3D打印技術(shù)在髖臼骨折手術(shù)中的應(yīng)用

陸儉軍+秦豪+陸聲榆+李曉+甘智+何錦威+林鑫欣+李穎+譚海濤

【摘要】目的探討3D打印技術(shù)輔助治療髖臼骨折的療效。方法選取2014年1月至2016年6月診治的髖臼骨折患者70例，按隨機(jī)數(shù)字表分為A組（3D打印輔助手術(shù)組）35例和B組（傳統(tǒng)手術(shù)組）35例， 比較兩組的手術(shù)時(shí)間、術(shù)中出血量、術(shù)后引流量、復(fù)位效果、髖關(guān)節(jié)功能等。結(jié)果所有患者獲得隨訪，隨訪時(shí)間6～24個(gè)月，平均12.6個(gè)月。A組手術(shù)時(shí)間（115.0±25.3）min、術(shù)中出血量（350.0±126.5）ml、術(shù)后引流量（120.0±15.1）ml均少于B組，A組用改良Matta影像學(xué)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)復(fù)位效果，優(yōu)良率為94.3%，按照改良 Merle DAubigné and Postel評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)評(píng)估髖關(guān)節(jié)功能優(yōu)良率為88.6%，均優(yōu)于B組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.05）。結(jié)論3D打印技術(shù)應(yīng)用于髖臼骨折手術(shù)可提升髖臼骨折整體手術(shù)效果。

【關(guān)鍵詞】髖臼骨折；3D 打印；術(shù)前規(guī)劃

中圖分類號(hào)：R683.42文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：ADOI：10.3969/j.issn.10031383.2016.05.006

【Abstract】ObjectiveTo evaluate the effect of 3D printing technology in the adjuvant therapy of acetabular fracture.Methods70 cases of acetabular fractures receiving treatment from January，2014 to June，2016 were selected，and they were divided into group A（3D printing assisted surgical group） and group B（traditional surgery group） according to random number table with 35 cases in each group.And then，operative time，bleeding volume，postoperative drainage volume，reset effect and the function of hip joint，etc.were compared between the two groups.ResultsAll patients were given followup visit for 6～24 months with an average of 12.6 months.In the group A，operation time was（115.0±25.3）min，intraoperative bleeding volume was（350.0±126.5）ml，account of postoperative drainage was（120.0±15.1）ml，all significantly less than those in the group B.In the group A，Matta radiographic scoring criteria was used to evaluate reduction effects，and fineness rate was 943%，and modified Merle Merle D'Aubigné and Postel scoring criteria showed that fineness rate of hip joint function was 88.6%，all significantly better than those of the group B，so difference was statistically significant（P<0.05）.Conclusion3D printing technology for acetabular fracture surgery can improve the overall surgical results of acetabular fractures.

【Key words】acetabular fracture；3D printing；preoperative planning

髖臼骨折為高能量損傷所致的關(guān)節(jié)內(nèi)骨折，髖臼解剖的復(fù)雜性及功能的重要性使髖臼骨折診斷分型及治療較為困難，成了創(chuàng)傷骨科醫(yī)生的一個(gè)挑戰(zhàn)，也一直是臨床研究的熱點(diǎn)[1]。髖臼骨折發(fā)生后，由于髖臼解剖位置深，形態(tài)復(fù)雜，常難以有效復(fù)位與固定，手術(shù)過程中易出現(xiàn)螺釘進(jìn)入關(guān)節(jié)、骨折塊移位等并發(fā)癥[2]。傳統(tǒng)的手術(shù)方案設(shè)計(jì)中術(shù)者對(duì)骨折線的判斷以及重建鋼板的植入位置、螺釘?shù)倪x擇，缺少三維空間的判斷，完全依賴于醫(yī)生個(gè)體的外科臨床經(jīng)驗(yàn)與技能，手術(shù)創(chuàng)傷大、術(shù)中出血多、康復(fù)周期長(zhǎng)。因此，完善的術(shù)前方案制定與手術(shù)效果密切相關(guān)，可以決定手術(shù)成敗。隨著數(shù)字醫(yī)學(xué)與3D打印技術(shù)的發(fā)展，2006年我國(guó)首先提出了“精準(zhǔn)外科”的概念，得到了國(guó)內(nèi)、國(guó)際醫(yī)學(xué)界的認(rèn)可[3]，實(shí)現(xiàn)了從虛擬到現(xiàn)實(shí)的轉(zhuǎn)變，醫(yī)生可直接根據(jù)3D打印模型對(duì)骨折線進(jìn)行分型，術(shù)前虛擬復(fù)位手術(shù)方案設(shè)計(jì)，確定個(gè)體化、最優(yōu)化的手術(shù)方案及模擬操作，以確保手術(shù)的成功，減少并發(fā)癥的發(fā)生。我院自2014年1月至2016年1月使用3D打印技術(shù)輔助治療髖臼骨折，并與傳統(tǒng)手術(shù)方法進(jìn)行比較，現(xiàn)報(bào)道如下。

1資料與方法1.1一般資料2014年1月至2016年1月髖臼骨折病例70例，經(jīng)醫(yī)院醫(yī)學(xué)倫理學(xué)委員會(huì)批準(zhǔn)，受試對(duì)象或其親屬知情同意并簽署同意書，按隨機(jī)數(shù)字表分為A組（3D打印輔助手術(shù)組）35例和B組（傳統(tǒng)手術(shù)組）35例。其中A組男25例，女10例，平均年齡（45.2±5.3）歲；致傷原因：車禍擠壓傷20例，高處墜落傷9例，壓砸傷6例；合并休克、內(nèi)臟損傷5例，伴其他部位骨折4例，坐骨神經(jīng)損傷2例；按照AO分型進(jìn)行分類，A型10例，B型14例，C型11例；受傷距手術(shù)時(shí)間平均（6.8±1.2）天。B組男24例，女11例，平均年齡（46.1±4.8）歲；致傷原因：車禍擠壓傷21例，高處墜落傷10例，壓砸傷4例；合并休克、內(nèi)臟損傷6例，伴其他部位骨折5例，坐骨神經(jīng)損傷1例；按照AO分型進(jìn)行分類，A型11例，B型15例，C型9例；受傷距手術(shù)時(shí)間平均（7.0±11）天。兩組病例在性別、年齡、受傷原因及骨折分型、手術(shù)時(shí)機(jī)方面的差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P>0.05），具有可比性。

1.2手術(shù)方法所有病例術(shù)前均進(jìn)行X線檢查，并用荷蘭飛利浦公司生產(chǎn)的64排螺旋CT進(jìn)行薄層掃描骨盆及股骨上段，掃描螺距0.5 mm，掃描電流100 mAs，掃描電壓100 kV。

1.2.1手術(shù)入路所有病例均采用氣管插管全身麻醉，手術(shù)由同一手術(shù)組、同一主刀醫(yī)師完成。根據(jù)不同的骨折類型采用不同的手術(shù)入路：（1）KL入路用于后壁、后柱骨折及簡(jiǎn)單橫行骨折、橫行骨折合并后壁、后柱骨折；（2）髂腹股溝入路用于髖臼前壁、前柱骨折、橫行骨折、“T”形骨折及前壁、前柱骨折合并髖關(guān)節(jié)中心型脫位、恥骨聯(lián)合分離或同側(cè)骨盆環(huán)骨折；（3）KL及髂腹股溝聯(lián)合入路用于復(fù)雜橫行、“T”形骨折、前柱伴后半橫行骨折、雙柱骨折。髂腹股溝入路、KL入路及聯(lián)合入路精準(zhǔn)修改及相互配合。

1.2.23D打印組將64排螺旋CT薄層掃描數(shù)據(jù)以DICOM格式導(dǎo)入到醫(yī)學(xué)3D圖像編輯處理Mimics14.0軟件中，對(duì)髖臼骨折進(jìn)行三維重建（Calculate 3D from Mask），根據(jù)三維重建圖像觀察骨折塊的相對(duì)空間位置確認(rèn)分型，并虛擬手術(shù)復(fù)位（見圖1）。利用復(fù)位骨折模型，以骨折的AO治療原則為準(zhǔn)，選擇合適手術(shù)入路，在復(fù)位骨折模型上畫線確定預(yù)設(shè)鋼板位置及每個(gè)釘孔位置。利用創(chuàng)建圓柱體功能創(chuàng)建直徑為2.5 mm圓柱體進(jìn)行虛擬釘?shù)滥M，按照實(shí)際術(shù)中情況調(diào)整每顆虛擬螺釘方向及長(zhǎng)度，并測(cè)量每顆螺釘長(zhǎng)度。同時(shí)，運(yùn)用“創(chuàng)建曲線”（Create Spline）在模型上布置一條紅色曲線即最佳鋼板植入位置，三維切割（Cut）預(yù)設(shè)鋼板位置骨折模型，切割模塊大小等于現(xiàn)實(shí)重建鋼板的長(zhǎng)度和寬度，得到預(yù)設(shè)鋼板位置骨面模型，文件以STL格式導(dǎo)入3D打印軟件markware中調(diào)整打印方位，3D打印出實(shí)物模塊（見圖2）。根據(jù)3D打印模型進(jìn)行術(shù)前重建鋼板的折彎，選擇合適孔數(shù)的鋼板，先折彎大的弧度，再折彎小弧度，爭(zhēng)取一次到位，避免反復(fù)折彎，折彎標(biāo)準(zhǔn)為離骨面平均距離<1 mm，亦可在骨盆模型上預(yù)彎鋼板（見圖2）。術(shù)中按照所預(yù)定的復(fù)位方案進(jìn)行復(fù)位并以預(yù)彎好的重建鋼板進(jìn)行比對(duì)，實(shí)現(xiàn)重建鋼板與某處骨面的完全服貼，該位置即為手術(shù)設(shè)計(jì)的鋼板置入位置（見圖3）。A：骨折三維圖像；B：復(fù)位后的三維圖像。

1.2.3傳統(tǒng)手術(shù)組術(shù)者術(shù)前根據(jù)患者X線片及CT掃描結(jié)果對(duì)骨折分型進(jìn)行判斷，根據(jù)骨折分型及自己的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行術(shù)前手術(shù)方案設(shè)計(jì)并進(jìn)行手術(shù)。

1.3術(shù)后處理術(shù)后傷口放置引流管，持續(xù)引流48～72 h。麻醉藥效果過后檢查患側(cè)下肢的感覺、運(yùn)動(dòng)、血運(yùn)情況。術(shù)后復(fù)查X線片及64排三維重建CT。針對(duì)不同的骨折類型和復(fù)位效果，根據(jù)術(shù)后X線片或者CT檢查判斷骨折愈合情況，進(jìn)行康復(fù)鍛煉，以獲得髖關(guān)節(jié)更好的功能。出院后對(duì)兩組病例進(jìn)行隨訪。

1.4評(píng)價(jià)指標(biāo)記錄并比較兩組病例手術(shù)時(shí)間、術(shù)中出血量、術(shù)后引流量。評(píng)價(jià)兩組復(fù)位效果，根據(jù)術(shù)后改良Matta影像學(xué)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)[4]：優(yōu)為小于1 mm解剖復(fù)位；良為小于3 mm滿意復(fù)位；差為大于3 mm不滿意復(fù)位。按照改良 Merle DAubigné and Postel評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)評(píng)估兩組髖關(guān)節(jié)功能[5]，使用疼痛、行走、活動(dòng)范圍來對(duì)術(shù)后髖關(guān)節(jié)進(jìn)行功能評(píng)定，總分是三部分得分相加，優(yōu)秀18分，良好15～17分，可13～14分，差<13分。

1.5統(tǒng)計(jì)學(xué)方法采用SPSS 16.0統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，計(jì)數(shù)資料比較采用χ2檢驗(yàn)，計(jì)量資料以（±s）表示，組間比較應(yīng)用兩獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)，檢驗(yàn)水準(zhǔn)：α=0.05。

2結(jié)果3D打印組手術(shù)時(shí)間、術(shù)中出血量、術(shù)后引流量均少于B 組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.05）。見表1。所有患者獲得隨訪6～24個(gè)月，平均12.6個(gè)月，根據(jù)術(shù)后改良Matta影像學(xué)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)：3D打印組的優(yōu)良率為94.3%，傳統(tǒng)手術(shù)組的優(yōu)良率為74.3%，3D打印組優(yōu)于傳統(tǒng)手術(shù)組（P<0.05）；按照改良 Merle DAubigné and Postel評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)評(píng)估髖關(guān)節(jié)功能：3D打印組優(yōu)良率為88.6%，傳統(tǒng)手術(shù)組的優(yōu)良率為657%，3D打印組優(yōu)于傳統(tǒng)手術(shù)組（P<0.05）。見表2。

3討論髖臼骨折屬于高能量暴力損傷。髖臼位置深，解剖形態(tài)復(fù)雜，毗鄰重要血管神經(jīng)，這些因素常導(dǎo)致髖臼骨折診斷分型、手術(shù)治療較為困難。普通X線片由于髖臼前后柱、股骨頭影像重疊，可提供的信息有限，臨床上容易出現(xiàn)漏診及誤診[6]。而螺旋CT的應(yīng)用，大大提高了髖臼骨折診斷的準(zhǔn)確性，通過CT室工作站進(jìn)行三維重建，提供二維圖像供手術(shù)醫(yī)師參考，有助于手術(shù)醫(yī)師了解病情并構(gòu)建手術(shù)計(jì)劃。但CT室影像學(xué)專業(yè)醫(yī)師三維重建出來的模型對(duì)骨折塊沒有復(fù)位，術(shù)者對(duì)骨折線的判斷以及重建鋼板的植入位置、螺釘?shù)倪x擇，只是憑經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行判斷，沒有三維空間的判斷，由此制定出來的手術(shù)方案質(zhì)量的高低，完全依賴于醫(yī)生個(gè)體的外科臨床經(jīng)驗(yàn)與技能，無法將手術(shù)全貌與成員組交流。

近20多年來，“數(shù)字醫(yī)學(xué)”概念的提出及在醫(yī)療領(lǐng)域的逐步應(yīng)用，使外科手術(shù)發(fā)生了重要變革。通過現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)，外科醫(yī)生可以建立解剖的人體結(jié)構(gòu)模型，用于評(píng)估治療效果的模型、術(shù)式評(píng)估的入路模型、手術(shù)練習(xí)的現(xiàn)場(chǎng)模型等[7]。在數(shù)字化技術(shù)的指導(dǎo)下，數(shù)字化醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)及計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對(duì)患者的影像可以任意變形或再修飾，完成手術(shù)前的數(shù)字化規(guī)劃，使得手術(shù)更加精準(zhǔn)及個(gè)體化。3D打印技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用，進(jìn)一步解決了術(shù)前規(guī)劃方案精準(zhǔn)再現(xiàn)的難題，可實(shí)體化地呈現(xiàn)骨折模型，克服了傳統(tǒng)影像學(xué)方法難以直觀了解的缺點(diǎn)，并允許對(duì)3D骨折塊模型進(jìn)行模擬手術(shù)操作，從而減少術(shù)中X線透視次數(shù)，節(jié)省手術(shù)時(shí)間，減輕手術(shù)創(chuàng)傷，解決了髖臼骨折治療的臨床標(biāo)準(zhǔn)化、精準(zhǔn)化、個(gè)體化的難題。

當(dāng)然，3D打印技術(shù)應(yīng)用于髖臼骨折也存在其局限性。如3D模型打印周期較長(zhǎng)、費(fèi)用較高，技術(shù)尚未得到廣泛應(yīng)用；3D打印技術(shù)作為一種相對(duì)較新的技術(shù)手段應(yīng)用于臨床骨科，其效果還需要大量臨床數(shù)據(jù)的進(jìn)一步驗(yàn)證；另外，3D打印技術(shù)的應(yīng)用無相關(guān)的技術(shù)規(guī)范、人文倫理和政策法規(guī)等方面的理論支持，多數(shù)應(yīng)用處于初級(jí)、試驗(yàn)性的臨床階段，涉及的理論和法律法規(guī)問題亟待解決。

總體而言，髖臼骨折治療對(duì)術(shù)者的技術(shù)要求高，術(shù)前手術(shù)方案的規(guī)劃和設(shè)計(jì)對(duì)手術(shù)快速準(zhǔn)確的完成起著決定性作用。3D打印技術(shù)可實(shí)體化地對(duì)髖臼骨折進(jìn)行分型，并允許對(duì)3D骨折塊模型進(jìn)行模擬復(fù)位及預(yù)彎鋼板，從而縮短了手術(shù)時(shí)間，減少手術(shù)損傷及術(shù)中出血量，進(jìn)一步改善手術(shù)效果，有助于患者早期進(jìn)行功能鍛煉，提高患者生活質(zhì)量。參考文獻(xiàn)[1]Tripathy SK，Goyal T，Sen RK.Nonunions and malunions of the pelvis[J].Eur J Trauma Emerg Surg，2015，41（4）：335342.

[2]周東升.髖臼骨折的治療進(jìn)展及思考[J].中國(guó)骨傷，2016，29（4）：293296.

[3]李鑒軼.3D打印技術(shù)促進(jìn)臨床醫(yī)學(xué)發(fā)展[J].中國(guó)臨床解剖學(xué)雜志，2014，32（3）：241242.

[4]Matta JM，Tornetta P 3rd.Internal fixation of unstable pelvic ring injures[J].Clin ORthop Res，1996（329）：129140.

[5]DAubigné RM，Postel M.Functional results of hip arthroplasty with acrylic prosthesis[J].J Bone Joint Surg（Am），1954，36A（3）：451475.

[6]李濤，陳卓夫，龔輝，等.3D打印技術(shù)在復(fù)雜髖臼骨折術(shù)中的初步臨床應(yīng)用[J].中國(guó)骨與關(guān)節(jié)損傷雜志，2016，31（4）：387388.

[7]唐雷. 數(shù)字醫(yī)學(xué)技術(shù)與精準(zhǔn)外科手術(shù)[J]. 中國(guó)實(shí)用婦科與產(chǎn)科雜志，2012，28（1）：79.

（收稿日期：2016-08-08修回日期：2016-10-25）

（編輯：潘明志）