临床复杂骨折中3D 打印技术的应用进展#

梅晓龙 万春友 徐卫国 张涛

（天津市天津医院创伤矫形一病区，天津 300211）

因高能量损伤引起的复杂骨折通常是粉碎状况，不仅骨折情况较为严重，移位现象更比较多，复杂骨折的手术治疗难度比较大，若治疗不当术后患者极有可能发生肢体畸形、关节功能障碍，对患者造成危害较大[1]。基于此，复杂骨折患者在进行手术治疗之前需要先制定出针对性、科学性的手术治疗方案，常规手术的设计多采用CT 图像、X 线片二维图像，平面图像检查方式在显示方面有一定局限，如发生骨折块重叠等等，很难掌握患者骨折状况[2]。3D 打印技术是一种在粉末状粘合材料累加原理上产生的增材制造技术，将其用于复杂骨折治疗中，可以为患者设计出最佳手术治疗方案，不仅缩短了手术时间，更减轻了对患者造成的伤害，有着个性化、精准化、科学化的优势[3]。

1 国内外3D 打印技术的应用

1.1 国内3D 打印技术的应用

国内对3D 打印技术的研究最早出现在关节软骨、陈旧性损伤、老年性骨折、糖尿病足中，通过研究表明在未来骨及关节损伤修复中应用3D 打印技术会向智能化、微创化的方向发展，并突显出显著优势[4]，可以让骨关节修复更完美，也能减少并发症发生率，3D 打印技术势必成为未来智能骨科核心技术。近几年来3D 打印技术在发展过程中已经成功设计完成3D 股骨假体模型的制造，在空间优化摆放位置、制造工艺参数等方面有了突破性进展。

1.2 国外3D 打印技术的应用

国外对3D 打印技术的研究重点是术前建模，让医生精确、立体的认识到骨折处解剖结构，制定出针对性的手术方案，保证预后[5]。国外将3D打印技术应用到了骨盆复杂骨折中，在术前明确了骨折类型，并为手术入路、固定方法提供了最佳方案[6]。也有学者将3D 打印技术虚拟的应用到了儿童踝上骨折手术指南中，结果显示克氏针固定之后骨折线并没有额外的解剖与组织损伤发生[7]。

经最新全自动系统可以创造出3D 结构，随之经生物细胞打印也就可以创造出组织再生的骨架，制造出良好建筑学与力学性能的结构[8]。一种间接的3D 打印技术成功复制出了和打印模型极为相似的复制品，想要制造出与患者相匹配的外部轮廓，可以采用3D 打印技术和成像技术制造出与人类颌髁突高仿的定制骨架，为了进一步确定3D 技术能不能准确的控制骨架内部形态，又设计出了与电脑自主设计模型连通的正交直线系统，然而也有小部分生物学材料具有骨诱导功能。

2 3D 打印技术在骨科骨折中的应用

2.1 制作1:1 的实体模型

将3D 技术与患者CT 三维数据相结合就能构造出3D 模型，这样更方便医生与患者间进行交流，也能让医生更全面、详细的了解有关患者病情状况，并精准的制定出手术方案，在手术之前也能提前进行手术操作，模拟手术过程，可提升手术效果，确保患者预后。经3D 打印技术将模型打印出来，不仅能用于骨折治疗中，也能用于骨折诊断。针对复杂骨折患者来说，先进行分类，然后进行鉴别、分型等等，最后经3D 打印技术将患者骨折具体状况打印出来，根据打印模型制定针对性手术方案，为保证手术质量，术前也可以通过模型来模拟手术，为手术提供了科学参考。根据3D 打印出来的模型可以确定插入髓腔材质尺寸，更好的植入假体，在提高手术质量同时，也保证了手术安全性[9]。

2.2 打印手术辅助材料

3D 打印技术中，材料是不可或缺的，在打印过程中能使用的材料种类有陶瓷等等，可以根据需求不同选择合适材料，精准、个体化是3D 技术打印材料最关键的一步，通风3D 打印技术打印的手术器材包含骨盆导板、手术直钉导板等等，经3D 技术打印出的个体化植入物予以治疗能提高手术精准性、有效性[10]。3D 打印技术在达到传统手术要求的同时，使用的材料清洁度比较高，所以在骨折治疗中有着重大意义。

2.3 打印内置物材料

通过3D 技术将骨科内置物打印出来，主要包含具有支撑作用的骨组织、不仅有支撑还有高生物活性作用。通过3D 打印技术制备出来的生物支架，在保证材质丰富程度同时，更确保了生物相容性，支架空隙与形状极为符合细胞前移，满足了增殖、分化需求，为患者术后康复提供了良好环境。

3 3D 打印技术在复杂骨折中的应用

3.1 术前准备

对上颈椎骨折进行常规颅骨牵引，骨盆与下肢骨折处进行下肢骨牵引，将患肢适当抬高，通过根据患者实际情况实施针对性处理，骨折处进行正侧位X 线片、CT 检查，并将收集骨折数据传输到3D 打印机中，选用树脂材料并按照1：1比例打印出骨折模型，根据上颈椎骨折实际状况打印出伤颈椎椎弓根置钉导航膜版，此外明确接骨板的长度、进钉方向等等，数据实时指令转换之后，设计出数控加工的质量，使用快速成型技术将接骨板制备出来。在手术之前，骨折实时预复位处理，针对骨盆骨折患者来说进行钢板预成型处理，通过3D 打印模型与导航模板、定制钢板，做好与患者、家属的沟通，按照患者具体实际情况在骨折后6～11 d 择期进行手术[11]。

3.2 具体手术方法

麻醉方式为腰硬联合麻醉或者气管插管全身麻醉，根据患者骨折实际情况摆出手术体位，手术之前通过C 形臂X 线机透视明确骨折所在位置，四肢骨折患者的手术部位使用微创手术入路，将骨折端显露出来，严格按照术前制定方案实施骨折复位，当骨折复位情况良好后，选用2 mm 克氏针对骨折端进行临时固定，取定制钢板或者预弯钢板贴合骨膜插至骨折远近端，并选择螺钉进行固定，将临时固定使用的克氏针拔出来，当患者有骨缺损情况时，选自体髂骨或者同种异体骨进行植骨，经C 形臂X 线机透视查骨折状况，复位与内固定效果较好时进行彻底止血，并根据患者实际情况留置引流管。上颈椎骨折患者在进行手术治疗时应对需要固定的椎棘突、椎板、关节突背侧软组织进行清理，将背侧骨性结构彻底暴露出来，方便导航模板与相对应颈椎棘突、椎板及关节突贴服在一起，确定吻合良好之后，进行固定，同时维持在椎板上的位置，进钉点处做好标记，尖椎开口进入至骨皮质，选择1.5 cm 克氏针于导航模板导向角度下沿着骨道慢慢插入，攻丝之后拧入合适螺钉，安装纵行连接棒复位、固定、植骨，通过C 形臂X 线机透视确定骨折复位状况、螺钉固定状况[12-13]。

3.3 术后处理方法

术后常规使用抗生素，使用时间在2～5 d 间，并将患肢抬高，术后24～48 h 将引流管拔除。颈椎骨折患者需要带颈托予以固定，时间为6 w，下肢骨折患者予以抗凝处理，时间为10 d。叮嘱患者做下肢肌肉收缩等康复锻炼，定期进行X 线片检查。

3.4 3D 打印技术不足

3D 打印机价格较高，在基层医院推广有一定难度； 3D 打印技术花费较高，不是所有患者都可以接受；神经等重要组织器官并不能显示出来；对技术人员要求较高。

4 3D 打印技术在复杂骨折中的应用价值

4.1 让复杂的骨折形态变得直观化

手术之前使用3D 打印技术以1:1 的比例可以打印出与真实结构相同的骨折实体模型，通过实体模型可以模拟手术，可为手术提供重要参考依据，更保证了手术安全性，缩短手术时间、减少术中出血量；手术之前可以通过模型与患者、家属进行有效沟通，让沟通变得更简单，患者、家属能直观的对手术流程有一定了解；可用于临床教学中。

4.2 让内固定器材变得更个性化

一般普通解剖型锁定钢板是批量生产的，长度、螺钉孔所在位置、数量是比较固定的，四肢长骨多段骨折会有钢板长度不够、螺钉孔位处于骨折线上的情况，最终发生骨折固定不牢固、应力过于集中现象。数字化定植钢板主要是根据患者骨折实际情况设计出个性化的解剖型锁定钢板，钢板长度、螺钉孔数符合患者状况，因此钢板固定之后与骨面贴合性、稳定性、应力分散较好。

4.3 让上颈椎椎弓根螺钉置入更加的精准

上颈椎骨折患者多进行椎板部分切除置针法等传统颈椎椎弓根螺钉置入技术，其特点是进钉点、进钉方向是由医生按照经验来判定的，这就要求医生有着丰富的经验，也有着盲目性的不足，很容易发生椎弓根螺钉穿透情况。另外，上颈椎椎弓根比较细小，解剖变异也比较法，与邻近结构很复杂，很容易伤害到周围血管、脊髓神经，术后致残风险极高[14-15]。利用3D 打印技术能帮助颈椎椎弓根螺钉置入，提高了置钉精准程度、安全性，降低了术后致残风险发生率。

5 结束语

3D 打印技术作为快速成型技术，空间展现能力、发展趋势较广，因骨科治疗的复杂性，使得3D 打印技术为治疗提供了科学依据，提高了手术治疗效果、安全性。伴随着我国技术不断提升，3D 打印技术也会得到优化，使其在复杂骨折治疗中发挥更大优势，为患者提供便利。