Personalized 3D printing-assisted preoperative simulation surgery improves surgery outcomes and function recovery for complex tibial plateau fractures: a retrospective cohort study

Technische Samenvatting: Gepersonaliseerde 3D-geassisteerde Preoperatieve Simulatie voor Complexe Tibiaplateaufracturen

Probleemstelling
Complexe tibiaplateaufracturen, specifiek de Schatzker-typen V en VI, vormen aanzienlijke therapeutische uitdagingen vanwege hun complexe anatomische structuren, hoge mate van dislocatie en frequente betrokkenheid van het gewrichtsoppervlak, de metafyse en ligamentaire complexen. Conventioneel chirurgisch beheer leunt zwaar op tweedimensionale beeldvorming (röntgenfoto's) en driedimensionale CT-scans bekeken op schermen. Chirurgen moeten de fractuurmorfologie mentaal reconstrueren om reductie en fixatie te plannen, een proces dat gevoelig is voor subjectiviteit. Deze afhankelijkheid van mentale visualisatie leidt vaak tot onnauwkeurige reductie, verlengde operatietijden, verhoogd gebruik van intraoperatieve fluoroscopie, groter bloedverlies en een aanzienlijk risico op postoperatieve complicaties, waaronder gewrichtsstijfheid, fixatiefalen en posttraumatische artrose. Tot 32,3% van de patiënten die behandeld worden met conventionele open reductie en interne fixatie (ORIF) kan malreductie ervaren, wat bijdraagt aan langdurige functionele defecten.

Methodologie
Deze retrospectieve cohortstudie analyseerde 49 patiënten met complexe tibiaplateaufracturen die tussen juni 2022 en juni 2025 werden behandeld in het Shaoguan First People's Hospital. Patiënten werden verdeeld in twee groepen:

1. 3D-printgroep (n=22): Ontving gepersonaliseerde 3D-geprinte modellen gecombineerd met preoperatieve chirurgische simulatie.
2. Conventionele groep (n=27): Ontving standaard chirurgische behandeling op basis van preoperatieve beeldvorming zonder fysieke modellen.

Technische Workflow voor de 3D-printgroep:

• Data-acquisitie: Er werden dunne-slice (1 mm) CT-scans van de proximale tibia uitgevoerd.
• Modelreconstructie: DICOM-data werden geïmporteerd in de Mimics 25.0 software voor drempelsegmentatie, region growing en maskerbewerking om een 3D-model van de proximale tibia te reconstrueren. Belangrijke fractuurfragmenten werden geïdentificeerd en voorlopige reductiesimulaties werden uitgevoerd om de plaatsing van platen en schroefbanen te ontwerpen.
• Fabricage: Het model werd omgezet naar STL- en G-codeformaten en vervolgens op schaal 1:1 geprint met een industriële 3D-printer en polylactic acid (PLA) materiaal.
• Preoperatieve Simulatie: Chirurgen voerden een gesimuleerde operatie uit op het fysieke model. Dit omvatte het reduceren van fragmenten, het tijdelijk fixeren ervan met Kirschner-draden en het pre-contouren van vergrendelplaten om aan te sluiten bij het gereduceerde botoppervlak. De lengte, diameter en baan van de schroeven werden nauwgezet gepland.
• Chirurgische Uitvoering: Pre-gecontoureerde platen en pre-geplande schroeven werden gesteriliseerd voor direct intraoperatief gebruik. Het fysieke model werd meegebracht naar de operatiekamer als referentiegids. De chirurgische benadering en reductietechnieken bleven consistent met de conventionele groep.

Belangrijkste Bijdragen en Bevindingen
De studie vergeleek intraoperatieve parameters, postoperatieve complicaties en functionele uitkomsten (Range of Motion [ROM], Rasmussen-scores en Hospital for Special Surgery [HSS] scores) tussen de twee groepen.

• Intraoperatieve Efficiëntie: De 3D-printgroep vertoonde statistisch significante verbeteringen in:

  • Operatietijd: Verminderd van 140,82 ± 16,15 min (conventioneel) naar 110,27 ± 12,92 min.
  • Bloedverlies: Verminderd van 200,36 ± 21,66 mL naar 140,28 ± 19,42 mL.
  • Fluoroscopiegebruik: Verminderd van 16,51 ± 2,63 blootstellingen naar 8,55 ± 3,12 blootstellingen.
  • Complicatieratio: Significant lager in de 3D-groep (9,09%) vergeleken met de conventionele groep (33,3%).

• Functioneel Herstel:

  • Korte termijn (3 maanden): Er werden geen statistisch significante verschillen waargenomen in ROM, Rasmussen-scores of HSS-scores tussen de groepen.
  • Lange termijn (6 en 12 maanden): De 3D-printgroep vertoonde significant superieure resultaten. Na één jaar bereikte de 3D-groep een gemiddelde ROM van 122,72° ± 4,23° en een HSS-score van 90,55 ± 3,54, vergeleken met 116,57° ± 3,73° en 87,63 ± 5,50 in de conventionele groep.
  • Rasmussen-scores: Na één jaar behaalde 100% van de patiënten in de 3D-groep "uitstekende" of "goede" resultaten, vergeleken met 92,59% in de conventionele groep.

• Specifieke Complicaties: De conventionele groep vertoonde hogere percentages spanningblaasjes, huidnecrose, wonddehiscentie en tekenen van posttraumatische artrose. Er werden geen fixatiefalen waargenomen in beide groepen.

Betekenis en Claims
De auteurs beweren dat de integratie van gepersonaliseerde 3D-geprinte modellen met preoperatieve simulatie de precisie van fractuurreductie en de voorspelbaarheid van chirurgische planning aanzienlijk verbetert. Door een tactiele, 1:1 fysieke representatie van de fractuur te bieden, stelt de technologie chirurgen in staat om:

1. De complexe fractuurmorfologie en dislocatierichtingen intuïtiever te visualiseren dan virtuele beelden dit toelaten.
2. De optimale chirurgische benadering, reductievolgorde en fixatiestrategie vooraf te bepalen.
3. Platen te pre-contouren en schroefbanen te plannen, waardoor tijdrovende intraoperatieve aanpassingen worden geëlimineerd.
4. Chirurgisch trauma, operatietijd en stralingsblootstelling te verminderen.

Uiteindelijk concludeert de studie dat deze aanpak leidt tot een betere anatomische restauratie van het gewrichtsoppervlak, wat cruciaal is voor het voorkomen van posttraumatische artrose en het verbeteren van het langdurige functionele herstel. De auteurs suggereren dat naarmate de technologie volwassen wordt en de kosten dalen, 3D-printondersteunde chirurgie een standaard onderdeel van het behandelprotocol voor complexe tibiaplateaufracturen zou kunnen worden.

Beperkingen
De auteurs erkennen de beperkingen van de studie, waaronder het retrospectieve karakter, de relatief kleine steekproefomvang en het gebrek aan biomechanische analyse met betrekking tot de fixatiestabiliteit. Ze merken op dat er voor groepsallocatie-biases kan bestaan en roepen op tot grotere, multicenter prospectieve studies om deze bevindingen verder te valideren.