3D打印技術在復雜骨盆及髖臼骨折手術中的應用

聶喜增　劉金輝　李　鋒　劉　博　謝　磊

(河北省 石家莊市第三醫院關節外科 050031)

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3D打印技術在復雜骨盆及髖臼骨折手術中的應用

聶喜增劉金輝李鋒劉博謝磊

(河北省 石家莊市第三醫院關節外科 050031)

[摘要]目的探討3D打印技術在復雜骨盆及髖臼骨折手術中的應用價值。方法回顧分析自2008年4月至2013年4月于我院行手術治療的不穩定型98例復雜骨盆、髖臼骨折病例的患者資料。其中30例患者術前行螺旋CT技術對復雜骨盆及髖臼骨折病例進行掃描后行影像學三維重建解剖學模型,將所得數據輸入快速成型機制作出與實體1:1大小的骨盆模型，將螺釘、鋼板內固定與骨盆模型擬合，明確內固定置入的方向、長度、角度等數據。依此對骨盆及髖臼骨折做出明確的診斷、分型,制定手術方案,術前模擬手術,指導手術治療(3D技術組);68例患者常規術前檢查及手術(常規技術組).對比兩組的術前、術中各項指標以及術后2年生活滿意度和6個月、1年和2年的SF36評分(n=98)。結果術前、術中各項指標兩組間比較差異有統計學意義(P<0.05)，術后2年生活滿意度和6個月、1年和2年的SF36評分(n=98)兩組間比較差異有統計學意義(P<0.05)。結論3D打印技術術前模擬能全面、直觀、精確地顯示骨盆的立體形態和各部位解剖結構的空間關系,對于骨盆及髖臼骨折的診斷、分型及治療均有很強的臨床指導作用,手術創傷小，手術時間快，康復快，提高了內固定物置入的安全性和準確性。它在復雜骨盆及髖臼骨折的治療中有著廣闊應用前景.

[關鍵詞]3D打印技術；快速成型技術；骨盆；髖臼；骨折

[DOI編碼]10.3969/j.issn.2095-9559.2016.03.012

骨盆骨折的形態部位復雜多樣，細微的骨折、結構錯位以及骶骨、骶髂關節、髖臼等處的重疊部分骨折易漏診，及時正確的做出診斷和分型對于臨床診斷、選擇適當的外科治療路徑、精確的導航復位、治療后的療效評價有指導意義。使用3D打印技術立體多方位顯示骨折部位，術前有利于術者對復雜骨盆及髖臼骨折分類的判斷，有助于骨科醫生精確判斷病變，采用相應的方案進行治療。快速成型技術打造1：1大小的骨盆模型，術前預先確定內固定螺絲釘和鋼板的位置，并對鋼板進行預成型，模擬手術流程，指導術者準確復位及進行合理的內固定，術中使用3D骨盆重建圖像和1:1大小3D骨盆模型可保證內固定物的準確定位，縮短手術時間，減小手術創傷。

1 材料與方法

1.1 一般資料 本研究選取2008年1月1日～2014年1月1日共98例不穩定型復雜骨盆及髖臼骨折患者，男52例，女46例，年齡26～75歲，平均35歲，其中38例患者術前采取CT三維重建、血管造影、3D打印快速成型、計算機模擬與個體化標本模擬手術，術中按術前計劃手術(3D組)；60例患者常規術前檢查及手術(常規組)。

1.2 掃描方法及重建步驟

1.2.1 所有患者均行骨盆前后位X線片檢查及CT薄層掃描。

1.2.2 30例患者均使用螺旋CT機(GE Lightspeed Ultra 18)行螺旋掃描，全程層厚2～3mm，層距2mm，螺距1.5:1，13～5mm準直，掃描時間3s,球管電壓120kV,電流160～250mA。均行回顧性重建，重建間隔1.25mm，重建在VQ工作站進行，采用VoxelQ軟件包(Version4.1,Picker),在獲取的二維圖像的基礎上通過表面遮蓋成像(shaded surface display,SSD),最大密度投影(maxium intensity projection,MIP),多平面重建(multiple plane reformation,MPR)和容積重建技術(VR)對復雜骨折進行多方位觀察。SSD根據需要選擇不同闕值(threshold)最低闕值200HU。通過對SSD圖像的旋轉，根據需要從任一角度進行切割。VR對4種組織類型不同闕值分別調節，使氣體、脂肪和軟組織的透明度接近零，從而獲得圖像。MPR的矢狀面和冠狀面圖像從各個方向顯示病變的立體及其周圍組織。并可根據要求消隱影響觀察的組織。如髖關節可使用切割程序，去除股骨頭，直接觀察髖臼窩，或去除髖臼，直接觀察股骨頭，對術后復查病例采用調節下限值技術，消除金屬內固定物偽影。

1.2.3 將CT掃描斷層數據以Dicom格式導入計算機，利用Mimies軟件重建骨盆三維圖像，通過三維重建模型可精確確定骨盆及髖臼骨折的部位、診斷及分型。再將轉換后的數據轉換成快速成型機器可督學的數據(STL)。

1.2.4 將所得STL數據輸入快速成型機。于術前制作出與實體1:1大小的骨盆模型。

1.3 術前準備

1.3.1 根據骨盆模型明確骨盆或髖臼骨折的類型。

1.3.2 根據骨盆模擬制定治療方法(手術或非手術)、選擇手術入路切口，并在模型上模擬合適的內固定類型和安裝方法(預彎鋼板、選擇合適長度的螺絲釘)。

1.4 手術 記錄3D組和常規組患者術中出血量、輸血量、手術時間等。

1.5 術后 記錄3D組合常規組患者術后2年生活滿意度和6個月、1年和2年的SF36評分。

2 結果

2.1 各組術中指標檢測結果比較3D組與常規組相比，術中出血量、輸血量、手術時間明顯減少差異有統計學意義(P<0.05)。見表1

表1 各組術中指標的檢測結果及其比較±s)

2.2 術后兩年生活質量調查比較 3D組與常規組相比，3D組：優8例,良12例,可5例,差2例，二次手術2例，多次手術1例，優良率達83.3%。常規組：優6例,良23例,可18例,差13例,二次手術6例，多次手術2例，優良率達69.1%,兩組間比較差異有統計學意義(P<0.05)。3D組骨盆及髖臼骨折復位質量：0-1mm 27例，2-3mm 3例，>3mm 0例，解剖復位率(0-1mm)90%。常規組骨盆及髖臼骨折復位質量：0-1mm 35例，2-3mm 25例, >3mm 8例，解剖復位率(0-1mm)51.4%。兩組間骨折復位質量比較差異有統計學意義(P<0.05)。見表2

表2 術后兩年患者生活質量調查比較

2.3 98位患者在三個時間點全部參加了SF36評分問卷調查，通過對比分析常規組在8個領域中低于3D組。兩組間比較差異有統計學意義(P<0.05)。

表3 常規組與3D組術后三個時間點的

3 討論

3.1 3D打印技術的價值和優點。3D技術通過對螺旋CT的數據采用表面遮蓋法SSD,最大密度投影法MIP,多平面重建發MPR,容積重建技術VR，作回顧性處理，使重疊圖像的生成成為可能，從而產生高質量的三維圖像，彌補了常規CT檢查的不足。3D技術三維重建可以直觀病變及其周圍結構的立體關系，全面、清晰的顯示骨折情況，減少漏診；還可以利用任意軸向和角度旋轉，選擇暴露病變的最佳視角進行觀察，以及利用圖像再處理功能消除某一骨性結構，以便更好的觀察骨折及碎骨片。為骨盆和髖臼的骨折提供了精確可靠的依據。從而有助于術者準確判斷病變，采用相應的手術入路，指導術中準確復位及選擇合理的內固定。 快速成型技術RP于術前制作出與實體1:1大小的骨盆模型，預先確定內固定螺釘或鋼板的位置，并對鋼板進行術前預成型。對減少手術創傷，縮短手術時間，創造了有利條件。術后3D技術科觀察手術是否成功，有無周圍軟組織損傷，以便可以及時進行二次手術糾正內固定器的錯位，有利于術后復查和隨訪。

3.2 3D打印技術的局限和問題。螺旋CT掃描層厚1～2mm的三維圖像較清晰，層厚≥5mm圖像則不清晰。螺旋CT三維重建掃描一般需掃40～60層，層數越多，螺旋CT機的工作耗損就越大，檢查的費用就越高。快速成型機打印材料費用昂貴，打印材料選擇少。本研究材料費用平均3000元人民幣。打印出的食物模型機械強度差，無法適應高強度長期使用。此外，作為臨床應用的3D打印模型，起材料必須具有生物相容性、可降解性，而目前很多材料不能滿足這些要求。因此，開發能夠適合醫學應用的3D打印材料是當務之急。

總之，3D打印技術可以減少手術創傷、有利于術后恢復，適合于骨盆、髖臼骨折的治療。3D打印技術輔助下治療復雜骨盆、髖臼骨折，是一種安全，有效的治療方法，手術創傷小，手術時間短，康復快，提高了內固定物置入的安全性和準確性。3D打印技術是目前骨科領域中最佳的手術輔助工具，擁有極其廣闊的應用前景。

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[中圖分類號]R472.9

[文獻標識碼]B[學科分類代碼]320.2799

[文章編號]2095—9559(2016)03—2089—02

[收稿日期]2015-09-22