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)確的個性化手術(shù)方案。

1.3D打印

1.1 概念與原理

3D（3D打印），也稱為快速成型技術(shù)，是基于數(shù)字模型文件，運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)前對病變的認(rèn)識程度、手術(shù)時間及術(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。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。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，明確瘤體的部位及特點，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打印骨折模型對于選擇適宜規(guī)格的內(nèi)固定材料、制定個性化手術(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，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)計劃，根據(jù)手術(shù)方案在3D打印模型上對骨折進(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)前計劃，將鋼板和螺釘?shù)拈L度在設(shè)計和實際操作中進(jìn)行比較，同時記錄所需時間，結(jié)果，鋼板長度、螺釘數(shù)目及長度均與術(shù)前計劃一致。3D打印技術(shù)可以實現(xiàn)骨折部位的真實重現(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€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)險大，因此手術(shù)對于骨科醫(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)計釘?shù)?，并制定相?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

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性化診療方案。主要體現(xiàn)在以下幾個方面：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，在大腦中還原真實骨折情況。由于骨骼為立體結(jié)構(gòu)，解剖形態(tài)復(fù)雜，對于缺乏各方面經(jīng)驗的年輕醫(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、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，同時對于初學(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)行為及對醫(yī)生治療的評價。

4.3D打印存在的問題及未來發(fā)展

綜合文獻(xiàn)報道，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，因此無法實現(xiàn)精確的力學(xué)分析，在牽引復(fù)位時仍需借助醫(yī)師的經(jīng)驗及術(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間長，且需要特定的軟硬件、專門人員及一定時間的技術(shù)學(xué)習(xí)曲線，會增加一定的醫(yī)療費用。

3D打印技術(shù)正在迅速發(fā)展成為生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的一項熱點研究技術(shù)。利用3D打印模型，輔助臨床醫(yī)生對于疾病精確的診斷、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，使用的時候直接調(diào)用。隨著材料學(xué)的發(fā)展，3D打印個體化內(nèi)植物也將進(jìn)入臨床應(yīng)用，醫(yī)生可以根據(jù)患者實際情況和自己的需求在軟件上設(shè)計個體化的內(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.計算機(jī)快速成型輔助個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.