3D建模聯(lián)合血管重建打印在骨盆髖臼骨折中應(yīng)用

王洪超　孫建　郝連升等

[摘要]目的探討3D建模聯(lián)合血管重建打印在骨盆髖臼骨折中應(yīng)用。方法回顧分析自2014年12月～2016年4月于我院開展3D打印技術(shù)后行手術(shù)治療的9例復(fù)雜骨盆及髖臼骨折的患者資料，與2010年3月～2014年12月之間行常規(guī)手術(shù)治療的12例患者術(shù)前、術(shù)中各項指標進行對比。結(jié)果自2014年12月開展3D打印技術(shù)后，平均手術(shù)時間100min，平均術(shù)中出血694ml，均較之前有了明顯改善，術(shù)后Harris評分平均87.6，P>0.05。結(jié)論在復(fù)雜骨盆及髖臼骨折的病例中，術(shù)前打印骨盆及血管模型，有助于術(shù)者更好地了解骨折的分型及特點，縮短手術(shù)時間，減低手術(shù)難度，通過內(nèi)固定物預(yù)先塑性能更精確的復(fù)位骨折，降低手術(shù)風(fēng)險。

[關(guān)鍵詞]3D打??；電子預(yù)手術(shù)；骨盆；髖臼；髂血管打印

[中圖分類號]R683.3 [文獻標識碼]A [文章編號]2095-0616（2017）18-226-04

隨著電子計算機技術(shù)逐漸運用到醫(yī)學(xué)，數(shù)字化醫(yī)療隨之而生。骨科手術(shù)趨向于精確化、數(shù)字化、個性化。隨著3D打印技術(shù)的工業(yè)應(yīng)用越來越成熟，也隨之應(yīng)用在醫(yī)療行業(yè)，目前3D打印技術(shù)主要基于FDM技術(shù)，即熔融沉積造型技術(shù)。其基本原理是疊層制造，在X-Y平面內(nèi)通過掃描形式形成制作的截面形狀，在Z坐標間斷的做層面標準厚度的移位，最終形成三維實體，目前常用的醫(yī)學(xué)建模軟件，如MIMICS，是基于醫(yī)學(xué)影像學(xué)的逆向軟件，屬于工業(yè)級有限元分析在醫(yī)學(xué)中的擴展應(yīng)用。現(xiàn)階段3D打印醫(yī)學(xué)應(yīng)用理論呈現(xiàn)井噴式發(fā)展，但實際的臨床應(yīng)用較少，只局限于少數(shù)大醫(yī)院。

在創(chuàng)傷骨科的患者中，骨盆及髖臼骨折屬于高能量損傷，特點是受傷暴力較重，損傷部位副損傷較多，而且由于骨盆及髖臼復(fù)雜的解剖特點，髂血管在骨盆走形比較靠近骨皮質(zhì)，骨盆及髖臼骨折所造成的局部軟組織內(nèi)充血腫脹常累及髂血管走形區(qū)，而髂血管的損傷所造成的后果通常是致命的，目前DSA造影劑CTA成像在術(shù)前通常較為常用，但是其本身對血管的顯影存在立體影像的局限性，因此這類骨折一直是創(chuàng)傷骨科醫(yī)生的一個難點與挑戰(zhàn)。筆者自2014年12月～2016年4月運用髂血管CTA聯(lián)合3D打印技術(shù)輔助手術(shù)治療復(fù)雜的骨盆及髖臼骨折9例，與開展3D打印技術(shù)前所進行的12例手術(shù)資料進行回顧性對比，證實3D打印技術(shù)在骨科手術(shù)的應(yīng)用中有著良好的指導(dǎo)作用。

1資料與方法

1.1一般資料

選取我院2014年12月～2016年4月入院的復(fù)雜骨盆、髖臼骨折患者共9例，其中男4例，女5例，年齡30～50歲，骨折根據(jù)Letomnel和Judet分型：2例為前壁骨折，4例為前柱骨折，1例為橫行骨折，2例為完全雙柱骨折，致傷原因：4例為車禍暴力傷，5例為高處墜落傷，所有患者都于受傷后約1周進行手術(shù)治療。術(shù)前行常規(guī)X-Ray、CT及雙側(cè)髂總動脈CTA等影像學(xué)檢查，對骨盆及雙側(cè)髂總動脈3D數(shù)據(jù)進行術(shù)前打印。與2010年1月～2012年12月未開展3D打印技術(shù)時所行手術(shù)治療的12例骨盆及髖臼骨折手術(shù)治療的患者的資料在手術(shù)時間、術(shù)中出血量及術(shù)后髖關(guān)節(jié)功能Harris評分等方面形成對比。

1.2術(shù)前準備

1.2.1醫(yī)學(xué)影像資料準備 9例患者術(shù)前均行骨盆正位平片及骨盆三維CT掃描及增強掃描（CT型號：美國GE、層厚0.25mm）重建。首先將CT掃描的原始數(shù)據(jù)（常使用Dicom格式）使用MIMICS17.0軟件進行分析，使用蒙板技術(shù)對CT體素進行三維重建，并使用不同顏色蒙板來表達不同的骨折塊，同時對雙側(cè)髂總動脈及髂內(nèi)外動脈使用特定的蒙板來表示，對患者的影像資料進行重建，在MIMICS17.0中測量骨折塊之間的距離以及各個骨折塊的旋轉(zhuǎn)移位關(guān)系，同時測量骨折塊與血管之間的距離，以求在術(shù)前最大限度的在體外還原體內(nèi)的真實情況。最終導(dǎo)出STL格式的3D文件備用。

1.2.2電子預(yù)手術(shù) 將MIMICS17.0生成的STL格式的文件導(dǎo)入MAGICS18.0（Materialise比利時）軟件，可以對各個骨折塊位置關(guān)系進行重新評價，重新測量骨折塊的旋轉(zhuǎn)角度及移位距離，可以對骨折塊分別進行旋轉(zhuǎn)及牽拉，以使骨折復(fù)位，使術(shù)者及助手實現(xiàn)術(shù)前電子預(yù)手術(shù)，并且在預(yù)手術(shù)過程中預(yù)判髂內(nèi)外血管牽拉的程度，對髂內(nèi)外血管損傷的概率有了基本的了解，整個過程簡單明了。

1.2.3 3D模型打印 將MIMICS17.0生成的STL格式的文件導(dǎo)入CURA15.0進行切片處理（層厚0.2mm，填充率80%），經(jīng)CURA15.0重新切片后形成斷層數(shù)據(jù)，最終形成斷層GCOED文件，可將GCODE文件導(dǎo)入3D打印機并最終打印為1：1實體，術(shù)者及助手在實體模型上演習(xí)骨折塊的復(fù)位及固定，判斷骨折復(fù)位過程中，髂血管和骨折線的關(guān)系。復(fù)位骨折塊后可以將內(nèi)固定物依據(jù)患者的3D模型信息進行術(shù)前預(yù)塑性。

1.3手術(shù)方法

9例患者均采用全麻氣管插管，采取仰臥位體位。采取改良STOPPA入路進行手術(shù)。該入路切口可一直顯露至骶髂關(guān)節(jié)前緣，其中3例髖臼及骨盆后柱骨折患者因單一改良STOPPA切口復(fù)位骨折時顯露骨折線困難，所以聯(lián)合采用髂腹股外側(cè)窗切口，兩切口聯(lián)用的應(yīng)用，在術(shù)中可清晰顯露骨盆內(nèi)壁及四方體，按照術(shù)前演練的過程進行復(fù)位骨折塊，使用術(shù)前預(yù)彎曲的內(nèi)固定材料。其中2例骨折塊復(fù)位困難，術(shù)中采取利用預(yù)塑性鋼板的弧度使骨折塊復(fù)位，完成骨折復(fù)位固定。其中1例患者術(shù)中出現(xiàn)顯露恥骨支時意外發(fā)現(xiàn)髂外靜脈損傷，給予行靜脈壁縫合修補。分別記錄每個患者的手術(shù)時間，出血量等手術(shù)信息。其中一例患者的術(shù)前術(shù)后資料見圖1。

1.4隨訪及記錄

術(shù)后1年患者患側(cè)髖關(guān)節(jié)功能Harris評分。該21例患者，都進行了術(shù)后定期隨訪，于術(shù)后1年對患者進行患側(cè)髖關(guān)節(jié)功能檢查，通過對比主觀疼痛、行走距離、有無畸形、患髖活動范圍等幾個指標進行評估并采用Harris評分標準來記錄評價髖關(guān)節(jié)功能。endprint

1.5統(tǒng)計學(xué)方法

統(tǒng)計學(xué)處理用統(tǒng)計軟件（臨床醫(yī)師統(tǒng)計學(xué)助手V4.0）分析，計量數(shù)據(jù)以（x±s）表示，采用t檢驗，以P<0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2結(jié)果

非打印組12例手術(shù)和打印組9例手術(shù)均順利完成，無一例患者死亡。手術(shù)時間、出血量均完整記錄，應(yīng)用3D打印技術(shù)后手術(shù)時間明顯縮短；術(shù)中出血量因每例患者的損傷程度不同而出血量有較大出入，無統(tǒng)計學(xué)意義（t=1.9251，P>0.05）。術(shù)后隨訪結(jié)果?；俭y關(guān)節(jié)功能與之前常規(guī)組相對比，3D組為（87.6±7.0），非3D組為（84.0±7.3），無統(tǒng)計學(xué)意義（t=1.1215，P>0.05），說明術(shù)后髖關(guān)節(jié)功能效果評價帶有患者本人主觀性，因患者對功能恢復(fù)期望值不同以及對疼痛耐受力不同，該評分有較大偶然性。見表1。

3討論

對于骨盆及髖臼骨折，目前分型較多，且伴隨血管及血管周圍軟組織損傷較復(fù)雜，手術(shù)學(xué)習(xí)曲線較長，一般基層醫(yī)院難以掌握手術(shù)技巧，低年資醫(yī)生在復(fù)雜骨盆及髖臼骨折的治療中提升較慢。且常規(guī)的幾項術(shù)前檢查如DSA不能對骨盆骨折合并血管損傷的進行快速、準確的診斷，而且DSA檢查會給患者造成一定的創(chuàng)傷，并且容易并發(fā)血栓、動靜脈瘺及血腫等。CTA可在患者外周靜脈進行穿刺，但其表現(xiàn)形式仍然是平面圖像，很難真正表達出髂血管與骨折線之間的關(guān)系。而Materialise公司的MIMICS和MAGICS很好的解決了這個問題，MIMICS通過圖像蒙板技術(shù)重建三維模型，對不同的骨折塊使用不同顏色的蒙板，來區(qū)別血管及骨折塊，聯(lián)合MAGICS和MIMICS兩個軟件的應(yīng)用，能對三維模型進行術(shù)前的電子預(yù)手術(shù)，可以測量骨折塊之間的移位關(guān)系，測量骨折塊的旋轉(zhuǎn)角度，動態(tài)表示血管與骨折線之間的關(guān)系，術(shù)前判斷血管有無損傷。使手術(shù)過程術(shù)前數(shù)字化。3D打印模型能清楚的顯示骨折塊的位置、大小以及提前確定骨折線是否靠近髂血管。通過3D打印技術(shù)，制造出來骨盆及髂血管1：1的3D模型使術(shù)者對骨折線及血管的形態(tài)一目了然，術(shù)前可以模擬骨折塊的復(fù)位過程，通過3D模型，在體外選擇并預(yù)塑性鋼板，測量使用螺釘?shù)拈L度，這樣就減少了手術(shù)中間反復(fù)塑性及測量的時間并避免術(shù)中血管意外損傷。在較短的時間內(nèi)實現(xiàn)骨折的解剖復(fù)位，降低手術(shù)副損傷，而且使低年資醫(yī)生在骨盆及髖臼骨折的病例中做到，術(shù)前對骨折類型及手術(shù)方案明確熟悉，很大程度上縮短青年醫(yī)師在復(fù)雜手術(shù)中的學(xué)習(xí)時間。但是術(shù)后患髖關(guān)節(jié)功能主要與手術(shù)者技術(shù)、復(fù)位滿意程度及患者的主觀感受有關(guān)系。

3D打印技術(shù)不僅為術(shù)者提供術(shù)前更多的影像信息，降低了手術(shù)難度，減少了術(shù)中出血，能更加清晰的和患者溝通。對患者來說，精確的復(fù)位及較少的手術(shù)時間能減輕血管周圍腫脹程度，很大的程度上避免了術(shù)后深靜脈血栓形成及髖關(guān)節(jié)創(chuàng)傷性關(guān)節(jié)的發(fā)生。因此，在復(fù)雜骨盆及髖臼骨折中，3D打印技術(shù)可實現(xiàn)復(fù)雜骨折患者的個性化治療。而且在醫(yī)療工作中有較大的醫(yī)學(xué)教育意義。endprint