3D打印技術(shù)骨盆骨折診療應(yīng)用進(jìn)展＊

周 君，宮玉鎖，李盛華，朱艷國

（甘肅省中醫(yī)院，甘肅 蘭州 730050）

骨盆骨折在臨床治療中屬于較為常見的疾病，近年來我國骨盆骨折疾病病發(fā)率有所上升[1]。骨盆骨折多由嚴(yán)重高能量創(chuàng)傷所致，病死率、致殘率較高。骨盆骨折在臨床治療中手術(shù)難度大、手術(shù)風(fēng)險高，即使是技術(shù)高超的手術(shù)醫(yī)生，在手術(shù)開始前，也需要進(jìn)行詳細(xì)的思考，考慮如何進(jìn)行復(fù)位和手術(shù)入路，怎樣降低手術(shù)風(fēng)險，避免傷害重要的組織結(jié)構(gòu)[2-4]。在以往手術(shù)和檢查中，以常規(guī)CT檢查為主，此檢查方式是在病例病情穩(wěn)定后實施的檢查方式，將病例實際病情利用CT三維重建的形式進(jìn)行還原，可真實清晰的將病例骨折、骨盆之間的位置關(guān)系以及解剖結(jié)構(gòu)進(jìn)行清晰的顯現(xiàn)，形成一個清晰的三維立體的圖像，在診治中可起到?jīng)Q定性的作用，此外CT還能夠?qū)⒏骨粌?nèi)出血以及腹膜后出血的情況進(jìn)行顯示，提升診斷有效性，為日后的手術(shù)治療提供幫助[5-6]。隨著我國醫(yī)療水平的成熟和提升，3D打印技術(shù)也逐步成熟，根據(jù)有關(guān)學(xué)者的研究成果證實，3D打印技術(shù)能夠準(zhǔn)確的做到術(shù)前規(guī)劃以及快速的成型，對手術(shù)起到指導(dǎo)作用，還有相關(guān)文獻(xiàn)[7-8]結(jié)果表示，在手術(shù)開始前實施3D測量，能夠?qū)⑿g(shù)中螺釘測量時間進(jìn)行縮短，在一定的程度上可以降低手術(shù)時間，從而達(dá)到降低感染發(fā)生率的目的。與常規(guī)檢查和修復(fù)治療相比，傳統(tǒng)常規(guī)治療是根據(jù)操作醫(yī)生的經(jīng)驗進(jìn)行手術(shù)，無法進(jìn)行個體化精準(zhǔn)治療和個體康復(fù)，后續(xù)也無法做到針對性、科學(xué)性的康復(fù)，而3D打印技術(shù)能夠彌補(bǔ)此劣勢，在手術(shù)開始前醫(yī)生可根據(jù)骨盆骨折模型進(jìn)行模擬手術(shù)以及內(nèi)固定物的設(shè)計，為實際手術(shù)提供幫助，提升手術(shù)治療效果，同時可降低手術(shù)的風(fēng)險性，縮短術(shù)中出血量以及降低手術(shù)時間[9-10]。除此以外，3D打印的可視化模型有助于患者家屬了解骨折程度及手術(shù)方式，提高依從性。現(xiàn)本文就骨盆骨折診療中3D打印技術(shù)做一綜述，以期為臨床應(yīng)用和未來研究發(fā)展指明方向。

1 3D打印技術(shù)基本原理

3D打印依據(jù)CT或核磁采集的原始數(shù)據(jù)，通過Mimics計算軟件進(jìn)行三維重建，后輸入打印機(jī)，通過逐層打印，完成實物模型?，F(xiàn)在3D打印技術(shù)基本原理大致相同，只不過不同技術(shù)所采用的材料或者成形技術(shù)會有些許差異[11-13]。目前臨床上應(yīng)用較多的和骨科相關(guān)的成形方法主要有選擇性激光燒結(jié)（selective laster sintering，SLS）、熔融沉積成形（fused deposition modeling，F(xiàn)DM）、 光固化成形（stereolithography，SLA）等[14-16]。其中SLA所采用的打印材料是光面樹脂，其特點是能夠快讀打印，并且表面光滑，還能防水，但是存在一定的毒性，因此常常在脊柱中應(yīng)用。SLS的打印材料是金屬材料，鈦合金、鉻鉬合金等，其主要是用來打印假體、內(nèi)固定材料或者其他內(nèi)置物等。FDM的打印材料主要是蠟、聚碳酸酯等，因其打印速度慢，常應(yīng)用于術(shù)前模型。

2 骨盆骨折診治3D打印應(yīng)用方法

2.1 術(shù)前診斷

術(shù)前，臨床多采用X線和CT對骨盆骨折進(jìn)行診斷，其中CT的診斷準(zhǔn)確率高。骨盆是環(huán)形結(jié)構(gòu)，主要由髂骨、坐骨、恥骨以及后方的骶骨構(gòu)成，其形狀不規(guī)則，因此在二維圖像上常常會出現(xiàn)影像重疊的情況，給臨床診斷、分型甚至移位分析帶來諸多的不便，臨床常常會出現(xiàn)誤診和漏診的情況[17]。采用3D打印制作骨盆骨折模型，能夠最大程度顯示骨折部位、骨折移位情況，國外學(xué)者[18、19]研究顯示采用3D打印模型，骨折診斷準(zhǔn)確率高于X線和CT。

2.2 術(shù)前設(shè)計

骨盆解剖形態(tài)不規(guī)則，且解剖形態(tài)復(fù)雜，二維圖形不能清晰展現(xiàn)。采用3D打印技術(shù)展現(xiàn)骨盆骨折模型，對骨折部位和骨折類型可精準(zhǔn)了解，還可在骨盆模型上進(jìn)行鋼板及內(nèi)固定的塑形，從而極大縮短手術(shù)時間，降低術(shù)后并發(fā)癥[20]。國外學(xué)者[21]對2例骨盆骨折術(shù)前打印3D手術(shù)模型，手術(shù)過程中選擇髂腹股溝入路進(jìn)行骨折復(fù)位固定，獲得良好效果，未出現(xiàn)神經(jīng)血管損傷。

2.3 術(shù)中導(dǎo)航

骨盆合并髖臼骨折，手術(shù)難度大，常需要術(shù)者嫻熟的手術(shù)經(jīng)驗和精準(zhǔn)的骨折復(fù)位技巧，操作稍不慎，容易造成神經(jīng)、血管損傷。而且靠近關(guān)節(jié)部位骨折的螺釘置入，操作不當(dāng)容易產(chǎn)生嚴(yán)重的并發(fā)癥，而導(dǎo)致手術(shù)失敗[22-24]。在骨科手術(shù)過程當(dāng)中，常常采用瞄準(zhǔn)器或者模塊系統(tǒng)來輔助完成手術(shù)，但此類器械的精確度往往較差。采用3D技術(shù)來制作導(dǎo)航模板，可以依據(jù)患者的具體情況個性化定制，不僅可以幫助醫(yī)生在手術(shù)當(dāng)中對骨折進(jìn)行復(fù)位，還能夠準(zhǔn)確的確定內(nèi)固定位置以及固定的方向和長度，從而大大的提高了手術(shù)的成功率[25-26]。國內(nèi)學(xué)者張元智等人[27]建立骨盆骨折3D打印模型，采用3D導(dǎo)航技術(shù)，實現(xiàn)骶髂螺釘精準(zhǔn)置入。

2.4 骨折及相關(guān)置入物的個體化設(shè)計

在骨盆骨折手術(shù)過程中，因每位患者的解剖結(jié)構(gòu)存在較大差異，所以在臨床手術(shù)治療過程中很難找到完美匹配的內(nèi)固定置入物。在3D打印模型的基礎(chǔ)上，應(yīng)用Mimics計算軟件實現(xiàn)3D打印完美匹配的骨盆骨折內(nèi)固定物，實現(xiàn)個體化定制。在骨盆骨折時往往還需要植骨，臨床采用的植骨有兩種，一種是自體骨，另一種是同種異體骨，自體骨臨床效果良好，但受來源限制而較少使用；同種異體骨盡管來源比較廣泛，且還可以根據(jù)受區(qū)大小和形狀進(jìn)行定制，但易引起免疫反應(yīng)而影響愈合[28]。3D打印技術(shù)利用干細(xì)胞、活性因子及生物材料制成具有生物活性的置入物，并且相關(guān)生物活性材料置入后，有效骨組織繼續(xù)生長，其他材料降解或吸收[29-30]。

3 3D打印技術(shù)存在的問題

3.1 價格高昂

目前市場上的3D產(chǎn)品價格普遍高昂，主要存在兩個原因，一個是設(shè)備和材料的限制，一些關(guān)鍵設(shè)備和材料被一些大型公司和廠商壟斷，另外一個是臨床應(yīng)用對材料加工要求較高。所以目前臨床上主要是針對復(fù)雜骨折特別是骨盆骨折，采用3D打印技術(shù)制作骨折模型和輔助導(dǎo)航。

3.2 制作時間長

實際臨床應(yīng)用中，往往需要CT或者M(jìn)RI來進(jìn)行收集數(shù)據(jù)，后續(xù)還需要對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，最后才能進(jìn)行3D打印模型制作，此過程一般為2-3d，這就會引起患者在進(jìn)行急診手術(shù)時無法得到應(yīng)用，耽誤最佳治療時間。

3.3 模型應(yīng)用和實際情況不完全一致

3D打印技術(shù)制作的是孤立的骨折模型，忽略了軟組織、手術(shù)中復(fù)位、實際手術(shù)操作順序的影響。往往在臨床運用過程中存在著一定的偏差。國內(nèi)學(xué)者[31]采用3D打印技術(shù)應(yīng)用于復(fù)雜骨盆骨折治療，極大縮短手術(shù)時間，減少手術(shù)并發(fā)癥，但是21例患者中7例出現(xiàn)術(shù)前塑形的鋼板與實際情況不符，而導(dǎo)致術(shù)中二次塑形。

3.4 存在的安全隱患

有些手術(shù)操作者為了更好模擬手術(shù)操作，將3D骨盆模型簡單消毒后帶進(jìn)手術(shù)室進(jìn)行手術(shù)參考，但是3D材料系高分子材料，無法進(jìn)行高溫消毒，增大了手術(shù)風(fēng)險性。此外，模擬模型和實際手術(shù)操作存在著一定的差異，在實際的手術(shù)過程當(dāng)中不能夠過分的剝離軟組織，以期達(dá)到模擬手術(shù)效果，此種做法會增加手術(shù)創(chuàng)傷。

4 小結(jié)

3D打印順應(yīng)了精準(zhǔn)個體化要求，是今后骨盆骨折治療的發(fā)展方向。但是該技術(shù)還處于起步階段，應(yīng)用范圍較為狹窄，受到價格高昂、制作時間、以及與實際骨折情況不完全一致等不利因素影響，使得該技術(shù)未能在廣大基層醫(yī)院廣泛開展，僅限于經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)。限制了此項技術(shù)的發(fā)展。但是該技術(shù)對于復(fù)雜骨盆骨折的診斷分型和手術(shù)方案的制定有很大的指導(dǎo)意義，特別是對于合并髖臼骨折的復(fù)雜骨盆骨折，對于近關(guān)節(jié)部位的螺釘置入具有很強(qiáng)的現(xiàn)實指導(dǎo)意義，今后在3D打印材料及制作過程中進(jìn)行相關(guān)改進(jìn)，從而拓寬適用范圍，更好應(yīng)用于臨床和科研工作。