Efficacy of 3D printing assisted anterolateral acromial approach in the treatment of Neer type 3, 4 of proximal humeral fractures
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摘要:目的
观察3D打印技术辅助肩峰前外侧入路手术内固定治疗Neer 3、4型肱骨近端骨折(PHF)的临床效果。
方法选取行肩峰前外侧入路手术治疗的Neer 3、4型PHF患者43例, 随机分为对照组20例和3D打印组23例。比较2组手术时间、术中出血量、透视次数、解剖复位率、术后引流量。随访12个月, 记录并比较2组肩关节Neer评分和肩关节功能评分(CMS)。
结果3D打印组的手术时间、术中出血量、术后引流量和C臂机透视次数均短于或少于对照组, 差异有统计学意义(P < 0.05)。3D打印组骨折愈合时间和术后12个月疼痛评分短于或低于对照组, 差异有统计学意义(P < 0.05)。3D打印组术后3、12个月Neer评分及术后12个月肌力、日常活动和关节活动范围评分高于对照组, 差异有统计学意义(P < 0.05)。术后3个月, 3D打印组肱骨头丢失高度、肱骨头内翻角小于对照组, 肱骨颈干角大于对照组, 差异有统计学意义(P < 0.05)。3D打印组出现1例(4.35%)肱骨头坏死, 对照组出现3例(15.00%)肱骨头坏死, 其余患者骨折均愈合。
结论应用3D打印技术辅助肩峰前外侧入路手术治疗Neer 3、4型PHF, 可显著缩短手术时间、骨折愈合时间, 减少术中出血量, 减少对肱骨近端血运的破坏, 显著改善患者肩关节功能。
Abstract:ObjectiveTo observe the clinical effect of 3D printing assisted anterolateral acromion approach in treatment of Neer type 3 and 4 of proximal humerus fractures (PHF).
MethodsA total of 43 patients with Neer type 3 and 4 of PHF who underwent anterolateral acromial approach were selected and randomly divided into control group (n=20) and 3D printing group (n=23). Operation time, intraoperative blood loss, fluoroscopy times, anatomic reduction rate and postoperative drainage volume were compared between the two groups. Follow-up for 12 months, the shoulder Neer score and Constant-Murley score (CMS) were recorded and compared between the two groups.
ResultsThe operative time, intraoperative blood loss, postoperative drainage volume and C-arm fluoroscopy times in the 3D printing group were significantly shorter or less than those in the control group (P < 0.05). Fracture healing time and 12 months postoperative pain score in the 3D printing group were significantly shorter or lower than those in the control group (P < 0.05). Neer scores of 3 and 12 months after surgery and muscle strength, daily activity and joint range of motion score 12 months after surgery in the 3D printing group were significantly higher than those of the control group (P < 0.05). Three months after surgery, the humeral head loss height and the humeral head varus angle in the 3D printing group were significantly lower, while the humeral neck trunk angle was significantly higher than that in the control group (P < 0.05). There was 1 case (4.35%) of humeral head necrosis in the 3D printing group, and 3 cases (15.00%) in the control group, and the fractures of the rest patients were all healed.
ConclusionThe application of 3D printing technology to assist the anterolateral acromial approach in treatment of Neer type 3 and 4 of PHF can significantly shorten the operation time and fracture healing time, reduce intraoperative blood loss, and reduce the damage to the proximal humerus blood supply, and significantly improve the shoulder joint function of patients.
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肩袖撕裂根据撕裂的深度可分为部分撕裂和全层撕裂[1]。研究[2-5]表明，部分肩袖撕裂患病率随着年龄的增长而上升，且比全层撕裂更为常见。根据撕裂的部位，部分撕裂又可分为滑囊侧、关节侧以及腱内部分撕裂。随着肩关节镜技术的发展，肩袖撕裂的手术治疗方式多样化，但在内排打结与无结之间的手术方式选择上存在争论，且关于打结与无结技术应用于滑囊侧撕裂的对照研究较少。本研究回顾性分析2018年6月—2021年6月江苏省苏北人民医院运动医学科滑囊侧肩袖撕裂患者94例的资料，比较打结与无结单线桥技术对滑囊侧肩袖撕裂的疗效，现报告如下。
1. 资料与方法
1.1 一般资料
纳入标准: ①保守治疗至少3个月无效果，未进行过关节腔注射，或患肩出现疼痛、力弱以及活动度下降等严重影响生活者; ②术前磁共振成像(MRI)及术中关节镜确诊为肩袖滑囊侧撕裂，撕裂范围1~3 cm者; ③随访时间≥12个月者。排除标准: ①关节侧、腱内肩袖部分撕裂以及全层撕裂者; ②合并有肩关节骨关节炎、类风湿性关节炎者; ③合并其他严重肩关节疾病者，如肱二头肌长头腱严重损伤、粘连性肩关节囊炎、上盂唇损伤、肩关节前方不稳或神经损伤等; ④患肩有手术史者。
所有患者均完成术前，术后3周、3个月、6个月和末次随访。共纳入94例，其中男35例，女59例; 年龄28~72岁，平均(56.3±8.8)岁；左肩39例，右肩55例; 肩袖撕裂2.0(1.5, 2.0) cm, 疼痛持续时间5.5(2.0, 12.0)个月; 外伤史29例，无明显外伤史65例。打结组46例采用打结单线桥技术，无结组48例采用无结单线桥技术。打结组年龄(57.1±9.7)岁，男17例，女29例; 右肩24例，左肩22例; 外伤14例，无外伤32例; 疼痛持续时间5.5(2.8, 12.0)个月，末次随访时间14.0(13.0, 15.6)个月，肩袖撕裂2.0(1.5, 2.0) cm。无结组年龄(55.5±7.9)岁，男18例，女30例; 右肩31例，左肩17例; 外伤15例，无外伤33例; 疼痛持续时间5.5(2.0, 11.0)个月，末次随访时间13.0(12.2, 14.0)个月，肩袖撕裂2.0(1.5, 2.0) cm。2组患者一般资料比较，差异无统计学意义(P>0.05)。术前常规进行MRI及B超检查，见图 1、图 2。
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图 1 术前检查与术中缝线方法A: MRI斜冠状面显示肩袖滑囊侧撕裂; B: MRI斜矢状面显示肩袖滑囊侧撕裂; C: 检查关节侧肩袖组织完好; D: 检查滑囊侧肩袖组织部分撕裂; E: 内排缝线打结; F: 内排缝线不打结。![]()
图 2 术前与末次随访时B超检查结果A: 术前B超斜冠状位显示冈上肌腱滑囊侧撕裂; B: 术前B超斜矢状位显示冈上肌腱滑囊侧撕裂; C: 末次随访时，冈上肌腱回声均匀正常，整体连续性存在，提示腱骨愈合良好; D: 末次随访时，冈上肌腱内箭头所指可见低回声区，整体连续性中断，提示存在肩袖再撕裂。1.2 手术方式
所有患者均采用气管插管全身麻醉，手术均由同一名具有丰富手术经验的高年资外科医生完成。患者取侧卧位，手法松解肩关节至活动度满意。术前标记锁骨、喙突及肩峰等骨性体表标志。术中进行控制性降压，收缩压尽量保持在90~100 mmHg, 用牵引架予以伸肘位牵引手术肩，术中采用水泵控制水压。取肩峰后角向内、向下各1 cm处的切口，建立肩关节后方入路[6]。顺序检查盂肱关节腔，关节内检查肱骨软骨面、肱二头肌腱、盂唇、盂肱关节间隙等结构，确保关节侧肩袖止点完整(见图 1C), 常规松解肩袖间隙。继续取肩峰外缘远侧3.5 cm处的切口，将关节镜移入肩峰下间隙，穿刺针引导下做外侧及后外侧入路，检查肩峰下滑囊以及肩峰形态，完成肩峰下减压。通过后外侧入路，探查肩袖滑囊侧的损伤情况(见图 1D), 应用探钩对撕裂宽度进行测量。肩袖残端及足印区常规新鲜化处理。沿内侧止点缘，斜45 °方向植入1枚内排双线锚钉(4.5 mm可吸收锚钉，美国强生)，采用缝合钩技术将缝线于冈上肌肌腱内侧止点处穿过肌腱，保持缝线之间的距离为0.5 cm左右。
1.2.1 打结组
依次将尾线打结，收集每个结的单线，使用外排锚钉(施乐辉，美国)，以单线桥技术完成对肩袖的修补，用剪线器依次剪除多余尾线。见图 1E。
1.2.2 无结组
完成肌腱过线后，收集4根尾线，不打结，使用外排锚钉(施乐辉，美国)以单线桥技术完成肩袖修补，用剪线器依次剪除多余尾线。见图 1F。
1.3 术后康复
术后患者常规服用非甾体类抗炎药1~2周。术后用肩关节30 °外展包固定4周。术后康复均在专业康复师指导下进行，术后第1天即开始被动活动锻炼，手术6周后开始进行积极主动的肩关节锻炼, 3个月后可行少量肩关节负重及日常活动, 6个月后可进行正常负重和生活娱乐活动。
1.4 评估指标
评估2组术前，术后3周、3个月、6个月与末次随访时的临床疗效; 术前，术后3周、3个月、6个月与末次随访时采用视觉模拟评分法(VAS)评估疼痛，并测量肩关节前屈、中立位外旋及体侧内旋活动度。同时，术前与末次随访时进一步采用美国肩肘外科协会(ASES)评分以及Constant肩关节功能评分评估肩关节功能状态。
为了便于统计分析，根据Constant评分量表，重新定义体侧内旋评分为[6-7]: 将手放于身体后方，同时大拇指竖直向上，大拇指到达大腿0分，臀部1分，骶髂关节2分, L5椎体水平3分, L4椎体水平4分，L3椎体水平5分, L2椎体水平6分, L1椎体水平7分, T12椎体水平8分, T9~11椎体水平9分，肩胛骨水平10分。
由同一名具有丰富肩袖研究经验的超声科医师，采用Barth超声影像分型[8], 根据肩袖组织厚度、回声改变情况将术后超声影像结果分为: Ⅰ型，肩袖组织厚度足够(>2 mm), 回声均匀正常; Ⅱ型，肩袖组织厚度足够(>2 mm), 伴有部分低回声或部分回声不均匀; Ⅲ型，肩袖组织变薄(≤2 mm)但整体连续; Ⅳ型，存在轻微的全层不连续，边缘清晰可见，提示有小的撕裂; Ⅴ型，喙肩弓下有一个大的不连续区域，其内侧边缘不可见，提示有中等或较大的撕裂。
1.5 统计学分析
应用SPSS 25.0统计学软件进行分析，采用ShapiroWilk法对数据进行正态性检验，符合正态分布的计量资料以(x±s)表示，数据采用独立样本t检验; 不符合正态分布的计量资料，如病程、末次随访时间、肩袖撕裂大小、VAS评分、前屈、中立位外旋、体侧内旋活动度，以[M(Q1, Q3)]表示, M为中位数, Q为四分位数，数据采用Wilcoxon符号秩检验; 计数资料以例数和百分率表示，组间比较采用χ2检验, Barth超声影像分型等级资料采用Wilcoxon符号秩检验, P < 0.05为差异有统计学意义[6]。
2. 结果
2.1 2组患者肩关节活动度比较
2组患者术前、术后3周时前屈、中立位外旋、体侧内旋活动度比较，差异无统计学意义(P>0.05); 术后3个月、6个月，无结组患者前屈及体侧内旋活动度优于打结组，差异有统计学意义(P < 0.05), 2组中立位外旋活动度差异无统计学意义(P>0.05); 末次随访时，无结组患者体侧内旋活动度仍优于打结组，差异有统计学意义(P < 0.05), 2组前屈、中立位外旋活动度差异无统计学意义(P>0.05)。见表 1。
表 1 2组患者肩关节活动度比较[M(Q1, Q3)]项目 时点 打结组(n=46) 无结组(n=48) 前屈/° 术前 127.5(97.5, 160.0) 140.0(96.3, 160.0) 术后3周 132.5(110.0, 155.0) 150.0(121.3, 158.8) 术后3个月 155.0(147.5, 160.0) 160.0(150.0, 165.0) # 术后6个月 165.0(160.0, 170.0) 170.0(160.0, 170.0) # 末次随访 170.0(170.0, 180.0)* 170.0(170.0, 180.0)* 中立位外旋/° 术前 40.0(20.0, 45.0) 30.0(30.0, 60.0) 术后3周 32.5(28.8, 46.3) 30.0(21.3, 45.0) 术后3个月 45.0(35.0, 50.0) 45.0(35.0, 50.0) 术后6个月 55.0(50.0, 60.0) 60.0(46.3, 65.0) 末次随访 60.0(60.0, 65.0)* 60.0(60.0, 70.0)* 体侧内旋/分 术前 4.0(2.0, 7.0) 5.0(3.0, 8.0) 术后3周 3.0(3.0, 5.0) 3.0(3.0, 6.0) 术后3个月 6.0(4.0, 7.0) 7.0(5.3, 7.8) # 术后6个月 7.5(7.0, 9.0) 9.0(7.3, 10.0) # 末次随访 9.0(9.0, 10.0)* 10.0(9.0, 10.0)* # 与术前比较, * P < 0.05; 与打结组比较, #P < 0.05。 2.2 2组患者疼痛VAS评分以及功能评分比较
2组患者术前与术后3周时VAS评分差异无统计学意义(P>0.05), 术后3个月、6个月和末次随访时差异有统计学意义(P < 0.05), 见表 2。功能评分方面, 2组患者术前ASES评分、Constant评分以及末次随访时Constant评分差异无统计学意义(P>0.05), 末次随访时无结组的ASES评分高于打结组，差异有统计学意义(P < 0.05), 见表 3。
表 2 2组患者疼痛VAS评分比较[M(Q1, Q3)]分 时点 打结组(n=46) 无结组(n=48) 术前 5.0(3.8, 6.3) 5.0(4.0, 6.0) 术后3周 2.0(1.0, 3.0) 1.0(1.0, 2.0) 术后3个月 1.0(1.0, 2.0) 1.0(0.3, 1.0) # 术后6个月 1.0(0, 1.0) 0(0, 1.0) # 末次随访 0(0, 1.0)* 0(0, 0) *# 与术前比较, * P < 0.05; 与打结组比较, #P < 0.05。 表 3 2组患者功能评分比较(x±s)分 指标 时点 打结组(n=46) 无结组(n=48) ASES评分 术前 46.37±15.53 47.53±14.83 末次随访 92.78±7.85* 96.87±5.09*# Constant评分 术前 48.28±16.46 52.50±14.93 末次随访 85.66±8.67* 87.22±4.41* 与术前比较, * P < 0.05; 与打结组比较, #P < 0.05。 2.3 2组患者肩袖愈合情况比较
末次随访时B超检查显示，打结组Barth超声影像分型Ⅰ级21例(45.65%), Ⅱ级14例(30.43%), Ⅲ型9例(19.57%), Ⅳ级2例(4.35%); 无结组患者B超影像分型Ⅰ级34例(70.83%), Ⅱ级8例(16.67%), Ⅲ型5例(10.42%), Ⅳ级1例(2.08%), 无结组愈合效果优于打结组。打结组出现再撕裂2例，再撕裂率4.35%, 无结组出现再撕裂1例，再撕裂率2.08%, 差异无统计学意义(P>0.05)。2组患者术后均未出现伤口不愈合、感染等并发症。见图 2。
3. 讨论
肩袖部分撕裂会引起肩关节疼痛和功能障碍，严重影响患者的正常生活[9-10]。尽管大部分滑囊侧撕裂患者都可通过保守治疗使症状得到缓解，但由于大多数撕裂的肌腱缺乏自我愈合能力，有撕裂进展的风险，并且随着中老年人健康意识的普遍提高，患者对肩关节功能和疼痛改善的期望也随之提高。因此，目前临床上对于撕裂厚度>50%或保守治疗失败的滑囊侧撕裂患者首先考虑手术治疗[11-12]。
目前临床上采用缝线桥打结技术修复肩袖撕裂，该技术可增大腱骨接触面积及压力，缩小腱骨愈合区间隙，防止关节液的渗入，最终促进腱骨愈合[13]。然而，有研究怀疑这种技术与较高的再撕裂率有关，特别是肌腱连接处的2型再撕裂[14-15]。曾有报道[16]指出，因为对肩峰下表面的撞击，线结也可能会导致骨溶解的发生。因此为避免上述线结的不良影响，部分学者开始对无结修复技术进行研究。
肩袖术后的疼痛与多种因素相关，也是影响患者就医体验的重要指标。本研究比较2组间疼痛评分，术后3个月开始，无结组患者的疼痛减轻较打结组更显著。国外有学者[17]提出，肩袖撕裂疼痛程度与撕裂的深度或大小无关，而与肩峰下滑囊炎的程度相关，部分肩袖撕裂有时甚至比全层撕裂疼痛感更强。另有部分研究[18]认为肩袖术后疼痛可能是由于肩袖滑囊面张力过大，造成肌腱滑囊面与关节面张力不匹配。因为早期手术创伤原因，术后3周时2组患者VAS评分差异不大，但术后3个月、6个月以及末次随访时，无结组较打结组疼痛缓解更显著。本研究认为线结对肩峰下滑囊及周围肩袖组织的刺激存在，导致滑囊组织的炎症反应增强，最终促使患者感受到更显著疼痛。健康肌腱中，没有神经纤维的分布。在早期愈合与修复阶段，神经纤维广泛长入肌腱，但在随后的重塑阶段，神经回缩到周围的肌腱鞘内[19-20]。线结引起局部组织缺血的环境，延长了肌腱的修复阶段，使神经纤维长久留存于肌腱内，使周围组织对疼痛的刺激更敏感。本研究发现，术后3个月及6个月时，无结组前屈及体侧内旋活动度优于打结组，末次随访时无结组体侧内旋活动度仍优于打结组。2组活动度上的差异可能来源于两方面，一方面可能是线结所引起局部炎症反应造成肩关节与周围组织粘连甚至疤痕组织形成，影响前屈及体侧内旋活动度; 另一方面可能归因于前屈及体侧内旋时线结对肩峰下滑囊的刺激更显著，患者为避免肩部不适感而主动降低活动度。
临床功能评分方面，末次随访时虽然2组间的Constant评分无显著差异，但无结组患者的ASES评分显著优于打结组，这可能与ASES评分中疼痛程度评分比重较大有关。KIM K C等[21]研究结果表明，术后2年，打结组ASES评分由(53.67±15.22) 分提升至(87.97±10.68)分，无结组ASES评分由(51.35±16.00)分提高至(89.70±7.53)分，术后差异不显著。这或许与术后中长期局部炎症反应减轻，患者对于疼痛的耐受性提高，患者生活娱乐活动的恢复等因素有关，有待进一步研究。
再撕裂作为肩袖修复术后的严重并发症，一直是肩袖临床研究的热点。从理论上说，线结所构成缝线环结构的存在，虽然使损伤肌腱与骨表面贴合更为紧密，但由于线结的应力集中与绞窄作用，可能导致线结周围的组织缺血坏死, 2型再撕裂的发生率提高，最终对长期愈合产生不利影响[22-23]。SUN Y C等[24]通过小鼠实验也证实，放置在肌腱上的不可吸收的线结可能会迁移到关节侧，导致慢性炎症，且线结周围组织因缺血而发生的坏死，可能会破坏结腱界面而引起腱骨愈合不良。RHEE Y等[25]对110例患者采用打结与无结线桥技术，发现两者均可改善术后功能，但无结组再撕裂率(5.9%)显著低于打结组(18.6%)。同时，打结组2型再撕裂发生率为72.7%, 而无结组无2型再撕裂。ŞAHIN K等[26]进行了一项关于打结与无结技术疗效的前瞻性随机对照研究，结果表明，打结组与无结组临床疗效相当，但无结组再撕裂中2型再撕裂率(23.1%)较打结组(75.0%)更低。本研究中，打结组出现2例再撕裂(4.35%), 而无结组仅出现1例(2.08%), 3例均为2型再撕裂。尽管2组的再撕裂差异不显著，但从超声影像评估上看，无结组的愈合效果要优于打结组，这或许还是归功于没有线结对周围组织的刺激。
不同于传统的缝线桥技术，本研究采用单线桥技术，其有以下几点优势: 对于中小型肩袖撕裂，可获得足够的腱骨接触面积; 对肌腱的加压强度适中，避免传统线桥技术过多加压对肌腱可能造成的缺血损伤，影响肌腱愈合; 只需1枚外排锚钉，缩短手术时间，也减少患者的费用支出。由于可放置在骨中的锚钉数量受到骨床大小的限制，增加修复结构中固定点数量的最佳方法是使用双线锚钉[27]。本研究两种技术都使用双线锚钉，但无结单线桥修复技术可避免肌腱血流灌注的减少，同时实现足够的腱骨接触面积和良好的生物力学性能[22], 操作上也更加容易。
本研究证实了无结单线桥技术相较于打结单线桥技术用于滑囊侧撕裂，可获得更好的临床疗效，对日后滑囊侧撕裂的治疗具有借鉴意义。但本研究也存在一些不足: 本研究样本量不够大，可能存在选择偏差; 该研究随访时间较短，结果只能反映手术的短期疗效; 末次随访时采用B超评估而不是更常用的MRI, 前者结果受检查者经验的影响较大，即使超声医师经验丰富也不能排除结果的偏差可能。往后需要更大样本、更长时间随访来证实无结单线桥技术对滑囊侧肩袖撕裂的可靠稳定疗效，同时需要在生物力学以及腱骨组织学方面验证无结单线桥技术的优势。
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图 1 肱骨近端Neer 3型骨折患者行3D打印技术辅助肩峰前外侧入路手术治疗前后及随访
A、B: 术前左肩正侧位，提示Neer 3型PHF; C、D: 术前实物模型正侧位，在实物模型上模拟演练复位及内固定可见骨折端复位良好，
肱骨内侧距恢复良好，钢板螺钉固定合适; E、F: 术后复查左肩正侧位，骨折复位固定较好，肱骨内侧距恢复良好; G、H: 术后3个月
左肩正侧位X线检查可见骨痂通过骨折线，骨折线较前模糊; I、J: 术后12个月左肩正侧位X线检查可见骨折线消失，骨折完全愈合。表 1 2组患者一般资料比较(x±s)[n(%)]
指标 3D打印组(n=23) 对照组(n=20) t/χ2 P 性别 男 10(43.48) 9(45.00) 0.010 0.920 女 13(56.52) 11(55.00) 年龄/岁 72.13±4.76 71.00±5.46 0.725 0.477 体质量指数/(kg/m2) 23.15±2.15 23.61±2.36 0.669 0.512 手术距受伤时间/h 3.56±1.24 3.47±1.36 0.227 0.823 骨折分型 3型 15(56.52) 13(65.00) 0.125 0.724 4型 8(43.48) 7(35.00) ASA分级 Ⅱ级 13(56.52) 13(65.00) 0.322 0.571 Ⅲ级 10(43.48) 7(35.00) 骨折原因 摔伤 11(47.83) 10(50.00) 1.488 0.475 交通意外 9(39.13) 5(25.00) 其他 3(13.04) 5(25.00) 
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表 2 2组患者手术相关情况比较(x±s)[n(%)]
组别 n 手术时间/min 术中出血量/mL 术后引流量/mL C臂机透视/次 解剖复位 3D打印组 23 100.22±14.47* 138.09±8.47* 35.78±4.23* 2.85±0.75* 21(91.30) 对照组 20 113.05±7.13 150.05±12.32 49.05±2.96 5.57±1.04 14(70.00) 与对照组比较, * P < 0.05。
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表 3 2组术后随访结果比较(x±s)
组别 n 骨折愈合时间/周 术后3个月Neer评分/分 术后12个月Neer评分/分 3D打印组 23 12.13±1.42* 74.74±3.86* 82.26±1.91* 对照组 20 13.45±1.43 72.20±2.97 80.50±1.43 与对照组比较, * P < 0.05。
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表 4 2组术后12个月CMS评分比较(x±s)
分 组别 n 疼痛 肌力 日常活动 关节活动范围 3D打印组 23 11.26±1.84* 21.13±2.10* 18.13±2.46* 34.52±3.53* 对照组 20 13.00±1.21 18.15±1.57 16.15±1.50 31.60±1.93 与对照组比较, * P < 0.05。
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表 5 2组术后3个月影像学资料比较(x±s)
组别 n 肱骨颈干角/° 肱骨头内翻角/° 肱骨头丢失高度/mm 3D打印组 23 133.82±2.15* 0.62±0.21* 1.42±0.22* 对照组 20 129.63±2.60 4.39±1.31 14.35±0.74 与对照组比较, * P < 0.05。
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