聶喜增　劉金輝　李　鋒　劉　博　謝　磊

(河北省 石家莊市第三醫(yī)院關(guān)節(jié)外科 050031)

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3D打印技術(shù)在復(fù)雜骨盆及髖臼骨折手術(shù)中的應(yīng)用

聶喜增劉金輝李鋒劉博謝磊

(河北省 石家莊市第三醫(yī)院關(guān)節(jié)外科 050031)

[摘要]目的探討3D打印技術(shù)在復(fù)雜骨盆及髖臼骨折手術(shù)中的應(yīng)用價(jià)值。方法回顧分析自2008年4月至2013年4月于我院行手術(shù)治療的不穩(wěn)定型98例復(fù)雜骨盆、髖臼骨折病例的患者資料。其中30例患者術(shù)前行螺旋CT技術(shù)對(duì)復(fù)雜骨盆及髖臼骨折病例進(jìn)行掃描后行影像學(xué)三維重建解剖學(xué)模型,將所得數(shù)據(jù)輸入快速成型機(jī)制作出與實(shí)體1:1大小的骨盆模型，將螺釘、鋼板內(nèi)固定與骨盆模型擬合，明確內(nèi)固定置入的方向、長(zhǎng)度、角度等數(shù)據(jù)。依此對(duì)骨盆及髖臼骨折做出明確的診斷、分型,制定手術(shù)方案,術(shù)前模擬手術(shù),指導(dǎo)手術(shù)治療(3D技術(shù)組);68例患者常規(guī)術(shù)前檢查及手術(shù)(常規(guī)技術(shù)組).對(duì)比兩組的術(shù)前、術(shù)中各項(xiàng)指標(biāo)以及術(shù)后2年生活滿意度和6個(gè)月、1年和2年的SF36評(píng)分(n=98)。結(jié)果術(shù)前、術(shù)中各項(xiàng)指標(biāo)兩組間比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)，術(shù)后2年生活滿意度和6個(gè)月、1年和2年的SF36評(píng)分(n=98)兩組間比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。結(jié)論3D打印技術(shù)術(shù)前模擬能全面、直觀、精確地顯示骨盆的立體形態(tài)和各部位解剖結(jié)構(gòu)的空間關(guān)系,對(duì)于骨盆及髖臼骨折的診斷、分型及治療均有很強(qiáng)的臨床指導(dǎo)作用,手術(shù)創(chuàng)傷小，手術(shù)時(shí)間快，康復(fù)快，提高了內(nèi)固定物置入的安全性和準(zhǔn)確性。它在復(fù)雜骨盆及髖臼骨折的治療中有著廣闊應(yīng)用前景.

[關(guān)鍵詞]3D打印技術(shù)；快速成型技術(shù)；骨盆；髖臼；骨折

[DOI編碼]10.3969/j.issn.2095-9559.2016.03.012

骨盆骨折的形態(tài)部位復(fù)雜多樣，細(xì)微的骨折、結(jié)構(gòu)錯(cuò)位以及骶骨、骶髂關(guān)節(jié)、髖臼等處的重疊部分骨折易漏診，及時(shí)正確的做出診斷和分型對(duì)于臨床診斷、選擇適當(dāng)?shù)耐饪浦委熉窂?、精確的導(dǎo)航復(fù)位、治療后的療效評(píng)價(jià)有指導(dǎo)意義。使用3D打印技術(shù)立體多方位顯示骨折部位，術(shù)前有利于術(shù)者對(duì)復(fù)雜骨盆及髖臼骨折分類的判斷，有助于骨科醫(yī)生精確判斷病變，采用相應(yīng)的方案進(jìn)行治療?？焖俪尚图夹g(shù)打造1：1大小的骨盆模型，術(shù)前預(yù)先確定內(nèi)固定螺絲釘和鋼板的位置，并對(duì)鋼板進(jìn)行預(yù)成型，模擬手術(shù)流程，指導(dǎo)術(shù)者準(zhǔn)確復(fù)位及進(jìn)行合理的內(nèi)固定，術(shù)中使用3D骨盆重建圖像和1:1大小3D骨盆模型可保證內(nèi)固定物的準(zhǔn)確定位，縮短手術(shù)時(shí)間，減小手術(shù)創(chuàng)傷。

1 材料與方法

1.1 一般資料 本研究選取2008年1月1日～2014年1月1日共98例不穩(wěn)定型復(fù)雜骨盆及髖臼骨折患者，男52例，女46例，年齡26～75歲，平均35歲，其中38例患者術(shù)前采取CT三維重建、血管造影、3D打印快速成型、計(jì)算機(jī)模擬與個(gè)體化標(biāo)本模擬手術(shù)，術(shù)中按術(shù)前計(jì)劃手術(shù)(3D組)；60例患者常規(guī)術(shù)前檢查及手術(shù)(常規(guī)組)。

1.2 掃描方法及重建步驟

1.2.1 所有患者均行骨盆前后位X線片檢查及CT薄層掃描。

1.2.2 30例患者均使用螺旋CT機(jī)(GE Lightspeed Ultra 18)行螺旋掃描，全程層厚2～3mm，層距2mm，螺距1.5:1，13～5mm準(zhǔn)直，掃描時(shí)間3s,球管電壓120kV,電流160～250mA。均行回顧性重建，重建間隔1.25mm，重建在VQ工作站進(jìn)行，采用VoxelQ軟件包(Version4.1,Picker),在獲取的二維圖像的基礎(chǔ)上通過(guò)表面遮蓋成像(shaded surface display,SSD),最大密度投影(maxium intensity projection,MIP),多平面重建(multiple plane reformation,MPR)和容積重建技術(shù)(VR)對(duì)復(fù)雜骨折進(jìn)行多方位觀察。SSD根據(jù)需要選擇不同闕值(threshold)最低闕值200HU。通過(guò)對(duì)SSD圖像的旋轉(zhuǎn)，根據(jù)需要從任一角度進(jìn)行切割。VR對(duì)4種組織類型不同闕值分別調(diào)節(jié)，使氣體、脂肪和軟組織的透明度接近零，從而獲得圖像。MPR的矢狀面和冠狀面圖像從各個(gè)方向顯示病變的立體及其周圍組織。并可根據(jù)要求消隱影響觀察的組織。如髖關(guān)節(jié)可使用切割程序，去除股骨頭，直接觀察髖臼窩，或去除髖臼，直接觀察股骨頭，對(duì)術(shù)后復(fù)查病例采用調(diào)節(jié)下限值技術(shù)，消除金屬內(nèi)固定物偽影。

1.2.3 將CT掃描斷層數(shù)據(jù)以Dicom格式導(dǎo)入計(jì)算機(jī)，利用Mimies軟件重建骨盆三維圖像，通過(guò)三維重建模型可精確確定骨盆及髖臼骨折的部位、診斷及分型。再將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成快速成型機(jī)器可督學(xué)的數(shù)據(jù)(STL)。

1.2.4 將所得STL數(shù)據(jù)輸入快速成型機(jī)。于術(shù)前制作出與實(shí)體1:1大小的骨盆模型。

1.3 術(shù)前準(zhǔn)備

1.3.1 根據(jù)骨盆模型明確骨盆或髖臼骨折的類型。

1.3.2 根據(jù)骨盆模擬制定治療方法(手術(shù)或非手術(shù))、選擇手術(shù)入路切口，并在模型上模擬合適的內(nèi)固定類型和安裝方法(預(yù)彎鋼板、選擇合適長(zhǎng)度的螺絲釘)。

1.4 手術(shù) 記錄3D組和常規(guī)組患者術(shù)中出血量、輸血量、手術(shù)時(shí)間等。

1.5 術(shù)后 記錄3D組合常規(guī)組患者術(shù)后2年生活滿意度和6個(gè)月、1年和2年的SF36評(píng)分。

2 結(jié)果

2.1 各組術(shù)中指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果比較3D組與常規(guī)組相比，術(shù)中出血量、輸血量、手術(shù)時(shí)間明顯減少差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。見(jiàn)表1

表1 各組術(shù)中指標(biāo)的檢測(cè)結(jié)果及其比較±s)

2.2 術(shù)后兩年生活質(zhì)量調(diào)查比較 3D組與常規(guī)組相比，3D組：優(yōu)8例,良12例,可5例,差2例，二次手術(shù)2例，多次手術(shù)1例，優(yōu)良率達(dá)83.3%。常規(guī)組：優(yōu)6例,良23例,可18例,差13例,二次手術(shù)6例，多次手術(shù)2例，優(yōu)良率達(dá)69.1%,兩組間比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。3D組骨盆及髖臼骨折復(fù)位質(zhì)量：0-1mm 27例，2-3mm 3例，>3mm 0例，解剖復(fù)位率(0-1mm)90%。常規(guī)組骨盆及髖臼骨折復(fù)位質(zhì)量：0-1mm 35例，2-3mm 25例, >3mm 8例，解剖復(fù)位率(0-1mm)51.4%。兩組間骨折復(fù)位質(zhì)量比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。見(jiàn)表2

表2 術(shù)后兩年患者生活質(zhì)量調(diào)查比較

2.3 98位患者在三個(gè)時(shí)間點(diǎn)全部參加了SF36評(píng)分問(wèn)卷調(diào)查，通過(guò)對(duì)比分析常規(guī)組在8個(gè)領(lǐng)域中低于3D組。兩組間比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。

表3 常規(guī)組與3D組術(shù)后三個(gè)時(shí)間點(diǎn)的

3 討論

3.1 3D打印技術(shù)的價(jià)值和優(yōu)點(diǎn)。3D技術(shù)通過(guò)對(duì)螺旋CT的數(shù)據(jù)采用表面遮蓋法SSD,最大密度投影法MIP,多平面重建發(fā)MPR,容積重建技術(shù)VR，作回顧性處理，使重疊圖像的生成成為可能，從而產(chǎn)生高質(zhì)量的三維圖像，彌補(bǔ)了常規(guī)CT檢查的不足。3D技術(shù)三維重建可以直觀病變及其周圍結(jié)構(gòu)的立體關(guān)系，全面、清晰的顯示骨折情況，減少漏診；還可以利用任意軸向和角度旋轉(zhuǎn)，選擇暴露病變的最佳視角進(jìn)行觀察，以及利用圖像再處理功能消除某一骨性結(jié)構(gòu)，以便更好的觀察骨折及碎骨片。為骨盆和髖臼的骨折提供了精確可靠的依據(jù)。從而有助于術(shù)者準(zhǔn)確判斷病變，采用相應(yīng)的手術(shù)入路，指導(dǎo)術(shù)中準(zhǔn)確復(fù)位及選擇合理的內(nèi)固定。 快速成型技術(shù)RP于術(shù)前制作出與實(shí)體1:1大小的骨盆模型，預(yù)先確定內(nèi)固定螺釘或鋼板的位置，并對(duì)鋼板進(jìn)行術(shù)前預(yù)成型。對(duì)減少手術(shù)創(chuàng)傷，縮短手術(shù)時(shí)間，創(chuàng)造了有利條件。術(shù)后3D技術(shù)科觀察手術(shù)是否成功，有無(wú)周圍軟組織損傷，以便可以及時(shí)進(jìn)行二次手術(shù)糾正內(nèi)固定器的錯(cuò)位，有利于術(shù)后復(fù)查和隨訪。

3.2 3D打印技術(shù)的局限和問(wèn)題。螺旋CT掃描層厚1～2mm的三維圖像較清晰，層厚≥5mm圖像則不清晰。螺旋CT三維重建掃描一般需掃40～60層，層數(shù)越多，螺旋CT機(jī)的工作耗損就越大，檢查的費(fèi)用就越高。快速成型機(jī)打印材料費(fèi)用昂貴，打印材料選擇少。本研究材料費(fèi)用平均3000元人民幣。打印出的食物模型機(jī)械強(qiáng)度差，無(wú)法適應(yīng)高強(qiáng)度長(zhǎng)期使用。此外，作為臨床應(yīng)用的3D打印模型，起材料必須具有生物相容性、可降解性，而目前很多材料不能滿足這些要求。因此，開(kāi)發(fā)能夠適合醫(yī)學(xué)應(yīng)用的3D打印材料是當(dāng)務(wù)之急。

總之，3D打印技術(shù)可以減少手術(shù)創(chuàng)傷、有利于術(shù)后恢復(fù)，適合于骨盆、髖臼骨折的治療。3D打印技術(shù)輔助下治療復(fù)雜骨盆、髖臼骨折，是一種安全，有效的治療方法，手術(shù)創(chuàng)傷小，手術(shù)時(shí)間短，康復(fù)快，提高了內(nèi)固定物置入的安全性和準(zhǔn)確性。3D打印技術(shù)是目前骨科領(lǐng)域中最佳的手術(shù)輔助工具，擁有極其廣闊的應(yīng)用前景。

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[中圖分類號(hào)]R472.9

[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]B[學(xué)科分類代碼]320.2799

[文章編號(hào)]2095—9559(2016)03—2089—02

[收稿日期]2015-09-22