3D打印技術在髖臼骨折術前評估中的應用

王慶，安林，薛波，葉鵬翰，徐榮明寧波市第六醫(yī)院骨科，浙江寧波　315040

3D打印技術在髖臼骨折術前評估中的應用

王慶，安林，薛波，葉鵬翰，徐榮明
寧波市第六醫(yī)院骨科，浙江寧波315040

目的 探討3D打印技術在髖臼骨折術前評估的臨床應用價值。方法 整群選取2014年1月—2015年6月對該院收治的7例髖臼骨折患者進行螺旋CT掃描，將其DICOM數據輸入計算機中。應用3D打印技術打印骨折模型，將骨折模型與CT 3維重建影像進行比較，制定手術方案，隨后實施手術，術后進行影像學檢查，觀察復位效果。與既往僅根據x線及CT 3維重建影像進行術前計劃者對比術后復位效果。結果7例隨訪X線及CT顯示關節(jié)面解剖復位5例，滿意復位2例。與3維重建影像相比，可以更直觀觀察骨折塊移位情況，在模型上可以模擬骨折復位情況，使術前計劃更完善。結論3D打印技術應用有助于術者對髖臼骨折的理解和術前計劃的制定，提高骨折復位質量。［關鍵詞］髖臼骨折；3D打印；術前評估

［Abstract］Objective To explore the value of three dimension 3D printing technology in the pre-operation evaluation of acetabular fractures.Methods Convenient selection from January 2014 to June 2015,spiral CT scan was performed in 7 patients with acetabular fracture.DICOM data were imported into Mimics software.The fracture models were printed out by 3D printing technology.Models and 3D reconstructed images were compared respectively.Operative planning was worked out,and then the operation was implemented.Postoperative reduction quality was assessed on radiographs and CT scan by observers.The results were compared with the planning that made on the basis of imaging.Results The follow up CT scan showed that 5 patients achieved anatomic reduction of articular surface,and 2 patients achieved satisfactory results.Comparative result shows that surgeons with 3D technology can observe fractures visually and operations may be stimulated on modes.So pre-operative planning can be improved.Conclusion The 3D printing technology can help surgeons to understand about acetabular facture,and may be a powerful tool to work out preoperative planning.It can also improve reduction quality.

［Key words］Acetabular fracture；3D printing technology；Pre-operative planning

髖臼是不規(guī)則骨，位置在軟組織深部，周圍解剖復雜，其骨折是非常復雜的骨折。傳統(tǒng)上通常根據骨盆平片結合髖臼髂骨斜位和閉孔斜位判斷骨折類型，制定手術計劃；螺旋CT技術的出現后，多維影像學資料對臨床工作起到了很大的促進作用。然而，利用醫(yī)學軟件進行手術模擬則操作復雜，耗時很長，目前效果尚不令人滿意，基本沒有臨床應用價值。該研究2014年1月—2015年6月整群選取該院收治的7例髖臼骨折患者作為研究對象，嘗試利用3D打印技術輔助髖臼骨折病例術前計劃，與常規(guī)術前手術計劃相比、取得了更好的效果。

1　資料與方法

1.1一般資料

該研究2014年1月—2015年6月整群選取7例髖臼骨折患者作為研究對象，其中男4例，女3例，平均年齡（30.5±5.2）歲，無合并其他部位骨折。按AO分型：A1.3型（后壁骨折伴邊緣塌陷）2例，A2.3型（后柱合并后壁）1例，B1.2型（高位前柱合并后半橫行）1例，C2.3 b1型 （高位前柱合并后柱及后壁1個骨折塊）1例，C2.3b2型（低位前柱合并后柱及后壁粉碎骨折無嵌插）1例，C3型（雙柱骨折累及骶髂關節(jié)）1例。

1.2術前計劃

所有患者術前常規(guī)行骨盆平片、髂骨斜位及閉孔斜位片；同時行骨盆螺旋CT掃描檢查 （西門子64排CT），隨后將DICOM數據輸入計算機，采用Mimics17.0軟件進行三維重建及術前模擬；DICOM數據同時交由院外專業(yè)3D打印公司采用選擇性激光燒結技術（SLS）按1：1比例打印髖臼骨折模型。根據影像學資料對骨折進行分型，制定手術計劃；同時根據骨折3D打印模型制定手術計劃，對比兩種手術方案并根據實際情況調整手術計劃。手術計劃主要包括手術入路、骨折塊復位順序及臨時固定方案、鋼板塑形后形狀及放置位置、螺釘固定方向及數量等。

1.3手術方法

患者均在全麻下行手術治療，根據手術入路不同選用平臥或側臥位。按照術前制定手術方案進行，術后行X線和CT三維重建檢查參照Matta標準［1］對骨折復位情況進行評估。將2種術前手術方案（根據影像學方案、根據模型方案）與實際手術過程相比較，確定各手術方案與實際手術吻合程度，同時記錄實際手術所需的時間。

2　結果

7例髖臼骨折術前均根據3D打印技術制作骨折模型，并根據影像資料及模型制定手術方案，7例髖臼骨折均按術前手術方案進行手術。結果顯示實際手術過程與術前手術方案吻合程度以根據模型制定的方案為最高，吻合程度最差的為根據X線平片制定的術前方案。

該研究的結果顯示手術醫(yī)生容易失誤處為臼頂部小的嵌插骨塊及臼頂部向近側塌陷并外翻移位骨折塊的復位和固定。前者術前影像學顯示骨折面不清，醫(yī)生術前往往不夠重視，造成術中復位困難；后者則通常是由于K-L入路顯露髖臼頂部不夠充分，由于臼頂位置塌陷的骨折直視下看不到骨折線、又沒有異常活動，經驗欠缺者容易遺漏骨折塊，導致術后復查發(fā)現骨折塊復位不滿意。該研究認為在這兩種情況下，3D模型指導手術具有比較明顯的優(yōu)勢，對于臼頂塌陷翻轉小骨塊，模型上可清晰顯示骨塊翻轉情況；對臼頂嵌插坍陷的骨塊，模型可清晰顯示骨折塊大小及移位情況；最大優(yōu)勢是可以模擬骨折塊復位順序，了解阻擋復位的骨塊情況，使手術醫(yī)生術前即可對骨折情況及骨折復位情況有充分預估，明顯提高手術效率，避免骨折塊復位和固定的遺漏。手術完成所需平均時間為102.4 min。術后CT顯示關節(jié)面解剖復位5例，滿意復位2例，沒有螺釘穿入關節(jié)腔。典型病例影像學資料見圖1～2。按傳統(tǒng)影像學方法行術前評估、制定手術計劃，失敗1例（圖3）。

圖1　典型病例1術前CT三維重建影像

圖2　典型病例1術前3D打印模型

圖3　傳統(tǒng)影像學制定術前計劃手術失敗病例

3　討論

髖臼骨折術后創(chuàng)傷性關節(jié)炎的發(fā)生率目前仍然較高，髖臼骨折復位效果與術后創(chuàng)傷性關節(jié)炎的發(fā)生關系最為密切。Briffa等認為髖臼負重區(qū)復位不良、導致關節(jié)匹配不佳，基本可以肯定后期會發(fā)生創(chuàng)傷性關節(jié)炎。術前對骨折類型和骨折塊固有位置進行仔細評估，詳細制定手術方案，有利于術中對骨折快速、準確并有效的復位及固定，減少術后創(chuàng)傷性關節(jié)炎的發(fā)生。

在臨床中，通常認為髖臼骨折間隙或階梯小于2 mm通常是能夠接受的。但是影像學的缺點是只能在2維平面上觀察3維結構［2-3］；對于隱蔽部位骨折由于圖像遮蓋因素，有時難以發(fā)現；對于較小的、帶關節(jié)面的骨折塊，難以與普通碎骨折塊區(qū)分，導致術前手術者誤判、遺漏嵌插骨塊的復位或摘除本來應該復位的骨折塊。

3D打印技術可以彌補計算機屏幕影像所缺乏的觸覺和視覺經驗，加深骨科醫(yī)生對疾患解剖學和病理學的理解。Bizzotto［4］等的研究表明：相對于2D和3D重建影像，3D打印模型非常有助于提高醫(yī)生對骨折類型的理解。3D打印技術目前在世界范圍內發(fā)展非常迅速，學者們將這種技術用于治療各種骨科疾患、包括先天性小兒骨科疾病或腫瘤［5-6］。

本組采用3D打印技術輔助治療的7例髖臼骨折取得滿意效果。與相關報道一致［7-8］。3D打印模型有助于理解解剖結構的空間構型及相互之間的空間位置關系，但不能代替手術者的基本知識和手術經驗。術者曾遇到一個病例，術中直視下骨折塊復位感覺基本滿意，卻缺少非常服帖的感覺，由于術者經驗欠缺沒有引起重視，最終導致遺漏復位（圖3）；因此，髖臼骨折，尤其是后壁骨折，復位后沒有服帖感覺時復位肯定不會滿意，手術者不可輕易滿足。因此，對于髖臼骨折這類比較復雜的骨折，需要術者術前根據具體情況進行綜合考慮、全面評估，術中仔細操作，術后不斷總結經驗。

綜上所述，髖臼骨折外科治療非常有挑戰(zhàn)性，正確術前計劃的制定對快速準確的完成手術起著非常重要的作用。3D打印技術因為其可將骨折實體化呈現，有助于術者對骨折部位解剖和復雜骨骼表面形狀空間構型的理解，還可以實現手術方案的演練、修正并明確難復位骨折塊，制定骨折的復位順序、內固定方式，從而有利于確定合理手術方案，改善術者術中的復位固定操作。另外該技術的應用對于年輕醫(yī)生在髖臼骨折手術的訓練方面也很有價值，能夠縮短髖臼骨折手術的學習曲線，通過對比影像資料和3D模型，更快、更好地掌握和理解髖臼骨折分型。

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Application of 3D Printing Technology in the Pre-operative Evaluation of Acetabular Fractures

WANG Qing，AN Lin，XUE Bo，YE Peng-han，XU Rong-ming
Department of Orthopedic,Ningbo 6th Hospital,Ningbo,Zhejinga Province,315040 China

R683

A

1674-0742（2016）08（b）－0177-03

10.16662/j.cnki.1674-0742.2016.23.177

王慶（1970.12-），男，河北館陶人，博士，主任醫(yī)師，從事創(chuàng)傷骨科的相關研究工作。

2016-05-15）