3D打印个体化治疗方案在骨盆骨折中的应用

范磊＃ 何斌＃ 王伯尧 秦虎 王云华*

骨盆骨折通常由高处坠落、车祸等大的暴力引起，临床常见，在全身骨折中占1%～3%[1]。由于损伤机制和个体结构的差异，不同患者骨折部位和移位情况不同，损伤组织结构深，局部血供丰富，和内脏器官相邻，骨折复位困难，因此骨盆骨折的手术治疗难度巨大。常规骨科内固定器械具有术中瞄准装置和定位系统，但均过于简单粗糙，精确度较差，术中还需要根据骨盆不同部位对钢板进行预折弯，往往延长手术时间，增加出血量 [2]。随着生物材料科学的飞速发展，3D打印技术这种精准的数字医学技术开始广泛应用于临床，尤其在复杂骨折的治疗中表现出了个性化、精确化等方面的优势，其可以实现对骨盆结构的真实模拟 [3,4]。笔者团队在2016年04月至2016年12月采用3D打印技术个性化治疗骨盆骨折11例，与常规手术组相比取得了良好的治疗效果。

1 资料和方法

1.1 一般资料

收集我院2016年4月至2016年12月间22例骨盆骨折患者，均为新鲜闭合性骨折。随机分为3D打印手术组（3D组）和常规手术组（对照组），3D组中男5例，女6例，年龄26～63岁，平均年龄41岁。骨折按照Tile分型，B2型5例，B3型1例，C1型3例，C2型2例（见表1）。对照组中男6例，女5例，年龄22～65岁，平均年龄42岁。骨折按照 Tile分型，B2型4例，B3型2例，C1型3例，C2型2例（见表2）。两组患者在年龄、性别和骨折Tile分型上无明显统计学差异（P＞0.05）。

1.2 术前3D模型制作和手术模拟

3D组患者术前进行骨盆64排薄层CT扫描和三维重建，得到准确的影像学数据，将数据进一步精确化并输入计算机，采用Mimics软件进行处理后导入3D打印机（华森医疗），应用3D打印技术按1∶1比例打印出骨折模型和复位后骨折模型。根据骨折影像学资料及3D模型，设计手术方案，准确评估骨折移位的方向，复位后的骨折位置，制定手术入路及内固定的方式，定制个体化解剖钢板，无需术中再次折弯，术前模拟整个手术步骤。

1.3 手术过程

3D组：患者麻醉成功后，根据不同骨折类型选择合适的体位，手术选择Stoppa切口、沿髂嵴切口。复位耻骨梳骨折断端，放置术前设计好的个体化解剖钢板，无需术中折弯，耻骨联合分离不稳定者行跨联合钢板固定，髂骨骨折复位后用定制的解剖钢板固定。术中可以依靠定制的解剖钢板来复位骨折块，尽量采用小切口插入的方法植入钢板。

对照组：患者麻醉成功后，根据不同骨折类型选择合适的体位，手术选择Stoppa切口、髂腹股沟切口、沿髂嵴切口。复位耻骨梳骨折断端和髂骨，术中需要预折弯重建钢板后固定骨折断端。

1.4 观察指标

所有病例进行术后随访，术后进行X线和CT三维重建影像学检查判断手术成功与否，记录手术所需时间、出血量和内固定物的长度、弧度、螺钉数量和方向，术后应用Matta评分[5]评估疗效。比较两组手术时间、出血量的差异。

1.5 统计学方法

采用SPSS 14.0统计学软件分析处理数据，定量资料以均数±标准差表示，组间差异比较采用t检验，P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 治疗情况

手术均顺利完成，所有病例术后随访2～8月，平均4.6月，术后均无感染、断钉等并发症。3D组11例手术时间（60±12）min，术中出血量（120±43）mL；切口入路和手术方式与术前计划相一致，所用内固定材料均为5～12孔骨盆弧形锁定钢板，均为术前根据3D打印模型提前设计，钢板数量、位置、弧度、螺钉数量和螺钉拧入方向与术前规划相同（见表1）；术后第2天复查X线片及CT三维重建，显示骨折复位好，内固定物位置良好，术后Matta评分均为优。对照组 11例手术时间（86±17）min，术中出血量（218±63）mL，3D组手术时间较对照组明显缩短，术中出血量明显减少（P＜0.05）（见表3）。

2.2 典型病例

患者，男，61岁。高处坠落伤，右侧耻骨梳、耻骨下支骨折，Tile分型B2型，入院后行3D打印个体化手术治疗方案，手术时间50 min，术中出血80 mL，切口入路和手术方式与我们术前分析和设计的一致，所用的一根12孔骨盆弧形锁定钢板，为术前根据3D打印模型提前设计，钢板放置位置、弧度、螺钉数量及方向与术前根据实体模型设计完全一致。

骨折复位良好，内固定物位置好，起到很好固定骨盆环的作用，螺钉位置良好，无穿入关节腔内，Mata评分为优，患者恢复情况良好，术后10周可以下床行走（见图1）。

表1，3D组11例骨盆骨折患者资料

表2，对照组11例骨盆骨折患者资料

表3，两组患者手术时间和术中出血量比较

图1，A术前骨盆平片；B术前骨盆三维重建；C 3D打印模型；D术前设计钢板和放置位置；E术后骨盆平片；F术后骨盆三维重建。

3 讨论

近年来，3D打印技术在骨科中的应用成为现代骨科研究的重点[6]，3D打印技术又被称为“快速成型技术”(Rapid Prototyping，RP)，每一例患者在临床如需应用3D 打印技术，则在术前进行64排薄层CT扫描后获得准确的影像学数据，将数据进一步精确化后再经相关专业分析软件进行三维重建和设计，将最终数据导入3D打印机，应用特殊材料例如液态材料、尼龙粉末等逐层打印或黏合构建出三维实物模型，最终形成临床所需要的实物3D模型，也被称为“增材制造”，是以影像三维模型数据为基础，经过计算机软件处理，应用相关特殊材料构建出三维实物，是“具有工业革命意义的制造技术”[7,8]。在此基础上，3D打印技术在最近几年已经成为骨科治疗领域研究的热点和重点，一些学者[9]提出“数字化骨科精准医疗”的理念，将3D打印等现代数字技术与骨折治疗的AO、BO理念相结合，根据3D打印实物模型，制订个体化、精准化治疗方案，术前设计好内固定物，提高手术准确性和安全性，缩短手术时间，减少手术创伤，减少术中出血。因此，3D打印技术可以很好的将现代数字化技术和生物材料技术相结合，将其应用于骨科治疗领域，可以为骨科手术治疗的个体化、精确化提供良好的条件。

骨盆骨折多为暴力较大的高能量损伤，骨盆骨折创伤大，类型复杂，肌肉牵拉作用明显，位移较大，往往合并脏器或血管神经的损伤，术中显露困难，复位和固定更加困难。受骨盆周围软组织结构的限制，骨折往往位置较深，周围有大量的血管神经丛，手术风险极高，并发症发生率高，术中出血量大 [10]。因此，术前制定良好的手术方案和规划可保证手术的顺利进行，有利于减少术中出血、很好的复位骨折块和放置内固定材料，牢固的固定骨盆环，降低术中神经、血管、脏器损伤的发生风险，明显缩短手术时间，减少术中创伤，对骨盆骨折手术治疗具有非常重要意义。我们虽然可以将术前三维CT影像学图像作为骨盆骨折手术方案的影像学参考，但CT三维重建为静态、平面图像，有些甚至存在伪影和失真等情况，临床医生常常无法了解其具体局部细节特征，无法准确制定良好的手术方案。有学者 [11]应用虚拟手术规划系统设计骨盆骨折的手术入路和方案，但其存在图像不够直观，不能很好反映骨折位移情况，不能根据图像设计内固定物，不能很好制定螺钉方向等缺点，未得到广泛的应用。而我们应用3D打印技术打印出来三维实体骨盆模型可以更好的表现骨折的位移和骨折块分离等细节，有利于对骨折进行准确分型和分类，在复位好的模型上可以设计个性化解剖内固定物，并能术前进行模拟复位和固定，提前预判整个手术过程，减少手术时间，手术风险[12]。Yu等 [13]应用3D打印技术治疗2例骨盆骨折患者，通过术前64排薄层CT检测数据导入计算机系统构建骨盆3D实物模型，并在模型上设计个性化解剖内固定物，提前思考和演练手术入路和设计内固定物，最终选择髂腹股沟入路对后柱骨折块进行复位，放置合适的个体化解剖钢板，未造成重要血管神经损伤，取得了良好的疗效。

本研究对骨盆骨折患者术前都进行骨盆64排薄层 CT扫描和三维重建，得到准确的影像学数据，将数据进一步精确化并输入计算机，采用 Mimics软件进行处理后导入3D打印机（华森医疗），应用3D打印技术按1∶1比例打印出骨折模型和复位后骨折模型。我们应用3D打印技术真实具体的还原了骨折的具体信息，更好的表现骨折的位移和骨折块分离等细节，有利于对骨折进行准确分型和分类，在复位好的模型上可以设计个性化解剖内固定物，选择最佳的手术入路，并能根据3D打印模型术前进行模拟复位和固定，提前预判整个手术过程，模拟操作后，在实际手术操作过程中可以有条不紊地进行正确的手术入路和复位内固定方式，术中可随时参考打印模型，尽可能的采用微创技术，减少术中C臂机透视频率，缩短手术时间，减少不必要的软组织损伤，减小手术切口，在很大程度上可以提高手术成功率、降低手术并发症发生率，减少肌肉血管神经的损伤几率，有利于患者的骨折愈合和功能的恢复。本组手术均顺利完成，所有病例术后随访2～8月，平均4.6月，术后均无感染、断钉等并发症。3D打印手术组11例手术时间（60±12）min，术中出血量（120±43）mL；切口入路和手术方式与我们术前计划相一致，所用内固定材料均为5～12孔骨盆弧形锁定钢板，均为术前根据3D打印模型提前设计，钢板数量、位置、弧度、螺钉数量和螺钉拧入方向与术前规划相同；术后第2天复查X线片及CT三维重建，显示骨折复位好，内固定物位置良好，术后Matta评分均为优。对照组治疗效果虽好，但是手术时间为（86±17）min，术中出血量（218±63）mL，3D组与对照组相比较术中出血明显减少，手术时间缩短存在很大优势，部分病例可以经皮微创操作，创伤较常规手术小，在骨盆骨折的治疗中取得了良好的临床治疗效果。

因此，3D打印个体化治疗方案应用于复杂骨盆骨折，术前可以根据精确化后的影像学数字信息打印出具体的三维实物模型，进一步了解骨折的细节和选择合适的个性化内固定物，进而能为患者制定精准的手术方案，选择合适的入路和复位方法，并且能有效的减少术中肌肉血管神经的损伤，降低手术难度，缩短手术时间，减少术中出血，减少患者术后并发症。数字化3D打印技术对于复杂骨盆骨折的治疗意义重大，能为患者带来福音，具有广阔的临床应用价值。

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