臨床復(fù)雜骨折中3D 打印技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)展#

梅曉龍 萬春友 徐衛(wèi)國(guó) 張濤

（天津市天津醫(yī)院創(chuàng)傷矯形一病區(qū)，天津 300211）

因高能量損傷引起的復(fù)雜骨折通常是粉碎狀況，不僅骨折情況較為嚴(yán)重，移位現(xiàn)象更比較多，復(fù)雜骨折的手術(shù)治療難度比較大，若治療不當(dāng)術(shù)后患者極有可能發(fā)生肢體畸形、關(guān)節(jié)功能障礙，對(duì)患者造成危害較大[1]?；诖?，復(fù)雜骨折患者在進(jìn)行手術(shù)治療之前需要先制定出針對(duì)性、科學(xué)性的手術(shù)治療方案，常規(guī)手術(shù)的設(shè)計(jì)多采用CT 圖像、X 線片二維圖像，平面圖像檢查方式在顯示方面有一定局限，如發(fā)生骨折塊重疊等等，很難掌握患者骨折狀況[2]。3D 打印技術(shù)是一種在粉末狀粘合材料累加原理上產(chǎn)生的增材制造技術(shù)，將其用于復(fù)雜骨折治療中，可以為患者設(shè)計(jì)出最佳手術(shù)治療方案，不僅縮短了手術(shù)時(shí)間，更減輕了對(duì)患者造成的傷害，有著個(gè)性化、精準(zhǔn)化、科學(xué)化的優(yōu)勢(shì)[3]。

1 國(guó)內(nèi)外3D 打印技術(shù)的應(yīng)用

1.1 國(guó)內(nèi)3D 打印技術(shù)的應(yīng)用

國(guó)內(nèi)對(duì)3D 打印技術(shù)的研究最早出現(xiàn)在關(guān)節(jié)軟骨、陳舊性損傷、老年性骨折、糖尿病足中，通過研究表明在未來骨及關(guān)節(jié)損傷修復(fù)中應(yīng)用3D 打印技術(shù)會(huì)向智能化、微創(chuàng)化的方向發(fā)展，并突顯出顯著優(yōu)勢(shì)[4]，可以讓骨關(guān)節(jié)修復(fù)更完美，也能減少并發(fā)癥發(fā)生率，3D 打印技術(shù)勢(shì)必成為未來智能骨科核心技術(shù)。近幾年來3D 打印技術(shù)在發(fā)展過程中已經(jīng)成功設(shè)計(jì)完成3D 股骨假體模型的制造，在空間優(yōu)化擺放位置、制造工藝參數(shù)等方面有了突破性進(jìn)展。

1.2 國(guó)外3D 打印技術(shù)的應(yīng)用

國(guó)外對(duì)3D 打印技術(shù)的研究重點(diǎn)是術(shù)前建模，讓醫(yī)生精確、立體的認(rèn)識(shí)到骨折處解剖結(jié)構(gòu)，制定出針對(duì)性的手術(shù)方案，保證預(yù)后[5]。國(guó)外將3D打印技術(shù)應(yīng)用到了骨盆復(fù)雜骨折中，在術(shù)前明確了骨折類型，并為手術(shù)入路、固定方法提供了最佳方案[6]。也有學(xué)者將3D 打印技術(shù)虛擬的應(yīng)用到了兒童踝上骨折手術(shù)指南中，結(jié)果顯示克氏針固定之后骨折線并沒有額外的解剖與組織損傷發(fā)生[7]。

經(jīng)最新全自動(dòng)系統(tǒng)可以創(chuàng)造出3D 結(jié)構(gòu)，隨之經(jīng)生物細(xì)胞打印也就可以創(chuàng)造出組織再生的骨架，制造出良好建筑學(xué)與力學(xué)性能的結(jié)構(gòu)[8]。一種間接的3D 打印技術(shù)成功復(fù)制出了和打印模型極為相似的復(fù)制品，想要制造出與患者相匹配的外部輪廓，可以采用3D 打印技術(shù)和成像技術(shù)制造出與人類頜髁突高仿的定制骨架，為了進(jìn)一步確定3D 技術(shù)能不能準(zhǔn)確的控制骨架內(nèi)部形態(tài)，又設(shè)計(jì)出了與電腦自主設(shè)計(jì)模型連通的正交直線系統(tǒng)，然而也有小部分生物學(xué)材料具有骨誘導(dǎo)功能。

2 3D 打印技術(shù)在骨科骨折中的應(yīng)用

2.1 制作1:1 的實(shí)體模型

將3D 技術(shù)與患者CT 三維數(shù)據(jù)相結(jié)合就能構(gòu)造出3D 模型，這樣更方便醫(yī)生與患者間進(jìn)行交流，也能讓醫(yī)生更全面、詳細(xì)的了解有關(guān)患者病情狀況，并精準(zhǔn)的制定出手術(shù)方案，在手術(shù)之前也能提前進(jìn)行手術(shù)操作，模擬手術(shù)過程，可提升手術(shù)效果，確保患者預(yù)后。經(jīng)3D 打印技術(shù)將模型打印出來，不僅能用于骨折治療中，也能用于骨折診斷。針對(duì)復(fù)雜骨折患者來說，先進(jìn)行分類，然后進(jìn)行鑒別、分型等等，最后經(jīng)3D 打印技術(shù)將患者骨折具體狀況打印出來，根據(jù)打印模型制定針對(duì)性手術(shù)方案，為保證手術(shù)質(zhì)量，術(shù)前也可以通過模型來模擬手術(shù)，為手術(shù)提供了科學(xué)參考。根據(jù)3D 打印出來的模型可以確定插入髓腔材質(zhì)尺寸，更好的植入假體，在提高手術(shù)質(zhì)量同時(shí)，也保證了手術(shù)安全性[9]。

2.2 打印手術(shù)輔助材料

3D 打印技術(shù)中，材料是不可或缺的，在打印過程中能使用的材料種類有陶瓷等等，可以根據(jù)需求不同選擇合適材料，精準(zhǔn)、個(gè)體化是3D 技術(shù)打印材料最關(guān)鍵的一步，通風(fēng)3D 打印技術(shù)打印的手術(shù)器材包含骨盆導(dǎo)板、手術(shù)直釘導(dǎo)板等等，經(jīng)3D 技術(shù)打印出的個(gè)體化植入物予以治療能提高手術(shù)精準(zhǔn)性、有效性[10]。3D 打印技術(shù)在達(dá)到傳統(tǒng)手術(shù)要求的同時(shí)，使用的材料清潔度比較高，所以在骨折治療中有著重大意義。

2.3 打印內(nèi)置物材料

通過3D 技術(shù)將骨科內(nèi)置物打印出來，主要包含具有支撐作用的骨組織、不僅有支撐還有高生物活性作用。通過3D 打印技術(shù)制備出來的生物支架，在保證材質(zhì)豐富程度同時(shí)，更確保了生物相容性，支架空隙與形狀極為符合細(xì)胞前移，滿足了增殖、分化需求，為患者術(shù)后康復(fù)提供了良好環(huán)境。

3 3D 打印技術(shù)在復(fù)雜骨折中的應(yīng)用

3.1 術(shù)前準(zhǔn)備

對(duì)上頸椎骨折進(jìn)行常規(guī)顱骨牽引，骨盆與下肢骨折處進(jìn)行下肢骨牽引，將患肢適當(dāng)抬高，通過根據(jù)患者實(shí)際情況實(shí)施針對(duì)性處理，骨折處進(jìn)行正側(cè)位X 線片、CT 檢查，并將收集骨折數(shù)據(jù)傳輸?shù)?D 打印機(jī)中，選用樹脂材料并按照1：1比例打印出骨折模型，根據(jù)上頸椎骨折實(shí)際狀況打印出傷頸椎椎弓根置釘導(dǎo)航膜版，此外明確接骨板的長(zhǎng)度、進(jìn)釘方向等等，數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)指令轉(zhuǎn)換之后，設(shè)計(jì)出數(shù)控加工的質(zhì)量，使用快速成型技術(shù)將接骨板制備出來。在手術(shù)之前，骨折實(shí)時(shí)預(yù)復(fù)位處理，針對(duì)骨盆骨折患者來說進(jìn)行鋼板預(yù)成型處理，通過3D 打印模型與導(dǎo)航模板、定制鋼板，做好與患者、家屬的溝通，按照患者具體實(shí)際情況在骨折后6～11 d 擇期進(jìn)行手術(shù)[11]。

3.2 具體手術(shù)方法

麻醉方式為腰硬聯(lián)合麻醉或者氣管插管全身麻醉，根據(jù)患者骨折實(shí)際情況擺出手術(shù)體位，手術(shù)之前通過C 形臂X 線機(jī)透視明確骨折所在位置，四肢骨折患者的手術(shù)部位使用微創(chuàng)手術(shù)入路，將骨折端顯露出來，嚴(yán)格按照術(shù)前制定方案實(shí)施骨折復(fù)位，當(dāng)骨折復(fù)位情況良好后，選用2 mm 克氏針對(duì)骨折端進(jìn)行臨時(shí)固定，取定制鋼板或者預(yù)彎鋼板貼合骨膜插至骨折遠(yuǎn)近端，并選擇螺釘進(jìn)行固定，將臨時(shí)固定使用的克氏針拔出來，當(dāng)患者有骨缺損情況時(shí)，選自體髂骨或者同種異體骨進(jìn)行植骨，經(jīng)C 形臂X 線機(jī)透視查骨折狀況，復(fù)位與內(nèi)固定效果較好時(shí)進(jìn)行徹底止血，并根據(jù)患者實(shí)際情況留置引流管。上頸椎骨折患者在進(jìn)行手術(shù)治療時(shí)應(yīng)對(duì)需要固定的椎棘突、椎板、關(guān)節(jié)突背側(cè)軟組織進(jìn)行清理，將背側(cè)骨性結(jié)構(gòu)徹底暴露出來，方便導(dǎo)航模板與相對(duì)應(yīng)頸椎棘突、椎板及關(guān)節(jié)突貼服在一起，確定吻合良好之后，進(jìn)行固定，同時(shí)維持在椎板上的位置，進(jìn)釘點(diǎn)處做好標(biāo)記，尖椎開口進(jìn)入至骨皮質(zhì)，選擇1.5 cm 克氏針于導(dǎo)航模板導(dǎo)向角度下沿著骨道慢慢插入，攻絲之后擰入合適螺釘，安裝縱行連接棒復(fù)位、固定、植骨，通過C 形臂X 線機(jī)透視確定骨折復(fù)位狀況、螺釘固定狀況[12-13]。

3.3 術(shù)后處理方法

術(shù)后常規(guī)使用抗生素，使用時(shí)間在2～5 d 間，并將患肢抬高，術(shù)后24～48 h 將引流管拔除。頸椎骨折患者需要帶頸托予以固定，時(shí)間為6 w，下肢骨折患者予以抗凝處理，時(shí)間為10 d。叮囑患者做下肢肌肉收縮等康復(fù)鍛煉，定期進(jìn)行X 線片檢查。

3.4 3D 打印技術(shù)不足

3D 打印機(jī)價(jià)格較高，在基層醫(yī)院推廣有一定難度； 3D 打印技術(shù)花費(fèi)較高，不是所有患者都可以接受；神經(jīng)等重要組織器官并不能顯示出來；對(duì)技術(shù)人員要求較高。

4 3D 打印技術(shù)在復(fù)雜骨折中的應(yīng)用價(jià)值

4.1 讓復(fù)雜的骨折形態(tài)變得直觀化

手術(shù)之前使用3D 打印技術(shù)以1:1 的比例可以打印出與真實(shí)結(jié)構(gòu)相同的骨折實(shí)體模型，通過實(shí)體模型可以模擬手術(shù)，可為手術(shù)提供重要參考依據(jù)，更保證了手術(shù)安全性，縮短手術(shù)時(shí)間、減少術(shù)中出血量；手術(shù)之前可以通過模型與患者、家屬進(jìn)行有效溝通，讓溝通變得更簡(jiǎn)單，患者、家屬能直觀的對(duì)手術(shù)流程有一定了解；可用于臨床教學(xué)中。

4.2 讓內(nèi)固定器材變得更個(gè)性化

一般普通解剖型鎖定鋼板是批量生產(chǎn)的，長(zhǎng)度、螺釘孔所在位置、數(shù)量是比較固定的，四肢長(zhǎng)骨多段骨折會(huì)有鋼板長(zhǎng)度不夠、螺釘孔位處于骨折線上的情況，最終發(fā)生骨折固定不牢固、應(yīng)力過于集中現(xiàn)象。數(shù)字化定植鋼板主要是根據(jù)患者骨折實(shí)際情況設(shè)計(jì)出個(gè)性化的解剖型鎖定鋼板，鋼板長(zhǎng)度、螺釘孔數(shù)符合患者狀況，因此鋼板固定之后與骨面貼合性、穩(wěn)定性、應(yīng)力分散較好。

4.3 讓上頸椎椎弓根螺釘置入更加的精準(zhǔn)

上頸椎骨折患者多進(jìn)行椎板部分切除置針法等傳統(tǒng)頸椎椎弓根螺釘置入技術(shù)，其特點(diǎn)是進(jìn)釘點(diǎn)、進(jìn)釘方向是由醫(yī)生按照經(jīng)驗(yàn)來判定的，這就要求醫(yī)生有著豐富的經(jīng)驗(yàn)，也有著盲目性的不足，很容易發(fā)生椎弓根螺釘穿透情況。另外，上頸椎椎弓根比較細(xì)小，解剖變異也比較法，與鄰近結(jié)構(gòu)很復(fù)雜，很容易傷害到周圍血管、脊髓神經(jīng)，術(shù)后致殘風(fēng)險(xiǎn)極高[14-15]。利用3D 打印技術(shù)能幫助頸椎椎弓根螺釘置入，提高了置釘精準(zhǔn)程度、安全性，降低了術(shù)后致殘風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生率。

5 結(jié)束語

3D 打印技術(shù)作為快速成型技術(shù)，空間展現(xiàn)能力、發(fā)展趨勢(shì)較廣，因骨科治療的復(fù)雜性，使得3D 打印技術(shù)為治療提供了科學(xué)依據(jù)，提高了手術(shù)治療效果、安全性。伴隨著我國(guó)技術(shù)不斷提升，3D 打印技術(shù)也會(huì)得到優(yōu)化，使其在復(fù)雜骨折治療中發(fā)揮更大優(yōu)勢(shì)，為患者提供便利。