3D打印在不穩(wěn)定型股骨轉(zhuǎn)子間骨折修復(fù)中的應(yīng)用

高峰 陳平波

（新疆烏魯木齊市新疆醫(yī)科大學(xué)第四附屬醫(yī)院 新疆 烏魯木齊 830000）

隨著社會(huì)的老齡化，骨質(zhì)疏松癥患者的數(shù)量正在增加，而髖部是老年人骨質(zhì)疏松的好發(fā)部位。65歲以上的髖部骨折非手術(shù)治療者能恢復(fù)自力生活的只占50%，能恢復(fù)到傷前功能的占25%，而手術(shù)治療能讓80%的患者滿意。對(duì)于高齡轉(zhuǎn)子間骨折的患者，大都學(xué)者主張積極地手術(shù)治療，而且股骨轉(zhuǎn)子間骨折手術(shù)過程中往往容易由于復(fù)雜的三維解剖導(dǎo)致術(shù)中復(fù)位困難導(dǎo)致手術(shù)時(shí)間延長、手術(shù)顯性出血、隱性出血[2-3]等情況的發(fā)生，而這些情況已經(jīng)成為患者術(shù)后早期死亡的主要原因。近年來，隨著數(shù)字化醫(yī)學(xué)在臨床在臨床的廣泛應(yīng)用，手術(shù)方式正面臨著一場重要的改革，手術(shù)由以往的程序化、粗放化正越來越向個(gè)體化、精準(zhǔn)化以及微創(chuàng)化靠攏。正是借助于科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步及手術(shù)觀念的發(fā)展，才使一種新的手術(shù)模式成為可能——精準(zhǔn)手術(shù)，3D打印技術(shù)正是這一手術(shù)的完美詮釋?；贑T圖像的3D打印技術(shù)將骨折模型按1：1比例打印出來，更能從整體顯示不穩(wěn)定型股骨轉(zhuǎn)子間骨折的全貌，對(duì)于骨折分型、治療方案有很大幫助，因此3D打印技術(shù)的應(yīng)用能提供準(zhǔn)確的個(gè)性化手術(shù)方案。

1.3D打印

1.1 概念與原理

3D（3D打?。?，也稱為快速成型技術(shù)，是基于數(shù)字模型文件，運(yùn)用粉末狀金屬或塑料等粘合材料通過逐層堆積的方式制造三維實(shí)體的先進(jìn)技術(shù)。3D打印機(jī)與普通噴墨打印機(jī)工作原理基本相同[4]。在電腦上設(shè)計(jì)完完整的三維模型后，將膠體或粉末等印刷材料放入打印機(jī)，通過傳輸線或網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)將數(shù)據(jù)輸入打印裝置；打印機(jī)通過印刷頭將打印材料材料輸出，一層層疊出出實(shí)物。

1.2 技術(shù)與材料

3D打印技術(shù)主要包含光固化立體印刷、熔融沉積制造、 選擇性激光燒結(jié)/熔化和三維噴印等。當(dāng)前主流的3D打印技術(shù)及其應(yīng)用材料：選擇性激光燒結(jié)，基本材料為熱塑性塑料、金屬粉末、陶瓷粉末；光固化成形，基本材料為光硬化樹脂；熔融沉積成形，基本原料為熱塑性塑料、共晶系統(tǒng)、金屬、可食用材料。

1.3 相關(guān)設(shè)備

將掃描獲得的骨折圖像保存，將CT數(shù)據(jù)通過軟件處理并構(gòu)建三維模型，然后通過專業(yè)軟件，將模型轉(zhuǎn)換為3D打印機(jī)可以使用的股骨轉(zhuǎn)子間骨折的三維模型格式文件代碼，將數(shù)據(jù)傳遞給打印機(jī)，然后打印機(jī)通過各種不同打印技術(shù)將骨折模型按1:1打印出來。

2.3D打印技術(shù)在臨床中的應(yīng)用

2.1 3D打印技術(shù)在術(shù)前規(guī)劃的應(yīng)用

3D打印技術(shù)在臨床最直接的應(yīng)用，就是打印出各種復(fù)雜的器官或組織的3D模型。有了這些模型，器官或組織的內(nèi)部結(jié)構(gòu)可以生動(dòng)地顯示，這將使臨床問題更直觀。正如王成燾教授[5]說：醫(yī)學(xué)界對(duì)于3D打印技術(shù)有著一種先天的親切。3D打印技術(shù)自誕生開始逐步滲透到生物醫(yī)學(xué)的多個(gè)領(lǐng)域，比如骨外科、頜面外科、整形外科、組織生物工程以及生物醫(yī)藥等，3D打印技術(shù)是數(shù)字化醫(yī)學(xué)發(fā)展過程的重要步驟。

在臨床工作中，術(shù)前對(duì)病變的認(rèn)識(shí)程度、手術(shù)時(shí)間及術(shù)中出血是決定手術(shù)的關(guān)鍵所在。肺部疾病因病變方位廣及肺部血管豐富、復(fù)雜多變等問題，一直是胸外科醫(yī)生手術(shù)的難點(diǎn)。董慶等利用3D打印技術(shù)術(shù)前打印出1；0.8大小的患側(cè)肺血管及肺病灶模型，術(shù)前制定手術(shù)方案且模擬手術(shù)過程，術(shù)后利用這些數(shù)字模型打印出來的病肺及血管模型與術(shù)中所發(fā)現(xiàn)的血管相比，打印模型的血管符合率為95%以上，極大的較低了手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。骨軟骨瘤是兒童的常見腫瘤，多發(fā)在股骨下端、脛骨與肱骨上端的干骺部，韓娟等利用3D打印技術(shù)，將病變模型打印出來，根據(jù)模型特點(diǎn)，明確瘤體的部位及特點(diǎn)，決定瘤體切除方法，并可從任意角度、任意方向觀察，模擬手術(shù)的定位與操作，提高手術(shù)的準(zhǔn)確度及安全性[6]。

國內(nèi)外相關(guān)研究亦表明，3D打印骨折模型對(duì)于選擇適宜規(guī)格的內(nèi)固定材料、制定個(gè)性化手術(shù)方案、快速提高臨床醫(yī)生水平、提高治療效果具有積極意義[7,8]。章瑩[9]采用3D打印技術(shù)個(gè)體化治療三踝骨折，將骨折的全部骨塊進(jìn)行3D打印，并在3D打印實(shí)體模型基礎(chǔ)上聯(lián)合鋼板預(yù)彎，模型內(nèi)固定植入術(shù)，明確鋼板植入位置、螺釘方向和長度，認(rèn)為該技術(shù)可全面的顯示骨折線走行、骨折移位程度、骨折塊大小等情況，為制定術(shù)前計(jì)劃、選擇內(nèi)固定提供詳細(xì)的依據(jù)，繼而縮小術(shù)中骨折范圍的剝離程度，還可以縮短手術(shù)時(shí)間，減少術(shù)后感染。周偉力[10]采用3D打印技術(shù)在治療髖臼骨折手術(shù)時(shí)，將骨折模型按1:1打印出來，根據(jù)3D打印模型在骨折分類，然后制定手術(shù)計(jì)劃，根據(jù)手術(shù)方案在3D打印模型上對(duì)骨折進(jìn)行復(fù)位操作，并選取合適長度的鋼板、螺釘，將鋼板進(jìn)行塑形后放置于骨折復(fù)位后的模型上并固定，根據(jù)手術(shù)前的計(jì)劃，確定鋼板螺釘?shù)暮线m位置和放置位置，根據(jù)術(shù)前計(jì)劃，將鋼板和螺釘?shù)拈L度在設(shè)計(jì)和實(shí)際操作中進(jìn)行比較，同時(shí)記錄所需時(shí)間，結(jié)果，鋼板長度、螺釘數(shù)目及長度均與術(shù)前計(jì)劃一致。3D打印技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)骨折部位的真實(shí)重現(xiàn)，可以使患者在術(shù)前有充分的了解骨折的分類，了解骨折塊間的位置關(guān)系，并能夠?qū)γ總€(gè)骨折塊分別進(jìn)行操作，從而完成了手術(shù)方案的模擬操作，有利于骨折的準(zhǔn)確、有效復(fù)位和固定。

2.2 3D打印技術(shù)在術(shù)中導(dǎo)航的應(yīng)用

脊柱解剖結(jié)構(gòu)復(fù)雜，又有脊髓、神經(jīng)等重要組織結(jié)構(gòu)毗鄰，而脊柱損傷、畸形、退變及腫瘤等常見脊柱疾病又常伴有椎體結(jié)構(gòu)的解剖變異，手術(shù)允許偏差范圍小、風(fēng)險(xiǎn)大，因此手術(shù)對(duì)于骨科醫(yī)生來說非常棘手和極具挑戰(zhàn)性，而3D打印技術(shù)重建脊柱三維模型，設(shè)計(jì)釘?shù)溃⒅贫ㄏ鄳?yīng)的釘?shù)缹?dǎo)板，應(yīng)用與術(shù)中的椎弓根置釘，能夠精確的把握置釘?shù)奈恢?、方向及角度，并可以確定螺釘?shù)拈L度及直徑。陳宣煌[11]等采用3D打印模塊輔助腰椎椎弓根螺釘導(dǎo)航置入內(nèi)固定方法醫(yī)治腰椎疾病患者，臨床試驗(yàn)置入253枚螺釘，置釘準(zhǔn)確率為96.84%，國內(nèi)外許多學(xué)者將快速成型技術(shù)應(yīng)用到脊柱螺釘固定中，發(fā)現(xiàn)該方法能有效提高螺釘固定的準(zhǔn)確性，取得了良好的效果。

3.3D打印的優(yōu)點(diǎn)

隨著3D打印技術(shù)逐漸滲透到骨科臨床工作，它為臨床工作提供了越來越多的便利和個(gè)性化診療方案。主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：一是完善術(shù)前規(guī)劃。傳統(tǒng)方法上醫(yī)師需要根據(jù)二維或者三維平面圖像結(jié)合解剖學(xué)知識(shí)，在大腦中還原真實(shí)骨折情況。由于骨骼為立體結(jié)構(gòu)，解剖形態(tài)復(fù)雜，對(duì)于缺乏各方面經(jīng)驗(yàn)的年輕醫(yī)師來說，準(zhǔn)確的診斷、分型及治療方案的確定等工作就顯得力不從心了。而3D打印技術(shù)打印出的骨折模型，能夠讓術(shù)者在術(shù)前對(duì)骨折有詳明和全面的了解，并做出確切的診斷和分型，在模型上模擬手術(shù)操作，嘗試不同手術(shù)方法，調(diào)整手術(shù)策略。二是高效的手術(shù)過程。通過3D模型來設(shè)計(jì)骨折復(fù)位及置釘參數(shù)，減少了手術(shù)中反復(fù)復(fù)位的繁瑣過程，內(nèi)植物植入的方向和角度安全，節(jié)省手術(shù)時(shí)間，減少手術(shù)出血及透視次數(shù)。三是加快青年醫(yī)師的成長。3D打印模型帶來的真實(shí)、直觀感受，加強(qiáng)了年輕醫(yī)師操作技巧的訓(xùn)練，人員之間的配合，有效縮短學(xué)習(xí)曲線，同時(shí)對(duì)于初學(xué)者，能夠讓他們更好的熟悉骨骼的解剖和骨折的分型。四是加強(qiáng)醫(yī)患之間的溝通。對(duì)于患者而言，骨折的模型可以使患者更加了解手術(shù)的必要性、治療方案、固定方式、疾病預(yù)后以及術(shù)后的康復(fù)鍛煉，增強(qiáng)了醫(yī)患之間的配合，提高患者遵醫(yī)行為及對(duì)醫(yī)生治療的評(píng)價(jià)。

4.3D打印存在的問題及未來發(fā)展

綜合文獻(xiàn)報(bào)道，目前3D打印技術(shù)輔助PFNA固定治療股骨轉(zhuǎn)子間骨折仍存在一定局限性：一是3D打印模板雖然可以精準(zhǔn)地反應(yīng)解剖結(jié)構(gòu)，但對(duì)手術(shù)的鎖釘置入，特別是遠(yuǎn)端鎖釘置入尚無法制作精確的經(jīng)皮導(dǎo)航模板；二是3D打印技術(shù)暫不能顯示軟組織，因此無法實(shí)現(xiàn)精確的力學(xué)分析，在牽引復(fù)位時(shí)仍需借助醫(yī)師的經(jīng)驗(yàn)及術(shù)中透視；三是目前3D打印從數(shù)據(jù)采集、處理到模型打印的周期時(shí)間長，且需要特定的軟硬件、專門人員及一定時(shí)間的技術(shù)學(xué)習(xí)曲線，會(huì)增加一定的醫(yī)療費(fèi)用。

3D打印技術(shù)正在迅速發(fā)展成為生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的一項(xiàng)熱點(diǎn)研究技術(shù)。利用3D打印模型，輔助臨床醫(yī)生對(duì)于疾病精確的診斷、提高醫(yī)患溝通和教學(xué)的效果、定制個(gè)體化修復(fù)方案。利用3D掃描技術(shù)掃描各大廠家的各種材料，用于建立龐大的各種規(guī)格接骨板、螺釘?shù)臉?biāo)準(zhǔn)件庫，使用的時(shí)候直接調(diào)用。隨著材料學(xué)的發(fā)展，3D打印個(gè)體化內(nèi)植物也將進(jìn)入臨床應(yīng)用，醫(yī)生可以根據(jù)患者實(shí)際情況和自己的需求在軟件上設(shè)計(jì)個(gè)體化的內(nèi)固定物，再利用3D打印金屬打印機(jī)制作出相應(yīng)的實(shí)物，用于臨床治療。而隨著生物材料學(xué)、組織細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)細(xì)胞打印骨組織，形成有生理功能的可植入物，以修復(fù)或替代人體受損組織，在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域有著廣泛的用途和巨大的發(fā)展空間。

[1] Sandowski C,Lubbeke A,Saudan M,et al.Treatment of reverse obligue and transverse intertrochanteric fractures with use of an intramedullary nail or a 95°screw-place,aprospectives,randomized study.J Bone Joint Surg(Am).2002;84-(A):372-381.

[2]王為，朱道平，嚴(yán)宏偉，等.3種內(nèi)固定方法治療高齡不穩(wěn)定型股骨轉(zhuǎn)子間骨折療效分析[J].臨床骨科雜志，2015,18（1）：73-76.DOI：10.3969/j.issn.1008-0287.2015.01.026.

[3]顧強(qiáng)榮，王黎明，等.股骨近端防旋髓內(nèi)釘治療老年股骨粗隆間骨折的療效分析[J]。江蘇醫(yī)藥，2015（6）：650-651，652.

[4]趙春雷.3D打印機(jī)種類[J].世界科學(xué)，2012，(7):19.

[5]王成燾.醫(yī)學(xué)的3D打印革命[J].中國經(jīng)濟(jì)和信息化，2013，13：48-49.

[6]董慶，曹守強(qiáng)，等.3D打印技術(shù)在非小細(xì)胞肺癌診療中的應(yīng)用[J].中國數(shù)字醫(yī)學(xué)，2016，27(1):87-90.

[7]張世民，李海豐，黃軼剛.骨折分類與功能評(píng)定[M].北京：人民軍醫(yī)出版社，2008:334-335.

[8] Bagaria V,Deshpande S,Rasalkar DD,et al.Use of rapid prototyping and three-dimensional reconstruction modeling in the management of complex fractures[J].Eur J Radiol,2011,80(3):814-820.

[9]章瑩，萬磊，尹慶水，等.計(jì)算機(jī)快速成型輔助個(gè)體化三踝骨折的手術(shù)治療[J].中華創(chuàng)傷骨科雜志，2009，11(6):509-511.

[10]周偉力，雷青，張先家，等.3D打印技術(shù)在髖臼骨折手術(shù)中的臨床應(yīng)用[A].醫(yī)學(xué)臨床研究，2014，31(6):1097-1103.

[11]陳宣煌，許衛(wèi)紅，黃文華，等.基于3D打印的腰椎椎弓根螺釘數(shù)字化置入及臨床應(yīng)用[J].中國組織工程研究，2015，19(17):2752-2757.

[12] Yuan GX,Shen YH,Chen B,et al.Biomechanical comparison of internal fixations in osteoporotic intertrochanteric fracture.A finite element analysis[J].Saudi Med J,2012,33(7):732-739.