3D打印技术骨盆骨折诊疗应用进展＊

周 君，宫玉锁，李盛华，朱艳国

（甘肃省中医院，甘肃 兰州 730050）

骨盆骨折在临床治疗中属于较为常见的疾病，近年来我国骨盆骨折疾病病发率有所上升[1]。骨盆骨折多由严重高能量创伤所致，病死率、致残率较高。骨盆骨折在临床治疗中手术难度大、手术风险高，即使是技术高超的手术医生，在手术开始前，也需要进行详细的思考，考虑如何进行复位和手术入路，怎样降低手术风险，避免伤害重要的组织结构[2-4]。在以往手术和检查中，以常规CT检查为主，此检查方式是在病例病情稳定后实施的检查方式，将病例实际病情利用CT三维重建的形式进行还原，可真实清晰的将病例骨折、骨盆之间的位置关系以及解剖结构进行清晰的显现，形成一个清晰的三维立体的图像，在诊治中可起到决定性的作用，此外CT还能够将腹腔内出血以及腹膜后出血的情况进行显示，提升诊断有效性，为日后的手术治疗提供帮助[5-6]。随着我国医疗水平的成熟和提升，3D打印技术也逐步成熟，根据有关学者的研究成果证实，3D打印技术能够准确的做到术前规划以及快速的成型，对手术起到指导作用，还有相关文献[7-8]结果表示，在手术开始前实施3D测量，能够将术中螺钉测量时间进行缩短，在一定的程度上可以降低手术时间，从而达到降低感染发生率的目的。与常规检查和修复治疗相比，传统常规治疗是根据操作医生的经验进行手术，无法进行个体化精准治疗和个体康复，后续也无法做到针对性、科学性的康复，而3D打印技术能够弥补此劣势，在手术开始前医生可根据骨盆骨折模型进行模拟手术以及内固定物的设计，为实际手术提供帮助，提升手术治疗效果，同时可降低手术的风险性，缩短术中出血量以及降低手术时间[9-10]。除此以外，3D打印的可视化模型有助于患者家属了解骨折程度及手术方式，提高依从性。现本文就骨盆骨折诊疗中3D打印技术做一综述，以期为临床应用和未来研究发展指明方向。

1 3D打印技术基本原理

3D打印依据CT或核磁采集的原始数据，通过Mimics计算软件进行三维重建，后输入打印机，通过逐层打印，完成实物模型。现在3D打印技术基本原理大致相同，只不过不同技术所采用的材料或者成形技术会有些许差异[11-13]。目前临床上应用较多的和骨科相关的成形方法主要有选择性激光烧结（selective laster sintering，SLS）、熔融沉积成形（fused deposition modeling，FDM）、 光固化成形（stereolithography，SLA）等[14-16]。其中SLA所采用的打印材料是光面树脂，其特点是能够快读打印，并且表面光滑，还能防水，但是存在一定的毒性，因此常常在脊柱中应用。SLS的打印材料是金属材料，钛合金、铬钼合金等，其主要是用来打印假体、内固定材料或者其他内置物等。FDM的打印材料主要是蜡、聚碳酸酯等，因其打印速度慢，常应用于术前模型。

2 骨盆骨折诊治3D打印应用方法

2.1 术前诊断

术前，临床多采用X线和CT对骨盆骨折进行诊断，其中CT的诊断准确率高。骨盆是环形结构，主要由髂骨、坐骨、耻骨以及后方的骶骨构成，其形状不规则，因此在二维图像上常常会出现影像重叠的情况，给临床诊断、分型甚至移位分析带来诸多的不便，临床常常会出现误诊和漏诊的情况[17]。采用3D打印制作骨盆骨折模型，能够最大程度显示骨折部位、骨折移位情况，国外学者[18、19]研究显示采用3D打印模型，骨折诊断准确率高于X线和CT。

2.2 术前设计

骨盆解剖形态不规则，且解剖形态复杂，二维图形不能清晰展现。采用3D打印技术展现骨盆骨折模型，对骨折部位和骨折类型可精准了解，还可在骨盆模型上进行钢板及内固定的塑形，从而极大缩短手术时间，降低术后并发症[20]。国外学者[21]对2例骨盆骨折术前打印3D手术模型，手术过程中选择髂腹股沟入路进行骨折复位固定，获得良好效果，未出现神经血管损伤。

2.3 术中导航

骨盆合并髋臼骨折，手术难度大，常需要术者娴熟的手术经验和精准的骨折复位技巧，操作稍不慎，容易造成神经、血管损伤。而且靠近关节部位骨折的螺钉置入，操作不当容易产生严重的并发症，而导致手术失败[22-24]。在骨科手术过程当中，常常采用瞄准器或者模块系统来辅助完成手术，但此类器械的精确度往往较差。采用3D技术来制作导航模板，可以依据患者的具体情况个性化定制，不仅可以帮助医生在手术当中对骨折进行复位，还能够准确的确定内固定位置以及固定的方向和长度，从而大大的提高了手术的成功率[25-26]。国内学者张元智等人[27]建立骨盆骨折3D打印模型，采用3D导航技术，实现骶髂螺钉精准置入。

2.4 骨折及相关置入物的个体化设计

在骨盆骨折手术过程中，因每位患者的解剖结构存在较大差异，所以在临床手术治疗过程中很难找到完美匹配的内固定置入物。在3D打印模型的基础上，应用Mimics计算软件实现3D打印完美匹配的骨盆骨折内固定物，实现个体化定制。在骨盆骨折时往往还需要植骨，临床采用的植骨有两种，一种是自体骨，另一种是同种异体骨，自体骨临床效果良好，但受来源限制而较少使用；同种异体骨尽管来源比较广泛，且还可以根据受区大小和形状进行定制，但易引起免疫反应而影响愈合[28]。3D打印技术利用干细胞、活性因子及生物材料制成具有生物活性的置入物，并且相关生物活性材料置入后，有效骨组织继续生长，其他材料降解或吸收[29-30]。

3 3D打印技术存在的问题

3.1 价格高昂

目前市场上的3D产品价格普遍高昂，主要存在两个原因，一个是设备和材料的限制，一些关键设备和材料被一些大型公司和厂商垄断，另外一个是临床应用对材料加工要求较高。所以目前临床上主要是针对复杂骨折特别是骨盆骨折，采用3D打印技术制作骨折模型和辅助导航。

3.2 制作时间长

实际临床应用中，往往需要CT或者MRI来进行收集数据，后续还需要对数据进行处理，最后才能进行3D打印模型制作，此过程一般为2-3d，这就会引起患者在进行急诊手术时无法得到应用，耽误最佳治疗时间。

3.3 模型应用和实际情况不完全一致

3D打印技术制作的是孤立的骨折模型，忽略了软组织、手术中复位、实际手术操作顺序的影响。往往在临床运用过程中存在着一定的偏差。国内学者[31]采用3D打印技术应用于复杂骨盆骨折治疗，极大缩短手术时间，减少手术并发症，但是21例患者中7例出现术前塑形的钢板与实际情况不符，而导致术中二次塑形。

3.4 存在的安全隐患

有些手术操作者为了更好模拟手术操作，将3D骨盆模型简单消毒后带进手术室进行手术参考，但是3D材料系高分子材料，无法进行高温消毒，增大了手术风险性。此外，模拟模型和实际手术操作存在着一定的差异，在实际的手术过程当中不能够过分的剥离软组织，以期达到模拟手术效果，此种做法会增加手术创伤。

4 小结

3D打印顺应了精准个体化要求，是今后骨盆骨折治疗的发展方向。但是该技术还处于起步阶段，应用范围较为狭窄，受到价格高昂、制作时间、以及与实际骨折情况不完全一致等不利因素影响，使得该技术未能在广大基层医院广泛开展，仅限于经济发达地区。限制了此项技术的发展。但是该技术对于复杂骨盆骨折的诊断分型和手术方案的制定有很大的指导意义，特别是对于合并髋臼骨折的复杂骨盆骨折，对于近关节部位的螺钉置入具有很强的现实指导意义，今后在3D打印材料及制作过程中进行相关改进，从而拓宽适用范围，更好应用于临床和科研工作。