3D建模聯合血管重建打印在骨盆髖臼骨折中應用

王洪超　孫建　郝連升等

[摘要]目的探討3D建模聯合血管重建打印在骨盆髖臼骨折中應用。方法回顧分析自2014年12月～2016年4月于我院開展3D打印技術后行手術治療的9例復雜骨盆及髖臼骨折的患者資料，與2010年3月～2014年12月之間行常規手術治療的12例患者術前、術中各項指標進行對比。結果自2014年12月開展3D打印技術后，平均手術時間100min，平均術中出血694ml，均較之前有了明顯改善，術后Harris評分平均87.6，P>0.05。結論在復雜骨盆及髖臼骨折的病例中，術前打印骨盆及血管模型，有助于術者更好地了解骨折的分型及特點，縮短手術時間，減低手術難度，通過內固定物預先塑性能更精確的復位骨折，降低手術風險。

[關鍵詞]3D打??；電子預手術；骨盆；髖臼；髂血管打印

[中圖分類號]R683.3 [文獻標識碼]A [文章編號]2095-0616（2017）18-226-04

隨著電子計算機技術逐漸運用到醫學，數字化醫療隨之而生。骨科手術趨向于精確化、數字化、個性化。隨著3D打印技術的工業應用越來越成熟，也隨之應用在醫療行業，目前3D打印技術主要基于FDM技術，即熔融沉積造型技術。其基本原理是疊層制造，在X-Y平面內通過掃描形式形成制作的截面形狀，在Z坐標間斷的做層面標準厚度的移位，最終形成三維實體，目前常用的醫學建模軟件，如MIMICS，是基于醫學影像學的逆向軟件，屬于工業級有限元分析在醫學中的擴展應用?，F階段3D打印醫學應用理論呈現井噴式發展，但實際的臨床應用較少，只局限于少數大醫院。

在創傷骨科的患者中，骨盆及髖臼骨折屬于高能量損傷，特點是受傷暴力較重，損傷部位副損傷較多，而且由于骨盆及髖臼復雜的解剖特點，髂血管在骨盆走形比較靠近骨皮質，骨盆及髖臼骨折所造成的局部軟組織內充血腫脹常累及髂血管走形區，而髂血管的損傷所造成的后果通常是致命的，目前DSA造影劑CTA成像在術前通常較為常用，但是其本身對血管的顯影存在立體影像的局限性，因此這類骨折一直是創傷骨科醫生的一個難點與挑戰。筆者自2014年12月～2016年4月運用髂血管CTA聯合3D打印技術輔助手術治療復雜的骨盆及髖臼骨折9例，與開展3D打印技術前所進行的12例手術資料進行回顧性對比，證實3D打印技術在骨科手術的應用中有著良好的指導作用。

1資料與方法

1.1一般資料

選取我院2014年12月～2016年4月入院的復雜骨盆、髖臼骨折患者共9例，其中男4例，女5例，年齡30～50歲，骨折根據Letomnel和Judet分型：2例為前壁骨折，4例為前柱骨折，1例為橫行骨折，2例為完全雙柱骨折，致傷原因：4例為車禍暴力傷，5例為高處墜落傷，所有患者都于受傷后約1周進行手術治療。術前行常規X-Ray、CT及雙側髂總動脈CTA等影像學檢查，對骨盆及雙側髂總動脈3D數據進行術前打印。與2010年1月～2012年12月未開展3D打印技術時所行手術治療的12例骨盆及髖臼骨折手術治療的患者的資料在手術時間、術中出血量及術后髖關節功能Harris評分等方面形成對比。

1.2術前準備

1.2.1醫學影像資料準備 9例患者術前均行骨盆正位平片及骨盆三維CT掃描及增強掃描（CT型號：美國GE、層厚0.25mm）重建。首先將CT掃描的原始數據（常使用Dicom格式）使用MIMICS17.0軟件進行分析，使用蒙板技術對CT體素進行三維重建，并使用不同顏色蒙板來表達不同的骨折塊，同時對雙側髂總動脈及髂內外動脈使用特定的蒙板來表示，對患者的影像資料進行重建，在MIMICS17.0中測量骨折塊之間的距離以及各個骨折塊的旋轉移位關系，同時測量骨折塊與血管之間的距離，以求在術前最大限度的在體外還原體內的真實情況。最終導出STL格式的3D文件備用。

1.2.2電子預手術 將MIMICS17.0生成的STL格式的文件導入MAGICS18.0（Materialise比利時）軟件，可以對各個骨折塊位置關系進行重新評價，重新測量骨折塊的旋轉角度及移位距離，可以對骨折塊分別進行旋轉及牽拉，以使骨折復位，使術者及助手實現術前電子預手術，并且在預手術過程中預判髂內外血管牽拉的程度，對髂內外血管損傷的概率有了基本的了解，整個過程簡單明了。

1.2.3 3D模型打印 將MIMICS17.0生成的STL格式的文件導入CURA15.0進行切片處理（層厚0.2mm，填充率80%），經CURA15.0重新切片后形成斷層數據，最終形成斷層GCOED文件，可將GCODE文件導入3D打印機并最終打印為1：1實體，術者及助手在實體模型上演習骨折塊的復位及固定，判斷骨折復位過程中，髂血管和骨折線的關系。復位骨折塊后可以將內固定物依據患者的3D模型信息進行術前預塑性。

1.3手術方法

9例患者均采用全麻氣管插管，采取仰臥位體位。采取改良STOPPA入路進行手術。該入路切口可一直顯露至骶髂關節前緣，其中3例髖臼及骨盆后柱骨折患者因單一改良STOPPA切口復位骨折時顯露骨折線困難，所以聯合采用髂腹股外側窗切口，兩切口聯用的應用，在術中可清晰顯露骨盆內壁及四方體，按照術前演練的過程進行復位骨折塊，使用術前預彎曲的內固定材料。其中2例骨折塊復位困難，術中采取利用預塑性鋼板的弧度使骨折塊復位，完成骨折復位固定。其中1例患者術中出現顯露恥骨支時意外發現髂外靜脈損傷，給予行靜脈壁縫合修補。分別記錄每個患者的手術時間，出血量等手術信息。其中一例患者的術前術后資料見圖1。

1.4隨訪及記錄

術后1年患者患側髖關節功能Harris評分。該21例患者，都進行了術后定期隨訪，于術后1年對患者進行患側髖關節功能檢查，通過對比主觀疼痛、行走距離、有無畸形、患髖活動范圍等幾個指標進行評估并采用Harris評分標準來記錄評價髖關節功能。endprint

1.5統計學方法

統計學處理用統計軟件（臨床醫師統計學助手V4.0）分析，計量數據以（x±s）表示，采用t檢驗，以P<0.05為差異有統計學意義。

2結果

非打印組12例手術和打印組9例手術均順利完成，無一例患者死亡。手術時間、出血量均完整記錄，應用3D打印技術后手術時間明顯縮短；術中出血量因每例患者的損傷程度不同而出血量有較大出入，無統計學意義（t=1.9251，P>0.05）。術后隨訪結果?；俭y關節功能與之前常規組相對比，3D組為（87.6±7.0），非3D組為（84.0±7.3），無統計學意義（t=1.1215，P>0.05），說明術后髖關節功能效果評價帶有患者本人主觀性，因患者對功能恢復期望值不同以及對疼痛耐受力不同，該評分有較大偶然性。見表1。

3討論

對于骨盆及髖臼骨折，目前分型較多，且伴隨血管及血管周圍軟組織損傷較復雜，手術學習曲線較長，一般基層醫院難以掌握手術技巧，低年資醫生在復雜骨盆及髖臼骨折的治療中提升較慢。且常規的幾項術前檢查如DSA不能對骨盆骨折合并血管損傷的進行快速、準確的診斷，而且DSA檢查會給患者造成一定的創傷，并且容易并發血栓、動靜脈瘺及血腫等。CTA可在患者外周靜脈進行穿刺，但其表現形式仍然是平面圖像，很難真正表達出髂血管與骨折線之間的關系。而Materialise公司的MIMICS和MAGICS很好的解決了這個問題，MIMICS通過圖像蒙板技術重建三維模型，對不同的骨折塊使用不同顏色的蒙板，來區別血管及骨折塊，聯合MAGICS和MIMICS兩個軟件的應用，能對三維模型進行術前的電子預手術，可以測量骨折塊之間的移位關系，測量骨折塊的旋轉角度，動態表示血管與骨折線之間的關系，術前判斷血管有無損傷。使手術過程術前數字化。3D打印模型能清楚的顯示骨折塊的位置、大小以及提前確定骨折線是否靠近髂血管。通過3D打印技術，制造出來骨盆及髂血管1：1的3D模型使術者對骨折線及血管的形態一目了然，術前可以模擬骨折塊的復位過程，通過3D模型，在體外選擇并預塑性鋼板，測量使用螺釘的長度，這樣就減少了手術中間反復塑性及測量的時間并避免術中血管意外損傷。在較短的時間內實現骨折的解剖復位，降低手術副損傷，而且使低年資醫生在骨盆及髖臼骨折的病例中做到，術前對骨折類型及手術方案明確熟悉，很大程度上縮短青年醫師在復雜手術中的學習時間。但是術后患髖關節功能主要與手術者技術、復位滿意程度及患者的主觀感受有關系。

3D打印技術不僅為術者提供術前更多的影像信息，降低了手術難度，減少了術中出血，能更加清晰的和患者溝通。對患者來說，精確的復位及較少的手術時間能減輕血管周圍腫脹程度，很大的程度上避免了術后深靜脈血栓形成及髖關節創傷性關節的發生。因此，在復雜骨盆及髖臼骨折中，3D打印技術可實現復雜骨折患者的個性化治療。而且在醫療工作中有較大的醫學教育意義。endprint