3D打印技术在复杂骨盆骨折个体化治疗中的应用

韩天宇 张昊 纪振刚 周大鹏*

骨盆骨折是创伤骨科中常见的重大创伤，常见于青壮年，多由高能量损伤所致，发生率逐年上升。不稳定骨盆骨折需要手术治疗已经形成共识，但因骨盆骨性结构不规则，空间构造的特殊性给诊断分型及手术带来较大困难。术前对骨折形态的理解大多来自X线平片及CT影像，没有实物，无法在术前详细、直观地计划手术方案，无法提供实际操作的机会，只能根据术中探查情况依照医生的经验决定固定方式，因此对临床医师提出了更高的要求，学习曲线较长[1]。近年来，“精准医疗”的要求越来越高，3D打印技术的出现有望解决个体化治疗的难题，通过3D打印实物模型可以明确诊断分型，在术前进行手术模拟操作，并于手术中精确还原[2-3]。本研究观察在复杂骨盆骨折个体化手术治疗中运用3D打印技术的治疗效果，探讨该技术的可行性、准确性。

1 资料与方法

1.1 一般资料

收集本院2015年7月至2018年7月收治的30例骨盆骨折手术患者的临床资料。其中，男20例，女10例;年龄25～58岁，平均45.6岁。致伤因素:交通伤19例，高处坠落伤8例，重物砸伤3例，均为闭合性损伤。合并损伤:尿道损伤4例，髋臼骨折4例，股骨颈骨折5例，股骨粗隆部骨折2例，股骨骨折7例，合并休克8例。骨盆骨折Tile分型:B1 7例，B2 3例，B3 4例，C1 9例，C2 3例，C3 4例。本组病例均有手术指征，所有病例均在2周内治疗。

1.2 术前准备

术前常规行骨盆3D-CT检查，扫描层厚0.625 mm，导出并存储DICOM格式数据。通过Mimics 10.0软件将DICOM格式的文件提取后对伤骨进行三维建模;3D打印机中导入骨盆三维模型STL文件，执行3D打印。本研究中使用的打印材料为ABS树脂。最终得到骨盆1∶1骨折模型备用。

根据骨折3D模型进行骨折分型，充分理解骨折形态，在软件上测量骨折移位及关节面塌陷的距离，根据3D模型进行模拟手术，包括选择手术入路、切口暴露范围，以骨盆健侧镜像为标准进行骨折模拟复位、钢板安放、塑形，以及螺钉长度、方向设计等一系列术前模拟操作[4]。

1.3 手术方法

所有手术均使用重建钢板进行骨折内固定，根据骨折类型不同，选取不同手术入路。采用髂腹股沟入路14例，Stoppa入路+外侧窗8例，前后联合入路6例，骶髂关节后入路2例。根据实体打印骨折模型做重建钢板的预弯及安置螺钉，标记螺钉长度、方向，术中根据骨折复位实际情况稍加调整后安置模拟手术时预弯的钢板，置入螺钉。

1.4 围手术期处理观察指标

围手术期使用抗生素预防感染及低分子肝素预防下肢深静脉血栓。切口负压引流放置2～3 d，术后即刻开始练习下肢肌肉收缩及踝关节屈伸主动活动，术后3 d开始非负重髋关节被动活动;卧床4～6周后扶拐站立与步行锻炼。术后3个月根据个体恢复情况弃拐行走。

记录术中出血情况，手术切口愈合情况，有无感染、神经损伤、深静脉血栓及其他脏器损伤等并发症。

出院后1个月，其后每隔3个月复查患肢X线骨盆正位+出口位+入口位，为观察有无固定物松动、骨折移位及骨愈合情况时加拍CT片。术后12个月患者骨盆骨折复位及骨盆功能恢复情况依据骨盆骨折复位Matta[5]评分及术后骨盆骨折功能Majeed评分[6]进行评估。

2 结果

本组病例证实3D打印模型与骨盆骨折基本一致，能够反映骨折细节。术中骨折复位后，大多可直接置入预塑形钢板进行固定，不需过多调整。术后切口均甲级愈合，无感染、神经损伤、深静脉血栓及其他脏器损伤等并发症发生。

手术时间65～150 min，平均（85.25±18.45）min;术中出血量400～1 000 mL，平均（617.50±265.32）mL;术中输血200～800 mL，平均（350.00±187.28）mL。均随访达12个月以上。骨折治疗后愈合时间12～18周，平均15.4周。按照Matta评分标准评估骨盆骨折复位:优22例，良6例，中2例，差0例，优良率93%。按照Majeed评分标准评定骨盆骨折功能:优24例，良3例，中3例，差0例，优良率90%。

图1 计算机辅助CT扫描骨盆成像及3D打印模型:A、B.骨折正面观;C、D.骨折侧面观。有助于直观理解骨折形态及与周围重要神经血管的关系

图2 术前与术后X线检查:A、B.术前与术后骨盆正位;C、D.术前与术后骨盆出口位;E、F.术前与术后骨盆入口位，显示骨折复位，骨盆高度、形态恢复正常;G、H.术后3个月关节功能情况;I.术后3个月时切口情况

3 讨论

骨盆骨折修复过程中，骨折复位质量的好坏以及固定的强度决定了手术的成败，医生对骨折形态的理解决定了手术入路及方式的选择，而单纯依靠影像学所提供的信息并不能完全满足骨科手术的需要[7]。随着科技的发展，3D打印技术及快速成型在各个领域的应用越来越多，尤其是在医用材料领域，取得了长足的发展[8]。鉴于个体之间的差异，骨结构不规则，以及"精准医疗"的理论要求，该技术在医学领域的实施亦给患者、医生带来了巨大的帮助[9]。

在本文典型病例的救治过程中，笔者利用3D打印技术在术前能做出1∶1骨折的实体模型，该患者系骨盆骨折伴骶髂关节前脱位，发生率低，对损伤类型及治疗方式的选择经验不多。通过模型能够直观、准确地了解骨折部位，尤其有助于低年资医生理解骨折形态，明确诊断与骨折分型，为患者进行个性化治疗打下良好的基础[10]。3D打印使得患者和医生获取相较影像学检查更加详细的解剖学信息，包括骨折周围重要血管成型，便于其形成三维、立体、现实直观的形象[11]。本例患者模型上可见臀上动脉与骨折的关系，提示术中应小心操作。术前医生可直接在模型上模拟处理骨折复位，预定骨折复位顺序，因骶髂关节前脱位少见，预计复位困难，术前做了充分预案，包括阻碍复位的骨块截骨处理，为术中节省了时间。术前笔者依据骨盆形态预弯钢板，确定螺钉安放位置、方向、长度及数量，可以直观判断关节内情况，避免了螺钉进入关节。这一步骤对临床工作十分重要，既往手术时间大部分花在骨折复位顺序和预弯钢板上。本研究中30例病例均于术中证实3D模型与实际骨折形态基本一致，大多已经预塑形的钢板不需再次塑形，节省塑形钢板的时间，从而显著减少手术时间，减少因术中出血量而对患者机体的干扰，从而降低感染等并发症的发生率。可见，在3D实体模型上进行手术模拟，方案设计，可以反复推敲确保手术的成功，作为精确化、个性化的新思路和方法对临床实践是有益的。

传统修复手术前，医生只能依靠X光、CT等影像资料在自己的大脑中进行模拟想象，但医生个体的外科临床经验和技能严重影响着修复方案的质量，而且无法与其他成员分享。本组研究通过3D打印技术，骨科医生可以逼真地模拟手术及预测评判治疗结果，从而为患者选择最佳的手术方案。这种“个体化设计—预演手术—精确实施”的模式大大提高了对骨折真实直观的了解及复位的精确度，大大缩短操作时间，安全性得到明显提高，便于医生间交流研讨，缩短了医生的学习曲线[12]。同时减少了X射线透视使用次数及时间，减少放射线暴露，有益于患者及医生的身体健康。而且本组研究在术前主管医生应用3D模型，方便患者及家属直观地了解伤情的复杂性、严重性，手术治疗的目的和操作的危险性，更好地取得其理解与配合，便于医患沟通交流的顺利进行。克服了以前只能在完整骨盆标本上交待病情，患者家属无法理解的缺点。总之，利用3D打印技术进行全面的骨折修复前评估，尤其针对复杂骨折类型，进行合理的术前规划、反复演练是解决临床复杂骨盆骨折治疗的一项有益举措[13]。

综上，笔者在复杂骨盆骨折修复治疗中应用3D打印技术达到精确、个体化治疗的目的，快速、可靠、简便，疗效确实。作为一种新兴技术在骨科创伤修复领域具有独特的优势和广阔的发展前景，值得在临床中推广应用。