【解析】3D打印在骨盆骨折術(shù)前評估和個體化鋼板定制中的應(yīng)用

骨盆骨折多由高能量損傷所致，具有較高的致殘率和病死率。早期救治聚焦于損害控制及控制出血，降低病死率；一旦全身情況平穩(wěn)后，對于不穩(wěn)定的骨盆骨折，多需采用切開復(fù)位內(nèi)固定，達到復(fù)位骨折、穩(wěn)定骨盆環(huán)、利于早期活動、降低傷殘率的目的。然而骨盆不僅有周圍復(fù)雜的血管神經(jīng)，而且其解剖結(jié)構(gòu)不規(guī)則，給術(shù)前骨折評估帶來較多困難，也增加手術(shù)風(fēng)險及難度。

目前，個性化、精準化治療已逐漸成為創(chuàng)傷骨科發(fā)展的一個重要方向，而3D打印技術(shù)則是實現(xiàn)骨科手術(shù)個性化、精準化的有效手段。國內(nèi)外已經(jīng)廣泛開展了3D打印技術(shù)用于骨盆骨折的臨床研究。筆者就3D打印技術(shù)在骨盆骨折術(shù)前評估和手術(shù)治療方面的應(yīng)用進行回顧及展望。

3D打印技術(shù)對骨盆骨折術(shù)前評估的作用
在骨盆骨折的手術(shù)治療中，骨折復(fù)位質(zhì)量、內(nèi)固定選擇及并發(fā)癥預(yù)防是治療的關(guān)鍵。在傳統(tǒng)的骨盆骨折治療中，我們更多地依賴X線片及CT平掃等二維空間數(shù)據(jù)來對骨盆骨折進行術(shù)前評估，但骨盆的解剖結(jié)構(gòu)復(fù)雜，常規(guī)X線片及CT平掃數(shù)據(jù)往往難以全面、準確地評估骨盆骨折。CT三維重建可提供任意旋轉(zhuǎn)的三維立體圖像，可更清晰顯示骨盆骨折移位、前后環(huán)破壞情況，彌補了X線片及CT平掃圖像的不足，提高了診斷的準確性。但CT三維圖像的精確度取決于掃描的斷層厚度，層厚越小，三維模型越接近于真實原形。當(dāng)層厚>2 mm時，圖像會出現(xiàn)偽影，造成三維建模失，進而影響對骨盆骨折的準確診斷。同時，由于骨盆骨折周圍有大量的重要血管神經(jīng)，操作不當(dāng)則可能導(dǎo)致大量出血等嚴重并發(fā)癥。

因此，利用薄層CT平掃數(shù)據(jù)進行骨折的虛擬重建，采用3D打印技術(shù)，以光敏樹脂為材料打印1∶1比例的三維實體骨盆模型，可以更好地幫助骨科醫(yī)師了解骨折類型和移位程度，有助于做出明確的術(shù)前診斷、評估術(shù)中可能存在的風(fēng)險，還能為術(shù)中復(fù)位提供直觀的參考。術(shù)前還可以利用模型進行模擬手術(shù)操作和練習(xí)，并對鋼板進行預(yù)塑形，從而減少術(shù)中手術(shù)操作時間及X線透視次數(shù)。患者個體的實體模型還有助于術(shù)前與患者的充分溝通，更容易取得患者的理解及配合，減少醫(yī)療糾紛的發(fā)生。Hurson等針對復(fù)雜的骨盆、髖臼骨折，邀請3名骨科醫(yī)師及3名高年住院醫(yī)師，分別使用常規(guī)骨盆X線片、CT等傳統(tǒng)影像學(xué)資料及3D打印等比例實體模型進行評估、分型及術(shù)前規(guī)劃，認為實體模型可以幫助年輕醫(yī)師更好地進行骨折分型。

但打印3D的實體骨盆模型需要大量的時間，有學(xué)者統(tǒng)計，打印單側(cè)骨盆模型平均為8.6 h，筆者在實際工作中打印一個全骨盆模型平均為18 h，并且隨著骨盆模型精度要求的提高，打印時間會進一步延長；3D打印模型的材質(zhì)多選用光敏樹脂，成本較高，該項收費尚未納入醫(yī)保報銷項目，這些都進一步限制了3D打印技術(shù)在骨盆骨折的臨床應(yīng)用。同時，光敏樹脂材質(zhì)強度較大，其制作的骨盆實體模型塑形困難，特別是骨折移位大或存在粉碎骨塊的時候，還可影響術(shù)前鋼板預(yù)塑形的精確性。

為克服3D打印實體模型存在的缺點，也可以通過計算機模擬骨盆骨折復(fù)位的方式，并結(jié)合血管造影技術(shù)模擬動、靜脈與骨盆骨折之間的關(guān)系。章瑩等通過血管造影、快速成型、計算機輔助的個體化3D打印技術(shù)，術(shù)前模擬骨盆骨折手術(shù)，與傳統(tǒng)的治療方法比較，有效地減少了術(shù)中出血量并降低手術(shù)并發(fā)癥的發(fā)生率。

但無論是采用3D實體模型還是計算機虛擬模擬手術(shù)，均是單純考慮骨折本身，故與實際的手術(shù)仍存在不小的差距。如何模擬真實的手術(shù)環(huán)境將是未來的研究方向。虛擬手術(shù)也許能為骨盆骨折的治療帶來質(zhì)的飛越，它通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)在計算機中建立一個包括解剖學(xué)信息的模擬環(huán)境，醫(yī)師借助虛擬環(huán)境中的信息進行術(shù)前模擬操作及實際手術(shù)。

3D打印技術(shù)個性化鋼板的制備
精準醫(yī)療是21世紀醫(yī)學(xué)發(fā)展的重要方向之一。雖然標準化的骨科內(nèi)置入物可以滿足大部分患者的治療需求，但就骨盆骨折而言，由于其解剖結(jié)構(gòu)復(fù)雜、前后環(huán)的骨性結(jié)構(gòu)不規(guī)則，且個體差異大，為提高手術(shù)治療效果，術(shù)中鋼板與骨性結(jié)構(gòu)需做到盡量貼服。而術(shù)前預(yù)塑形的重建鋼板，鋼板的強度，特別是在釘孔周圍的強度必然下降，增加鋼板疲勞斷裂的可能；螺釘孔的變形，可影響螺釘?shù)闹萌�，特別是螺釘?shù)逆i定，從而降低內(nèi)固定的穩(wěn)定性。3D打印技術(shù)則可以"量身定制"個性化鋼板，其鋼板長度、螺釘孔及螺釘方向術(shù)前均已設(shè)計好，因此鋼板固定后與骨面更加貼服、穩(wěn)定，有利于患者的康復(fù)。由于是解剖學(xué)設(shè)計，有利于鋼板的微創(chuàng)插入，術(shù)中無須折彎，故不會影響其剛度、抗疲勞強度。目前，國內(nèi)外已廣泛開展了3D打印個體化內(nèi)置入物的臨床應(yīng)用研究。

Dai等和戴尅戎等采用3D打印技術(shù)，定制個性化的半骨盆用于治療骨盆腫瘤患者，取得了良好的臨床療效。Xu等利用3D打印技術(shù)人工定制樞椎，成功治療1例12歲的尤文肉瘤患兒，并重建病變椎體切除后的穩(wěn)定性。上述研究均聚焦于關(guān)節(jié)、脊柱等骨腫瘤治療的個性化假體定制研究，但有關(guān)創(chuàng)傷骨折中個體化定制鋼板的研究報道非常少。

筆者已開展了"3D打印結(jié)合個體定制鋼板內(nèi)固定技術(shù)在骨盆骨折治療中的應(yīng)用"的研究，術(shù)前通過計算機模擬骨盆骨折的復(fù)位，通過健側(cè)骨盆翻轉(zhuǎn)或骨折虛擬復(fù)位的方法，按照解剖復(fù)位的治療要求虛擬定制骨盆前后環(huán)的鋼板，再采用常規(guī)鋼板的制作方法，一是線切割下料鋼板外形，使用模具沖壓成形，經(jīng)過數(shù)控機床加工螺紋孔，鉗工去毛刺，然后處理鋼板表面光潔度，完成個性化定制鋼板的制作；二是采用五軸加工中心直接雕刻出定制的鋼板，再利用3D實體模型對定制鋼板進行驗證，可縮短手術(shù)時間，減少術(shù)中出血量及透視次數(shù)，降低了術(shù)后并發(fā)癥的發(fā)生。

關(guān)于骨盆個性化定制鋼板，目前處于起步階段，有些問題還需進一步研究和驗證。一是如何確定定制鋼板的外形？采用了鏡像翻轉(zhuǎn)的方法，利用健側(cè)骨盆環(huán)模擬解剖復(fù)位的前環(huán)骨折端，但實際手術(shù)中并不一定能夠達到骨折端的解剖復(fù)位，特別是當(dāng)骨折嚴重粉碎時；同時，當(dāng)雙側(cè)骨盆前環(huán)均有損傷時，亦無法采用鏡像翻轉(zhuǎn)。筆者也嘗試通過虛擬復(fù)位骨折端指導(dǎo)定制鋼板，對于簡單的前環(huán)骨折，虛擬復(fù)位操作簡單，當(dāng)骨折粉碎時，虛擬解剖復(fù)位則相當(dāng)困難，同樣也不利于鋼板的定制。

因此，還需要更多的研究來比較兩種確定定制骨盆鋼板方法的優(yōu)劣，制訂更為合理的方法增加定制鋼板與骨性結(jié)構(gòu)的匹配性。二是定制鋼板的制造。目前采用的定制鋼板制作方法大約需要3 d，周期較長，為了盡快使用，常規(guī)不進行力學(xué)強度的測試，而是將定制鋼板較普通鋼板加寬、加厚來提高其力學(xué)性能，但加厚的鋼板可能會引起患者骨盆區(qū)域的突出不適，特別是瘦弱的患者。3D金屬打印是個性化定制鋼板的新方向，目前已廣泛應(yīng)用于航空航天等領(lǐng)域，但打印金屬鋼板的力學(xué)強度還需進一步的研究驗證。

總之，3D打印技術(shù)應(yīng)用于骨盆骨折的研究大多集中于術(shù)前評估階段，并取得了一定的研究成果。為了更加精準地治療骨盆骨折，3D打印技術(shù)結(jié)合個性化鋼板的制備則是創(chuàng)傷骨科未來發(fā)展的趨勢。個性化定制的鋼板作為一種新型產(chǎn)品，一方面需要政府部門制定相應(yīng)的政策法規(guī)以授權(quán)其合法使用，另一方面則需嚴格的技術(shù)標準和產(chǎn)品質(zhì)量控制，需要更多的創(chuàng)傷骨科專家與影像科及相關(guān)器械生產(chǎn)廠商的通力合作，開展從鋼板外形設(shè)計到個性化鋼板的制備工作，并致力于臨床推廣應(yīng)用。

編輯：南極熊
作者： 禹寶慶 敖榮廣