的提取,保证了导板基底有效的与骨骼高度贴合,正向设计的导孔以及截骨平面也有效保证了穿刺定位的方向与术前设计一致。佟旷等[26]设计的截骨导板用于Steel三联截骨,获得满意的效果。笔者在该技术使用过程中,发现作为一项新兴技术,仍有很多需要进一步完善的地方。 第一,计算技术辅助导板设计是基于骨骼系统,忽略了软骨与软组织的影响,尤其对于低年龄儿童,不仅骨膜厚,软骨成分也较多,这样大大影响了导板的安放。为此,本研究通过3D lire方法将股骨远近的软骨重建,不仅大大提高了测量前倾角的精准度,而且为导板设计的关键点——如何选择好解剖标志点提供了参考。但带来的代价却是更多更为广泛的剥离、血运的破坏。 第二,在设计截骨平面时,不仅需要考虑到截骨平面的精准,更要联合实际,考虑截骨定位导板的安放问题。入选病例中有1例患儿在设计股骨粗隆下截骨时,截骨定位板部分在设计时未采取逆向贴合设计,导致术中安放导板时截骨槽过长无法放置,只有通过剥离更多的骨膜与软组织来完成。在以后的病例中,我们吸取了这例的教训,与骨骼贴合的部分仍采用逆向工程技术,同时,在此基础上,我们将内翻截骨与旋转截骨定位融合在一个导板上,程序化和简化了手术步骤,提高了手术效率。 第三,该项技术融合了医工等多门交叉学科知识,也迫使医生在做手术规划时要掌握更多工科基础知识和理论,从而进一步缩短术前规划时间,提高手术效率。就目前而言,尽管3D打印技术基本成熟,但是打印速度仍然是3D打印技术发展的瓶颈,这也限制了其在临床上的推广应用,同时,高昂的打印成本也是目前尚未为广大病患接受的原因之一。另外,值得注意的是,尽管有了计算机的理论支持与帮助,但是我们不能忽视术者经验的重要性,过分迷信导板技术,而忽略人的因素,往往会带来灾难性的后果。 本研究初步探讨计算机辅助设计导板技术以及3D打印技术的应用,认为等比例模型不仅方便了医患之间的沟通,也是治疗小组之间规划手术方案的有力工具,同时,数据模型的采集也为临床教学提供了一种全新模式。另外,计算机辅助导板设计技术虽能缩短手术时间,提高手术效率,但从质量监管角度出发,作为关键的是设计理念的认证与检验,从而最大程度优化导板设计,优化手术方案。 参 考 文 献
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- 1 材料与方法
1.1 临床资料
2011年6月至2015年7月共收治112例先天性食管闭锁并食管气管瘘患儿,其中54例采取胸腔镜手术(已度过学习曲线),58例采取传统开胸经胸膜手术治疗。患儿主要临床表现为生后口吐泡沫、进食后呛咳、胃管不能插入胃内。入院后均通过食管造影明确诊断,同时行全面体格检查、心脏、颅脑、泌尿系、腹部+肠道彩超,没有合并严重的心脏畸形。胸腔镜组54例患儿中,男女比例为32:22,3例早产儿,出生体重1.75～3.86 kg,18例合并其他系统畸形; 开胸组58例患儿中,男女比例为34:24,4例早产儿,出生体重1.83～3.92 kg,22例合并其他系统畸形。两组患儿在性别、手术日龄、体重、分型、早产与否、孕周、合并畸形上比较无统计学意义(P>0.05)。
表1 比较两组患儿的一般资料
Table 1 The comparison of general information of two groups
1.2 手术方法
1. 胸腔镜手术 患儿取左侧前倾位,右侧抬高30°～45°,右上肢上抬固定于头部。手术采用三孔操作法,在右侧第5肋间靠近肩胛下角处取5 mm的皮肤切口,放置5 mm Trocar作为观察孔,通过胸腔镜观察确认Trocar进入胸腔,接CO2气体建立人工气胸,压力调为4～6 mmHg。在胸腔镜监视下分别于右腋中线第4、6肋间取切口放置3 mm Trocar。切开壁层胸膜游离奇静脉,结扎并剪断奇静脉,再游离食管远端和食管气管瘘,紧邻气管处缝扎食管气管瘘并剪断远端食管气管瘘,游离食管近端后去顶剪开食管盲端。5-0可吸收线间断全层缝合,留置胃管及胸腔引流管。
2. 开胸手术 患儿左侧卧位,经右侧胸壁后外侧第4肋间,逐层切开,切开肋间肌后,再切开胸膜,置入胸科撑开器,显露纵膈。结扎离断奇静脉,寻找到近端食管盲端,充分游离,再找到食管远端气管瘘,结扎气管食管瘘后适当游离食管远端,去顶食管近端,斜形剪开远端,用5-0慕丝线间断全层缝合。术中留置胃管,根据术中情况放置胸腔引流管。
1.3 观察指标
观察指标包括:手术时间,术后呼吸机使用时间,手术完成情况,术后并发症情况,吻合口漏、吻合口狭窄、食管气管瘘复发; 治愈率。
1.4 统计学处理
采用SPSS 17.0软件进行统计分析。患者的手术日龄、出生体重、孕周、手术时间、术后呼吸机使用天数、住院天数为计量资料且呈正态分布,以均数±标准差(x^-±s)表示,两组间的比较采用独立样本t检验。早产儿数、合并畸形数、术后并发症情况使用卡方检验,以P<0.05视为有统计学意义。- 2 结 果
2.1 两组手术完成情况
胸腔镜组54例中51例完成一期食管气管瘘修补+食管吻合术,3例中转开胸手术。开胸组58例中57例一期完成食管吻合术,1例术中见两盲端相距4 cm,无法完成一期吻合,需先行胃造瘘,家长放弃治疗。
2.2 手术时间、术后呼吸机使用时间及住院时间比较
胸腔镜组平均手术时间为(138±30)min, 开胸组患儿平均手术时间为(122±23)min,差异有统计学意义(t=3.206,P<0.001); 术后呼吸机使用时间和住院时间差异无统计学意义(表2)。
表2 两组患儿手术时间、呼吸机时间及住院时间比较(x^-±s)
Table 2 The operation time
