3D建模联合血管重建打印在骨盆髋臼骨折中应用

王洪超　孙建　郝连升等

[摘要]目的探讨3D建模联合血管重建打印在骨盆髋臼骨折中应用。方法回顾分析自2014年12月～2016年4月于我院开展3D打印技术后行手术治疗的9例复杂骨盆及髋臼骨折的患者资料，与2010年3月～2014年12月之间行常规手术治疗的12例患者术前、术中各项指标进行对比。结果自2014年12月开展3D打印技术后，平均手术时间100min，平均术中出血694ml，均较之前有了明显改善，术后Harris评分平均87.6，P>0.05。结论在复杂骨盆及髋臼骨折的病例中，术前打印骨盆及血管模型，有助于术者更好地了解骨折的分型及特点，缩短手术时间，减低手术难度，通过内固定物预先塑性能更精确的复位骨折，降低手术风险。

[关键词]3D打印；电子预手术；骨盆；髋臼；髂血管打印

[中图分类号]R683.3 [文献标识码]A [文章编号]2095-0616（2017）18-226-04

随着电子计算机技术逐渐运用到医学，数字化医疗随之而生。骨科手术趋向于精确化、数字化、个性化。随着3D打印技术的工业应用越来越成熟，也随之应用在医疗行业，目前3D打印技术主要基于FDM技术，即熔融沉积造型技术。其基本原理是叠层制造，在X-Y平面内通过扫描形式形成制作的截面形状，在Z坐标间断的做层面标准厚度的移位，最终形成三维实体，目前常用的医学建模软件，如MIMICS，是基于医学影像学的逆向软件，属于工业级有限元分析在医学中的扩展应用。现阶段3D打印医学应用理论呈现井喷式发展，但实际的临床应用较少，只局限于少数大医院。

在创伤骨科的患者中，骨盆及髋臼骨折属于高能量损伤，特点是受伤暴力较重，损伤部位副损伤较多，而且由于骨盆及髋臼复杂的解剖特点，髂血管在骨盆走形比较靠近骨皮质，骨盆及髋臼骨折所造成的局部软组织内充血肿胀常累及髂血管走形區，而髂血管的损伤所造成的后果通常是致命的，目前DSA造影剂CTA成像在术前通常较为常用，但是其本身对血管的显影存在立体影像的局限性，因此这类骨折一直是创伤骨科医生的一个难点与挑战。笔者自2014年12月～2016年4月运用髂血管CTA联合3D打印技术辅助手术治疗复杂的骨盆及髋臼骨折9例，与开展3D打印技术前所进行的12例手术资料进行回顾性对比，证实3D打印技术在骨科手术的应用中有着良好的指导作用。

1资料与方法

1.1一般资料

选取我院2014年12月～2016年4月入院的复杂骨盆、髋臼骨折患者共9例，其中男4例，女5例，年龄30～50岁，骨折根据Letomnel和Judet分型：2例为前壁骨折，4例为前柱骨折，1例为横行骨折，2例为完全双柱骨折，致伤原因：4例为车祸暴力伤，5例为高处坠落伤，所有患者都于受伤后约1周进行手术治疗。术前行常规X-Ray、CT及双侧髂总动脉CTA等影像学检查，对骨盆及双侧髂总动脉3D数据进行术前打印。与2010年1月～2012年12月未开展3D打印技术时所行手术治疗的12例骨盆及髋臼骨折手术治疗的患者的资料在手术时间、术中出血量及术后髋关节功能Harris评分等方面形成对比。

1.2术前准备

1.2.1医学影像资料准备 9例患者术前均行骨盆正位平片及骨盆三维CT扫描及增强扫描（CT型号：美国GE、层厚0.25mm）重建。首先将CT扫描的原始数据（常使用Dicom格式）使用MIMICS17.0软件进行分析，使用蒙板技术对CT体素进行三维重建，并使用不同颜色蒙板来表达不同的骨折块，同时对双侧髂总动脉及髂内外动脉使用特定的蒙板来表示，对患者的影像资料进行重建，在MIMICS17.0中测量骨折块之间的距离以及各个骨折块的旋转移位关系，同时测量骨折块与血管之间的距离，以求在术前最大限度的在体外还原体内的真实情况。最终导出STL格式的3D文件备用。

1.2.2电子预手术 将MIMICS17.0生成的STL格式的文件导入MAGICS18.0（Materialise比利时）软件，可以对各个骨折块位置关系进行重新评价，重新测量骨折块的旋转角度及移位距离，可以对骨折块分别进行旋转及牵拉，以使骨折复位，使术者及助手实现术前电子预手术，并且在预手术过程中预判髂内外血管牵拉的程度，对髂内外血管损伤的概率有了基本的了解，整个过程简单明了。

1.2.3 3D模型打印 将MIMICS17.0生成的STL格式的文件导入CURA15.0进行切片处理（层厚0.2mm，填充率80%），经CURA15.0重新切片后形成断层数据，最终形成断层GCOED文件，可将GCODE文件导入3D打印机并最终打印为1：1实体，术者及助手在实体模型上演习骨折块的复位及固定，判断骨折复位过程中，髂血管和骨折线的关系。复位骨折块后可以将内固定物依据患者的3D模型信息进行术前预塑性。

1.3手术方法

9例患者均采用全麻气管插管，采取仰卧位体位。采取改良STOPPA入路进行手术。该入路切口可一直显露至骶髂关节前缘，其中3例髋臼及骨盆后柱骨折患者因单一改良STOPPA切口复位骨折时显露骨折线困难，所以联合采用髂腹股外侧窗切口，两切口联用的应用，在术中可清晰显露骨盆内壁及四方体，按照术前演练的过程进行复位骨折块，使用术前预弯曲的内固定材料。其中2例骨折块复位困难，术中采取利用预塑性钢板的弧度使骨折块复位，完成骨折复位固定。其中1例患者术中出现显露耻骨支时意外发现髂外静脉损伤，给予行静脉壁缝合修补。分别记录每个患者的手术时间，出血量等手术信息。其中一例患者的术前术后资料见图1。

1.4随访及记录

术后1年患者患侧髋关节功能Harris评分。该21例患者，都进行了术后定期随访，于术后1年对患者进行患侧髋关节功能检查，通过对比主观疼痛、行走距离、有无畸形、患髋活动范围等几个指标进行评估并采用Harris评分标准来记录评价髋关节功能。endprint

1.5统计学方法

统计学处理用统计软件（临床医师统计学助手V4.0）分析，计量数据以（x±s）表示，采用t检验，以P<0.05为差异有统计学意义。

2结果

非打印组12例手术和打印组9例手术均顺利完成，无一例患者死亡。手术时间、出血量均完整记录，应用3D打印技术后手术时间明显缩短；术中出血量因每例患者的损伤程度不同而出血量有较大出入，无统计学意义（t=1.9251，P>0.05）。术后随访结果。患髋关节功能与之前常规组相对比，3D组为（87.6±7.0），非3D组为（84.0±7.3），无统计学意义（t=1.1215，P>0.05），说明术后髋关节功能效果评价带有患者本人主观性，因患者对功能恢复期望值不同以及对疼痛耐受力不同，该评分有较大偶然性。见表1。

3讨论

对于骨盆及髋臼骨折，目前分型較多，且伴随血管及血管周围软组织损伤较复杂，手术学习曲线较长，一般基层医院难以掌握手术技巧，低年资医生在复杂骨盆及髋臼骨折的治疗中提升较慢。且常规的几项术前检查如DSA不能对骨盆骨折合并血管损伤的进行快速、准确的诊断，而且DSA检查会给患者造成一定的创伤，并且容易并发血栓、动静脉瘘及血肿等。CTA可在患者外周静脉进行穿刺，但其表现形式仍然是平面图像，很难真正表达出髂血管与骨折线之间的关系。而Materialise公司的MIMICS和MAGICS很好的解决了这个问题，MIMICS通过图像蒙板技术重建三维模型，对不同的骨折块使用不同颜色的蒙板，来区别血管及骨折块，联合MAGICS和MIMICS两个软件的应用，能对三维模型进行术前的电子预手术，可以测量骨折块之间的移位关系，测量骨折块的旋转角度，动态表示血管与骨折线之间的关系，术前判断血管有无损伤。使手术过程术前数字化。3D打印模型能清楚的显示骨折块的位置、大小以及提前确定骨折线是否靠近髂血管。通过3D打印技术，制造出来骨盆及髂血管1：1的3D模型使术者对骨折线及血管的形态一目了然，术前可以模拟骨折块的复位过程，通过3D模型，在体外选择并预塑性钢板，测量使用螺钉的长度，这样就减少了手术中间反复塑性及测量的时间并避免术中血管意外损伤。在较短的时间内实现骨折的解剖复位，降低手术副损伤，而且使低年资医生在骨盆及髋臼骨折的病例中做到，术前对骨折类型及手术方案明确熟悉，很大程度上缩短青年医师在复杂手术中的学习时间。但是术后患髋关节功能主要与手术者技术、复位满意程度及患者的主观感受有关系。

3D打印技术不仅为术者提供术前更多的影像信息，降低了手术难度，减少了术中出血，能更加清晰的和患者沟通。对患者来说，精确的复位及较少的手术时间能减轻血管周围肿胀程度，很大的程度上避免了术后深静脉血栓形成及髋关节创伤性关节的发生。因此，在复杂骨盆及髋臼骨折中，3D打印技术可实现复杂骨折患者的个性化治疗。而且在医疗工作中有较大的医学教育意义。endprint