3D打印技术在髋臼骨折术前评估中的应用

王庆，安林，薛波，叶鹏翰，徐荣明宁波市第六医院骨科，浙江宁波　315040

3D打印技术在髋臼骨折术前评估中的应用

王庆，安林，薛波，叶鹏翰，徐荣明
宁波市第六医院骨科，浙江宁波315040

目的 探讨3D打印技术在髋臼骨折术前评估的临床应用价值。方法 整群选取2014年1月—2015年6月对该院收治的7例髋臼骨折患者进行螺旋CT扫描，将其DICOM数据输入计算机中。应用3D打印技术打印骨折模型，将骨折模型与CT 3维重建影像进行比较，制定手术方案，随后实施手术，术后进行影像学检查，观察复位效果。与既往仅根据x线及CT 3维重建影像进行术前计划者对比术后复位效果。结果7例随访X线及CT显示关节面解剖复位5例，满意复位2例。与3维重建影像相比，可以更直观观察骨折块移位情况，在模型上可以模拟骨折复位情况，使术前计划更完善。结论3D打印技术应用有助于术者对髋臼骨折的理解和术前计划的制定，提高骨折复位质量。［关键词］髋臼骨折；3D打印；术前评估

［Abstract］Objective To explore the value of three dimension 3D printing technology in the pre-operation evaluation of acetabular fractures.Methods Convenient selection from January 2014 to June 2015,spiral CT scan was performed in 7 patients with acetabular fracture.DICOM data were imported into Mimics software.The fracture models were printed out by 3D printing technology.Models and 3D reconstructed images were compared respectively.Operative planning was worked out,and then the operation was implemented.Postoperative reduction quality was assessed on radiographs and CT scan by observers.The results were compared with the planning that made on the basis of imaging.Results The follow up CT scan showed that 5 patients achieved anatomic reduction of articular surface,and 2 patients achieved satisfactory results.Comparative result shows that surgeons with 3D technology can observe fractures visually and operations may be stimulated on modes.So pre-operative planning can be improved.Conclusion The 3D printing technology can help surgeons to understand about acetabular facture,and may be a powerful tool to work out preoperative planning.It can also improve reduction quality.

［Key words］Acetabular fracture；3D printing technology；Pre-operative planning

髋臼是不规则骨，位置在软组织深部，周围解剖复杂，其骨折是非常复杂的骨折。传统上通常根据骨盆平片结合髋臼髂骨斜位和闭孔斜位判断骨折类型，制定手术计划；螺旋CT技术的出现后，多维影像学资料对临床工作起到了很大的促进作用。然而，利用医学软件进行手术模拟则操作复杂，耗时很长，目前效果尚不令人满意，基本没有临床应用价值。该研究2014年1月—2015年6月整群选取该院收治的7例髋臼骨折患者作为研究对象，尝试利用3D打印技术辅助髋臼骨折病例术前计划，与常规术前手术计划相比、取得了更好的效果。

1　资料与方法

1.1一般资料

该研究2014年1月—2015年6月整群选取7例髋臼骨折患者作为研究对象，其中男4例，女3例，平均年龄（30.5±5.2）岁，无合并其他部位骨折。按AO分型：A1.3型（后壁骨折伴边缘塌陷）2例，A2.3型（后柱合并后壁）1例，B1.2型（高位前柱合并后半横行）1例，C2.3 b1型 （高位前柱合并后柱及后壁1个骨折块）1例，C2.3b2型（低位前柱合并后柱及后壁粉碎骨折无嵌插）1例，C3型（双柱骨折累及骶髂关节）1例。

1.2术前计划

所有患者术前常规行骨盆平片、髂骨斜位及闭孔斜位片；同时行骨盆螺旋CT扫描检查 （西门子64排CT），随后将DICOM数据输入计算机，采用Mimics17.0软件进行三维重建及术前模拟；DICOM数据同时交由院外专业3D打印公司采用选择性激光烧结技术（SLS）按1：1比例打印髋臼骨折模型。根据影像学资料对骨折进行分型，制定手术计划；同时根据骨折3D打印模型制定手术计划，对比两种手术方案并根据实际情况调整手术计划。手术计划主要包括手术入路、骨折块复位顺序及临时固定方案、钢板塑形后形状及放置位置、螺钉固定方向及数量等。

1.3手术方法

患者均在全麻下行手术治疗，根据手术入路不同选用平卧或侧卧位。按照术前制定手术方案进行，术后行X线和CT三维重建检查参照Matta标准［1］对骨折复位情况进行评估。将2种术前手术方案（根据影像学方案、根据模型方案）与实际手术过程相比较，确定各手术方案与实际手术吻合程度，同时记录实际手术所需的时间。

2　结果

7例髋臼骨折术前均根据3D打印技术制作骨折模型，并根据影像资料及模型制定手术方案，7例髋臼骨折均按术前手术方案进行手术。结果显示实际手术过程与术前手术方案吻合程度以根据模型制定的方案为最高，吻合程度最差的为根据X线平片制定的术前方案。

该研究的结果显示手术医生容易失误处为臼顶部小的嵌插骨块及臼顶部向近侧塌陷并外翻移位骨折块的复位和固定。前者术前影像学显示骨折面不清，医生术前往往不够重视，造成术中复位困难；后者则通常是由于K-L入路显露髋臼顶部不够充分，由于臼顶位置塌陷的骨折直视下看不到骨折线、又没有异常活动，经验欠缺者容易遗漏骨折块，导致术后复查发现骨折块复位不满意。该研究认为在这两种情况下，3D模型指导手术具有比较明显的优势，对于臼顶塌陷翻转小骨块，模型上可清晰显示骨块翻转情况；对臼顶嵌插坍陷的骨块，模型可清晰显示骨折块大小及移位情况；最大优势是可以模拟骨折块复位顺序，了解阻挡复位的骨块情况，使手术医生术前即可对骨折情况及骨折复位情况有充分预估，明显提高手术效率，避免骨折块复位和固定的遗漏。手术完成所需平均时间为102.4 min。术后CT显示关节面解剖复位5例，满意复位2例，没有螺钉穿入关节腔。典型病例影像学资料见图1～2。按传统影像学方法行术前评估、制定手术计划，失败1例（图3）。

图1　典型病例1术前CT三维重建影像

图2　典型病例1术前3D打印模型

图3　传统影像学制定术前计划手术失败病例

3　讨论

髋臼骨折术后创伤性关节炎的发生率目前仍然较高，髋臼骨折复位效果与术后创伤性关节炎的发生关系最为密切。Briffa等认为髋臼负重区复位不良、导致关节匹配不佳，基本可以肯定后期会发生创伤性关节炎。术前对骨折类型和骨折块固有位置进行仔细评估，详细制定手术方案，有利于术中对骨折快速、准确并有效的复位及固定，减少术后创伤性关节炎的发生。

在临床中，通常认为髋臼骨折间隙或阶梯小于2 mm通常是能够接受的。但是影像学的缺点是只能在2维平面上观察3维结构［2-3］；对于隐蔽部位骨折由于图像遮盖因素，有时难以发现；对于较小的、带关节面的骨折块，难以与普通碎骨折块区分，导致术前手术者误判、遗漏嵌插骨块的复位或摘除本来应该复位的骨折块。

3D打印技术可以弥补计算机屏幕影像所缺乏的触觉和视觉经验，加深骨科医生对疾患解剖学和病理学的理解。Bizzotto［4］等的研究表明：相对于2D和3D重建影像，3D打印模型非常有助于提高医生对骨折类型的理解。3D打印技术目前在世界范围内发展非常迅速，学者们将这种技术用于治疗各种骨科疾患、包括先天性小儿骨科疾病或肿瘤［5-6］。

本组采用3D打印技术辅助治疗的7例髋臼骨折取得满意效果。与相关报道一致［7-8］。3D打印模型有助于理解解剖结构的空间构型及相互之间的空间位置关系，但不能代替手术者的基本知识和手术经验。术者曾遇到一个病例，术中直视下骨折块复位感觉基本满意，却缺少非常服帖的感觉，由于术者经验欠缺没有引起重视，最终导致遗漏复位（图3）；因此，髋臼骨折，尤其是后壁骨折，复位后没有服帖感觉时复位肯定不会满意，手术者不可轻易满足。因此，对于髋臼骨折这类比较复杂的骨折，需要术者术前根据具体情况进行综合考虑、全面评估，术中仔细操作，术后不断总结经验。

综上所述，髋臼骨折外科治疗非常有挑战性，正确术前计划的制定对快速准确的完成手术起着非常重要的作用。3D打印技术因为其可将骨折实体化呈现，有助于术者对骨折部位解剖和复杂骨骼表面形状空间构型的理解，还可以实现手术方案的演练、修正并明确难复位骨折块，制定骨折的复位顺序、内固定方式，从而有利于确定合理手术方案，改善术者术中的复位固定操作。另外该技术的应用对于年轻医生在髋臼骨折手术的训练方面也很有价值，能够缩短髋臼骨折手术的学习曲线，通过对比影像资料和3D模型，更快、更好地掌握和理解髋臼骨折分型。

［1］Briffa N,Pearce R,Hill AM,et al.Outcomes of acetabular fracture fixation with ten years'follow-up［J］.Bone Joint Joumal,2011，93（2）：229-236.

［2］Hurson C,Tansey A,O'Donnchadha B,et al.Rapid prototyping in the assessment,classification and preoperative planning of acetabular fractures［J］.Injury-international Journal of the care of the Injuned Injury，2007，38（10）：1158-1162.

［3］宋军,梅益彰,吴增城,等.复杂髋臼骨折复位及内固定的数字技术模拟研究［J］.中国临床解剖学杂志,2013,31（4）：393-396.

［4］Bizzotto N,Sandri A,Regis D,et al.Three-Dimensional Printing of Bone Fractures：A New Tangible Realistic Way for Preoperative Planning and Education［J］.Surg Innov，2015，22（5）：309-313.

［5］Starosolski ZA,Kan JH,Rosenfeld SD,et al.Application of 3-D printing（rapid prototyping）for creating physical models of pediatric orthopedic disorders［J］.Pediatr Radiol，2014，44 （2）：216-221.

［6］Tam MD,Laycock SD,Bell D,et al.3-D printout of a DICOM file to aid surgical planning in a 6 year old patient with a large scapular osteochondroma complicating congenital diaphyseal aclasia［J］.J Radiol Case Rep，2012，6（1）：31-37.

［7］张锐.3 D打印技术在髋臼骨折术中及术后康复中的应用［J］.中国继续医学教育,2015,7（29）：215-216.

［8］李涛,陈卓夫,龚辉,等.3D打印技术在复杂髋臼骨折术中的初步临床应用［J］.中国骨与关节损伤杂志,2016,31（4）：387-388.

Application of 3D Printing Technology in the Pre-operative Evaluation of Acetabular Fractures

WANG Qing，AN Lin，XUE Bo，YE Peng-han，XU Rong-ming
Department of Orthopedic,Ningbo 6th Hospital,Ningbo,Zhejinga Province,315040 China

R683

A

1674-0742（2016）08（b）－0177-03

10.16662/j.cnki.1674-0742.2016.23.177

王庆（1970.12-），男，河北馆陶人，博士，主任医师，从事创伤骨科的相关研究工作。

2016-05-15）