計算機輔助數(shù)字化模型及3D打印導板技術在骨盆骨折診斷及治療中的應用

阿吉木·克熱木，祖麗菲亞·買買提艾力，梁志林，艾克白爾·吐遜

骨盆骨折是骨科常見的高能量損傷，受盆骨解剖結構及傷情復雜等因素影響，患者的致殘率及病死率均很高[1]。盆骨骨折的治療方法可分為保守治療和手術治療，其中保守治療周期長，易導致肌肉萎縮，且難以準確理想的對骨折進行修復，因此臨床上以手術治療為主[2-3]。傳統(tǒng)的手術治療，常因不穩(wěn)定性骨折、手術時間長及復位不夠穩(wěn)定等因素影響，增加患者手術風險，并且手術計劃制定主要通過影像片在醫(yī)生腦中進行模擬，對手術的準確性造成影響[4]。近些年計算機輔助技術在骨科臨床被推廣應用，通過計算機輔助數(shù)字化模型設計，可對骨盆骨折進行迅速且準確的診斷，并通過3D打印技術制作個性化的導板，從而在術前進行準確規(guī)劃[5]。目前關于計算機輔助數(shù)字化模型及3D打印導板技術在骨盆骨折手術中的報道較少，因此筆者通過對盆骨骨折患者給予計算機輔助數(shù)字化模型及3D打印導板技術治療，以期為骨盆骨折的快速診斷及治療提供依據(jù)，報道如下。

1 資料與方法

1.1 臨床資料 選擇2015年6月—2018年4月新疆喀什地區(qū)第一人民醫(yī)院創(chuàng)傷骨科收治的96例骨盆骨折患者作為研究對象，入選者均符合盆骨骨折診斷標準[6]，經影像學檢查確診。排除標準：(1)合并有心肝腎功能障礙者；(2)手術禁忌證者；(3)長期使用非甾體類及糖皮質激素類藥物者；(4)合并其他部位骨折者。采用隨機數(shù)字表法分為對照組和觀察組2組，各48例。2組患者一般資料比較差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05)，具有可比性，見表1。本研究經醫(yī)院醫(yī)學倫理委員會批準，患者及家屬知情同意并簽署知情同意書。

表1 2組患者基線資料比較

1.2 手術方法 對照組采用傳統(tǒng)的盆骨折修復手術：消毒鋪巾，氣管插管全麻后，髂腹股溝入路切口進行盆骨復位，C臂X線機引導下，取仰臥位，沿髂骨前嵴做髂腹股溝入路的第一窗口切口。切口向前延長至髂嵴的最上部，向下達髂前下棘，骨膜下分離髂肌，向內側牽開髂肌和腹腔器官，暴露骶髂關節(jié)，將2個尖Hohmann拉鉤插入骶骨翼，向內側牽開腹腔器官，骶髂關節(jié)通過筋膜顯露后，用髂嵴上的大骨鉗復位半骨盆。復位后用2個多孔骨盆重建鋼板和3.5 mm螺絲釘將骶髂關節(jié)固定，置引流后關閉軟組織，生理鹽水沖洗傷口，檢查無異常后，縫合包扎。

觀察組采用計算機輔助數(shù)字化模型及3D打印導板技術治療：術前在計算機系統(tǒng)上將骨盆骨折斷層以DICOM數(shù)據(jù)的形式導入Mimics 20.0軟件中，通過定義上下、左右、前后方向后顯示出水平面、冠狀面、矢狀面進行360°旋轉觀察，建立三維模型，從而確立骨盆骨折的部位、診斷及分型。將三維模型數(shù)據(jù)轉化為STL格式，輸入3D打印機(杭州銘展網絡科技有限公司)中，打印出與真實骨盆骨折形狀大小一致的全方位、立體骨折模型，根據(jù)此模型設計手術導板三維模型，將三維導板數(shù)據(jù)轉化為STL格式，輸入3D打印機中，打印出個體化設計的手術導板(見圖1)，模擬手術操作從而制定手術方案。

圖1 女性骨盆骨折患者計算機輔助數(shù)字化模型

實際操作：術前對手術導板進行消毒，患者氣管插管全麻，仰臥于可透視手術臺上，于腰骶椎下方墊一軟枕，將患者稍抬離手術臺。根據(jù)3D打印盆骨模型及3D打印導板，術前確定應使用的螺絲釘數(shù)目和位置。將3D打印導板與外固定支架匹配契合并貼合，根據(jù)恥骨支螺釘導向孔方向插入克氏針，從而確定皮膚穿入位置，做好切口，沿導板導向孔方向通過切口將導針鉆入骨內，C臂X線機確定好深度，然后松動導板連接處，沿導針的逆方向去下，沿導針擰入空心拉力釘，C臂X線機透視骨盆正位、閉孔斜位、髂骨斜位確定螺釘位置合適，活動髖關節(jié)無異常后，縫合包扎。

2組患者術后給予為期5 d的常規(guī)預防感染治療，并進行早期康復訓練。

1.3 觀察指標與方法

1.3.1 手術效果情況：對2組手術效果情況進行觀察，包括手術時間、術中出血量、術中輸血量及骨折愈合時間。

1.3.2 骨折愈合及盆骨功能情況：(1)術后3個月，對骨折愈合情況進行評價[7]。①優(yōu)，術后患者步態(tài)正常且無疼痛，關節(jié)活動范圍>75%；(2)良，術后步態(tài)正常但有輕微疼痛，關節(jié)活動范圍在50%～75%之間；③及格，術后患者輕度跛行伴中度疼痛，關節(jié)活動范圍<50%；④差，術后患者跛行伴明顯疼痛，關節(jié)畸形。優(yōu)良率=(優(yōu)+良)/總例數(shù)×100%。(2)骨折復位質量滿意度評價[8]。術后6個月，采用Matta評分標準進行評價。①非常滿意，術后X線片顯示，移位<1 mm；②滿意，術后X線片顯示，移位1～3 mm；③不滿意，術后X線片顯示，移位>3 mm。(3)盆骨功能評估[9]。隨訪1年，根據(jù)Majeed骨盆骨折評分系統(tǒng)進行評估。①優(yōu)，評分≥85分；②良，評分在70～84分之間；③可，評分在55～69分之間；④差，評分<55分。

1.3.3 術后并發(fā)癥情況：統(tǒng)計2組患者術后并發(fā)癥發(fā)生率，包括神經損傷、切口感染、骨折愈合不良、深靜脈血栓等。

2 結 果

2.1 2組手術相關指標的比較 觀察組患者的手術時間、術中出血量、輸血量及骨折愈合時間均明顯短于/低于對照組(P<0.01)，見表2。

2.2 2組術后骨折愈合情況比較 觀察組患者術后骨折愈合的優(yōu)良率為95.84%(46/48)，明顯高于對照組患者的79.17%(38/48)，差異有統(tǒng)計學意義(P<0.05)，見表3。

2.3 2組術后骨折復位質量滿意度情況 隨訪1年，術后觀察組Matta功能評分滿意率明顯高于對照組(P<0.01)，見表4。

表4 2組患者術后骨折復位質量滿意度情況 [例(%)]

2.4 2組術后盆骨功能情況比較 隨訪1年，觀察組Majeed骨盆骨折評分優(yōu)良率均明顯高于對照組(P<0.01)，見表5。

2.5 2組術后并發(fā)癥情況比較 觀察組患者術后并發(fā)癥總發(fā)生率明顯低于對照組(χ2=5.031，P=0.025)，見表6。

表2 2組患者手術相關指標的比較

表3 2組患者術后骨折愈合情況比較 [例(%)]

表5 2組患者術后盆骨功能情況比較 [例(%)]

3 討 論

盆骨骨折是臨床常見的骨科損傷，在全身骨折中可占到3%左右，骨盆骨折常會合并多發(fā)損傷，導致患者傷情嚴重，具有較高的致殘率和病死率[10-11]。因盆骨形態(tài)不規(guī)則，解剖結構復雜，周圍分布重要的神經和血管，臨床治療難度大、風險高，若處理不當會加重患者創(chuàng)傷，導致畸形及神經損傷等并發(fā)癥，給患者生活質量帶來嚴重影響，因此盆骨骨折是骨科臨床最棘手的問題之一，骨盆骨折修復是骨科領域最具挑戰(zhàn)性的手術[12-13]。

隨著計算機技術的不斷發(fā)展，計算機輔助骨科手術在骨科領域中被越來越廣泛地應用，并使骨科微創(chuàng)技術得到不斷提高[14]。通過結合醫(yī)學影像數(shù)據(jù)，利用快速成型技術制作的骨模型，對骨科手術有極大的應用價值。3D打印技術是一種新型的快速成型技術，通過計算機軟件進行三維數(shù)據(jù)重建，逐層打印、疊加成型的方式將可黏合材料打印成目標物體[15]。有研究表明[16]，計算機輔助數(shù)字化模型及3D打印技術，可對盆骨骨折進行準確的診斷，明顯高于傳統(tǒng)的CT和X線診斷。

近些年3D打印技術在骨科被越來越多地應用，包括術前計劃、手術導板、手術置入物打印等方面，其中3D打印導引板技術應用最廣，尤其對復雜的骨盆骨折的診療效果明顯[17-18]。本研究結果顯示，觀察組患者的手術時間、術中出血量及輸血量、骨折愈合時間均明顯低于對照組(P<0.01)，這是因為通過計算機輔助數(shù)字化模型，可對骨折部位進行全方位的模擬觀察，并可觀察骨折部位骨質的詳細情況，而傳統(tǒng)手術僅可通過術前CT三維重建結果觀察盆骨骨折情況，不能夠實現(xiàn)任意角度的觀察，醫(yī)師術前在腦中模擬手術，然后制定手術計劃，從而嚴重影響手術的進程，增加手術時間，并增加術中出血量。通過計算機輔助數(shù)字化模型及3D打印技術可使醫(yī)師觸摸盆骨骨折線的走行方向，充分了解骨折塊的具體形態(tài)，觀察周圍血管情況，從而術前可對手術進行精確規(guī)劃，確保手術的順利進行，縮短手術時間，減少術中出血量及術中輸血，利于患者術后快速康復，縮短骨折愈合時間[19]。

本研究結果顯示，觀察組患者的術后愈合優(yōu)良率比對照組高，且術后并發(fā)癥發(fā)生率較低(P<0.05)；隨訪1年，術后觀察組Matta功能評分滿意率和Majeed骨盆骨折評分優(yōu)良率均明顯高于對照組(P<0.01)。這是因為傳統(tǒng)手術操作難度大，為提高手術效果，醫(yī)師需要通過C臂X線機不斷進行觀察，使得透視次數(shù)增多，患者輻射損害也增加[20]。傳統(tǒng)手術創(chuàng)傷大，對軟組織的損傷更重；盆骨解剖結構復雜，螺釘置入較困難，位置不當易造成嚴重并發(fā)癥。而計算機輔助數(shù)字化模型及3D打印技術，可通過3D打印出骨折模型，使醫(yī)師進行多次體外模擬手術，可設計出最適用的手術入路，減少創(chuàng)傷，通過有效固定達到精準治療的效果，減少術中及術后并發(fā)癥[21]。通過3D打印導引板技術可避免傳統(tǒng)手術中器械與患者個體差異，導致匹配度低的情況，從而使器械與患者骨折部位達到最佳匹配，提高術后愈合率[22]。通過骨折模型可有效對骨折進行診斷，并向患者及家屬介紹手術方案及操作的危險性，提高患者依從性，利于患者術后愈合。通過在模型上反復復位演練，可取得良好的復位效果，提高骨折復位滿意度，從而有利于患者術后盆骨功能的穩(wěn)定恢復。

綜上所述，通過計算機輔助數(shù)字化模型及3D打印導板技術對盆骨骨折進行診療，可使手術更精確，縮短手術時間，降低術后并發(fā)癥發(fā)生率，提高骨折復位滿意度，可獲得較好的療效。

表6 2組患者術后并發(fā)癥情況比較 [例(%)]

利益沖突：無

作者貢獻聲明

阿吉木·克熱木： 設計研究方案，實施研究過程，論文撰寫；祖麗菲亞·買買提艾力：分析數(shù)據(jù)，資料搜集整理;梁志林：進行文獻調研與整理;艾克白爾·吐遜：進行統(tǒng)計學分析，論文撰寫