计算机辅助数字化模型及3D打印导板技术在骨盆骨折诊断及治疗中的应用

阿吉木·克热木，祖丽菲亚·买买提艾力，梁志林，艾克白尔·吐逊

骨盆骨折是骨科常见的高能量损伤，受盆骨解剖结构及伤情复杂等因素影响，患者的致残率及病死率均很高[1]。盆骨骨折的治疗方法可分为保守治疗和手术治疗，其中保守治疗周期长，易导致肌肉萎缩，且难以准确理想的对骨折进行修复，因此临床上以手术治疗为主[2-3]。传统的手术治疗，常因不稳定性骨折、手术时间长及复位不够稳定等因素影响，增加患者手术风险，并且手术计划制定主要通过影像片在医生脑中进行模拟，对手术的准确性造成影响[4]。近些年计算机辅助技术在骨科临床被推广应用，通过计算机辅助数字化模型设计，可对骨盆骨折进行迅速且准确的诊断，并通过3D打印技术制作个性化的导板，从而在术前进行准确规划[5]。目前关于计算机辅助数字化模型及3D打印导板技术在骨盆骨折手术中的报道较少，因此笔者通过对盆骨骨折患者给予计算机辅助数字化模型及3D打印导板技术治疗，以期为骨盆骨折的快速诊断及治疗提供依据，报道如下。

1 资料与方法

1.1 临床资料 选择2015年6月—2018年4月新疆喀什地区第一人民医院创伤骨科收治的96例骨盆骨折患者作为研究对象，入选者均符合盆骨骨折诊断标准[6]，经影像学检查确诊。排除标准：(1)合并有心肝肾功能障碍者；(2)手术禁忌证者；(3)长期使用非甾体类及糖皮质激素类药物者；(4)合并其他部位骨折者。采用随机数字表法分为对照组和观察组2组，各48例。2组患者一般资料比较差异无统计学意义(P>0.05)，具有可比性，见表1。本研究经医院医学伦理委员会批准，患者及家属知情同意并签署知情同意书。

表1 2组患者基线资料比较

1.2 手术方法 对照组采用传统的盆骨折修复手术：消毒铺巾，气管插管全麻后，髂腹股沟入路切口进行盆骨复位，C臂X线机引导下，取仰卧位，沿髂骨前嵴做髂腹股沟入路的第一窗口切口。切口向前延长至髂嵴的最上部，向下达髂前下棘，骨膜下分离髂肌，向内侧牵开髂肌和腹腔器官，暴露骶髂关节，将2个尖Hohmann拉钩插入骶骨翼，向内侧牵开腹腔器官，骶髂关节通过筋膜显露后，用髂嵴上的大骨钳复位半骨盆。复位后用2个多孔骨盆重建钢板和3.5 mm螺丝钉将骶髂关节固定，置引流后关闭软组织，生理盐水冲洗伤口，检查无异常后，缝合包扎。

观察组采用计算机辅助数字化模型及3D打印导板技术治疗：术前在计算机系统上将骨盆骨折断层以DICOM数据的形式导入Mimics 20.0软件中，通过定义上下、左右、前后方向后显示出水平面、冠状面、矢状面进行360°旋转观察，建立三维模型，从而确立骨盆骨折的部位、诊断及分型。将三维模型数据转化为STL格式，输入3D打印机(杭州铭展网络科技有限公司)中，打印出与真实骨盆骨折形状大小一致的全方位、立体骨折模型，根据此模型设计手术导板三维模型，将三维导板数据转化为STL格式，输入3D打印机中，打印出个体化设计的手术导板(见图1)，模拟手术操作从而制定手术方案。

图1 女性骨盆骨折患者计算机辅助数字化模型

实际操作：术前对手术导板进行消毒，患者气管插管全麻，仰卧于可透视手术台上，于腰骶椎下方垫一软枕，将患者稍抬离手术台。根据3D打印盆骨模型及3D打印导板，术前确定应使用的螺丝钉数目和位置。将3D打印导板与外固定支架匹配契合并贴合，根据耻骨支螺钉导向孔方向插入克氏针，从而确定皮肤穿入位置，做好切口，沿导板导向孔方向通过切口将导针钻入骨内，C臂X线机确定好深度，然后松动导板连接处，沿导针的逆方向去下，沿导针拧入空心拉力钉，C臂X线机透视骨盆正位、闭孔斜位、髂骨斜位确定螺钉位置合适，活动髋关节无异常后，缝合包扎。

2组患者术后给予为期5 d的常规预防感染治疗，并进行早期康复训练。

1.3 观察指标与方法

1.3.1 手术效果情况：对2组手术效果情况进行观察，包括手术时间、术中出血量、术中输血量及骨折愈合时间。

1.3.2 骨折愈合及盆骨功能情况：(1)术后3个月，对骨折愈合情况进行评价[7]。①优，术后患者步态正常且无疼痛，关节活动范围>75%；(2)良，术后步态正常但有轻微疼痛，关节活动范围在50%～75%之间；③及格，术后患者轻度跛行伴中度疼痛，关节活动范围<50%；④差，术后患者跛行伴明显疼痛，关节畸形。优良率=(优+良)/总例数×100%。(2)骨折复位质量满意度评价[8]。术后6个月，采用Matta评分标准进行评价。①非常满意，术后X线片显示，移位<1 mm；②满意，术后X线片显示，移位1～3 mm；③不满意，术后X线片显示，移位>3 mm。(3)盆骨功能评估[9]。随访1年，根据Majeed骨盆骨折评分系统进行评估。①优，评分≥85分；②良，评分在70～84分之间；③可，评分在55～69分之间；④差，评分<55分。

1.3.3 术后并发症情况：统计2组患者术后并发症发生率，包括神经损伤、切口感染、骨折愈合不良、深静脉血栓等。

2 结 果

2.1 2组手术相关指标的比较 观察组患者的手术时间、术中出血量、输血量及骨折愈合时间均明显短于/低于对照组(P<0.01)，见表2。

2.2 2组术后骨折愈合情况比较 观察组患者术后骨折愈合的优良率为95.84%(46/48)，明显高于对照组患者的79.17%(38/48)，差异有统计学意义(P<0.05)，见表3。

2.3 2组术后骨折复位质量满意度情况 随访1年，术后观察组Matta功能评分满意率明显高于对照组(P<0.01)，见表4。

表4 2组患者术后骨折复位质量满意度情况 [例(%)]

2.4 2组术后盆骨功能情况比较 随访1年，观察组Majeed骨盆骨折评分优良率均明显高于对照组(P<0.01)，见表5。

2.5 2组术后并发症情况比较 观察组患者术后并发症总发生率明显低于对照组(χ2=5.031，P=0.025)，见表6。

表2 2组患者手术相关指标的比较

表3 2组患者术后骨折愈合情况比较 [例(%)]

表5 2组患者术后盆骨功能情况比较 [例(%)]

3 讨 论

盆骨骨折是临床常见的骨科损伤，在全身骨折中可占到3%左右，骨盆骨折常会合并多发损伤，导致患者伤情严重，具有较高的致残率和病死率[10-11]。因盆骨形态不规则，解剖结构复杂，周围分布重要的神经和血管，临床治疗难度大、风险高，若处理不当会加重患者创伤，导致畸形及神经损伤等并发症，给患者生活质量带来严重影响，因此盆骨骨折是骨科临床最棘手的问题之一，骨盆骨折修复是骨科领域最具挑战性的手术[12-13]。

随着计算机技术的不断发展，计算机辅助骨科手术在骨科领域中被越来越广泛地应用，并使骨科微创技术得到不断提高[14]。通过结合医学影像数据，利用快速成型技术制作的骨模型，对骨科手术有极大的应用价值。3D打印技术是一种新型的快速成型技术，通过计算机软件进行三维数据重建，逐层打印、叠加成型的方式将可黏合材料打印成目标物体[15]。有研究表明[16]，计算机辅助数字化模型及3D打印技术，可对盆骨骨折进行准确的诊断，明显高于传统的CT和X线诊断。

近些年3D打印技术在骨科被越来越多地应用，包括术前计划、手术导板、手术置入物打印等方面，其中3D打印导引板技术应用最广，尤其对复杂的骨盆骨折的诊疗效果明显[17-18]。本研究结果显示，观察组患者的手术时间、术中出血量及输血量、骨折愈合时间均明显低于对照组(P<0.01)，这是因为通过计算机辅助数字化模型，可对骨折部位进行全方位的模拟观察，并可观察骨折部位骨质的详细情况，而传统手术仅可通过术前CT三维重建结果观察盆骨骨折情况，不能够实现任意角度的观察，医师术前在脑中模拟手术，然后制定手术计划，从而严重影响手术的进程，增加手术时间，并增加术中出血量。通过计算机辅助数字化模型及3D打印技术可使医师触摸盆骨骨折线的走行方向，充分了解骨折块的具体形态，观察周围血管情况，从而术前可对手术进行精确规划，确保手术的顺利进行，缩短手术时间，减少术中出血量及术中输血，利于患者术后快速康复，缩短骨折愈合时间[19]。

本研究结果显示，观察组患者的术后愈合优良率比对照组高，且术后并发症发生率较低(P<0.05)；随访1年，术后观察组Matta功能评分满意率和Majeed骨盆骨折评分优良率均明显高于对照组(P<0.01)。这是因为传统手术操作难度大，为提高手术效果，医师需要通过C臂X线机不断进行观察，使得透视次数增多，患者辐射损害也增加[20]。传统手术创伤大，对软组织的损伤更重；盆骨解剖结构复杂，螺钉置入较困难，位置不当易造成严重并发症。而计算机辅助数字化模型及3D打印技术，可通过3D打印出骨折模型，使医师进行多次体外模拟手术，可设计出最适用的手术入路，减少创伤，通过有效固定达到精准治疗的效果，减少术中及术后并发症[21]。通过3D打印导引板技术可避免传统手术中器械与患者个体差异，导致匹配度低的情况，从而使器械与患者骨折部位达到最佳匹配，提高术后愈合率[22]。通过骨折模型可有效对骨折进行诊断，并向患者及家属介绍手术方案及操作的危险性，提高患者依从性，利于患者术后愈合。通过在模型上反复复位演练，可取得良好的复位效果，提高骨折复位满意度，从而有利于患者术后盆骨功能的稳定恢复。

综上所述，通过计算机辅助数字化模型及3D打印导板技术对盆骨骨折进行诊疗，可使手术更精确，缩短手术时间，降低术后并发症发生率，提高骨折复位满意度，可获得较好的疗效。

表6 2组患者术后并发症情况比较 [例(%)]

利益冲突：无

作者贡献声明

阿吉木·克热木： 设计研究方案，实施研究过程，论文撰写；祖丽菲亚·买买提艾力：分析数据，资料搜集整理;梁志林：进行文献调研与整理;艾克白尔·吐逊：进行统计学分析，论文撰写