3D打印技術(shù)在髖臼骨折術(shù)前評估中的應(yīng)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(shù)在髖臼骨折術(shù)前評估中的應(yīng)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(shù)在髖臼骨折術(shù)前評估的臨床應(yīng)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(jìn)行螺旋CT掃描，將其DICOM數(shù)據(jù)輸入計算機中。應(yīng)用3D打印技術(shù)打印骨折模型，將骨折模型與CT 3維重建影像進(jìn)行比較，制定手術(shù)方案，隨后實施手術(shù)，術(shù)后進(jìn)行影像學(xué)檢查，觀察復(fù)位效果。與既往僅根據(jù)x線及CT 3維重建影像進(jìn)行術(shù)前計劃者對比術(shù)后復(fù)位效果。結(jié)果7例隨訪X線及CT顯示關(guān)節(jié)面解剖復(fù)位5例，滿意復(fù)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(fù)位情況，使術(shù)前計劃更完善。結(jié)論3D打印技術(shù)應(yīng)用有助于術(shù)者對髖臼骨折的理解和術(shù)前計劃的制定，提高骨折復(fù)位質(zhì)量。［關(guān)鍵詞］髖臼骨折；3D打印；術(shù)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(fù)雜，其骨折是非常復(fù)雜的骨折。傳統(tǒng)上通常根據(jù)骨盆平片結(jié)合髖臼髂骨斜位和閉孔斜位判斷骨折類型，制定手術(shù)計劃；螺旋CT技術(shù)的出現(xiàn)后，多維影像學(xué)資料對臨床工作起到了很大的促進(jìn)作用。然而，利用醫(yī)學(xué)軟件進(jìn)行手術(shù)模擬則操作復(fù)雜，耗時很長，目前效果尚不令人滿意，基本沒有臨床應(yīng)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?yán)?D打印技術(shù)輔助髖臼骨折病例術(shù)前計劃，與常規(guī)術(shù)前手術(shù)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(guān)節(jié)）1例。

1.2術(shù)前計劃

所有患者術(shù)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(shù)據(jù)輸入計算機，采用Mimics17.0軟件進(jìn)行三維重建及術(shù)前模擬；DICOM數(shù)據(jù)同時交由院外專業(yè)3D打印公司采用選擇性激光燒結(jié)技術(shù)（SLS）按1：1比例打印髖臼骨折模型。根據(jù)影像學(xué)資料對骨折進(jìn)行分型，制定手術(shù)計劃；同時根據(jù)骨折3D打印模型制定手術(shù)計劃，對比兩種手術(shù)方案并根據(jù)實際情況調(diào)整手術(shù)計劃。手術(shù)計劃主要包括手術(shù)入路、骨折塊復(fù)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(shù)量等。

1.3手術(shù)方法

患者均在全麻下行手術(shù)治療，根據(jù)手術(shù)入路不同選用平臥或側(cè)臥位。按照術(shù)前制定手術(shù)方案進(jìn)行，術(shù)后行X線和CT三維重建檢查參照Matta標(biāo)準(zhǔn)［1］對骨折復(fù)位情況進(jìn)行評估。將2種術(shù)前手術(shù)方案（根據(jù)影像學(xué)方案、根據(jù)模型方案）與實際手術(shù)過程相比較，確定各手術(shù)方案與實際手術(shù)吻合程度，同時記錄實際手術(shù)所需的時間。

2　結(jié)果

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

該研究的結(jié)果顯示手術(shù)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(cè)塌陷并外翻移位骨折塊的復(fù)位和固定。前者術(shù)前影像學(xué)顯示骨折面不清，醫(yī)生術(shù)前往往不夠重視，造成術(shù)中復(fù)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(jīng)驗欠缺者容易遺漏骨折塊，導(dǎo)致術(shù)后復(fù)查發(fā)現(xiàn)骨折塊復(fù)位不滿意。該研究認(rèn)為在這兩種情況下，3D模型指導(dǎo)手術(shù)具有比較明顯的優(yōu)勢，對于臼頂塌陷翻轉(zhuǎn)小骨塊，模型上可清晰顯示骨塊翻轉(zhuǎn)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(fù)位順序，了解阻擋復(fù)位的骨塊情況，使手術(shù)醫(yī)生術(shù)前即可對骨折情況及骨折復(fù)位情況有充分預(yù)估，明顯提高手術(shù)效率，避免骨折塊復(fù)位和固定的遺漏。手術(shù)完成所需平均時間為102.4 min。術(shù)后CT顯示關(guān)節(jié)面解剖復(fù)位5例，滿意復(fù)位2例，沒有螺釘穿入關(guān)節(jié)腔。典型病例影像學(xué)資料見圖1～2。按傳統(tǒng)影像學(xué)方法行術(shù)前評估、制定手術(shù)計劃，失敗1例（圖3）。

圖1　典型病例1術(shù)前CT三維重建影像

圖2　典型病例1術(shù)前3D打印模型

圖3　傳統(tǒng)影像學(xué)制定術(shù)前計劃手術(shù)失敗病例

3　討論

髖臼骨折術(shù)后創(chuàng)傷性關(guān)節(jié)炎的發(fā)生率目前仍然較高，髖臼骨折復(fù)位效果與術(shù)后創(chuàng)傷性關(guān)節(jié)炎的發(fā)生關(guān)系最為密切。Briffa等認(rèn)為髖臼負(fù)重區(qū)復(fù)位不良、導(dǎo)致關(guān)節(jié)匹配不佳，基本可以肯定后期會發(fā)生創(chuàng)傷性關(guān)節(jié)炎。術(shù)前對骨折類型和骨折塊固有位置進(jìn)行仔細(xì)評估，詳細(xì)制定手術(shù)方案，有利于術(shù)中對骨折快速、準(zhǔn)確并有效的復(fù)位及固定，減少術(shù)后創(chuàng)傷性關(guān)節(jié)炎的發(fā)生。

在臨床中，通常認(rèn)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(xué)的缺點是只能在2維平面上觀察3維結(jié)構(gòu)［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(xiàn)；對于較小的、帶關(guān)節(jié)面的骨折塊，難以與普通碎骨折塊區(qū)分，導(dǎo)致術(shù)前手術(shù)者誤判、遺漏嵌插骨塊的復(fù)位或摘除本來應(yīng)該復(fù)位的骨折塊。

3D打印技術(shù)可以彌補計算機屏幕影像所缺乏的觸覺和視覺經(jīng)驗，加深骨科醫(yī)生對疾患解剖學(xué)和病理學(xué)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(shù)目前在世界范圍內(nèi)發(fā)展非常迅速，學(xué)者們將這種技術(shù)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(shù)輔助治療的7例髖臼骨折取得滿意效果。與相關(guān)報道一致［7-8］。3D打印模型有助于理解解剖結(jié)構(gòu)的空間構(gòu)型及相互之間的空間位置關(guān)系，但不能代替手術(shù)者的基本知識和手術(shù)經(jīng)驗。術(shù)者曾遇到一個病例，術(shù)中直視下骨折塊復(fù)位感覺基本滿意，卻缺少非常服帖的感覺，由于術(shù)者經(jīng)驗欠缺沒有引起重視，最終導(dǎo)致遺漏復(fù)位（圖3）；因此，髖臼骨折，尤其是后壁骨折，復(fù)位后沒有服帖感覺時復(fù)位肯定不會滿意，手術(shù)者不可輕易滿足。因此，對于髖臼骨折這類比較復(fù)雜的骨折，需要術(shù)者術(shù)前根據(jù)具體情況進(jìn)行綜合考慮、全面評估，術(shù)中仔細(xì)操作，術(shù)后不斷總結(jié)經(jīng)驗。

綜上所述，髖臼骨折外科治療非常有挑戰(zhàn)性，正確術(shù)前計劃的制定對快速準(zhǔn)確的完成手術(shù)起著非常重要的作用。3D打印技術(shù)因為其可將骨折實體化呈現(xiàn)，有助于術(shù)者對骨折部位解剖和復(fù)雜骨骼表面形狀空間構(gòu)型的理解，還可以實現(xiàn)手術(shù)方案的演練、修正并明確難復(fù)位骨折塊，制定骨折的復(fù)位順序、內(nèi)固定方式，從而有利于確定合理手術(shù)方案，改善術(shù)者術(shù)中的復(fù)位固定操作。另外該技術(shù)的應(yīng)用對于年輕醫(yī)生在髖臼骨折手術(shù)的訓(xùn)練方面也很有價值，能夠縮短髖臼骨折手術(shù)的學(xué)習(xí)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(guān)研究工作。

2016-05-15）