3D打印技术在骨盆骨折修复术中的应用价值分析
兰小勇 张志平 叶 栋 廖学勤
南昌大学第三附属医院 南昌市第一医院骨科,江西南昌 330008
[摘要]目的 探讨3D打印技术在骨盆骨折修复术中的应用价值。方法 选取2015年1月~2016年5月我院收治的42例骨盆骨折修复患者作为研究对象。采用随机数字表法将其分为对照组、观察组,每组21例。观察组患者在修复术前进行CT扫描断层图像,并应用3D技术按与实体1∶1大小打印患者骨盆模型,实行术前评估、规划及修复设计,对照组患者采取常规的骨盆骨折修复方式。分析骨盆骨折修复手术情况,定期复查骨折愈合和复位情况。结果 观察组患者的术中出血量及术中输血量显著少于对照组,手术时间短于对照组,差异均有统计学意义(P<0.05)。观察组的术后并发症发生率(0),明显低于对照组(38.10%),差异有统计学意义(χ2=9.882,P=0.002)。两组患者的复位优良率比较,差异无统计学意义(χ2=1.273,P=0.259)。结论 对于骨盆骨折修复患者进行术前评估、规划及修复,采取3D打印技术可明确骨折移位情况,便于手术的精准操作,有利于缩短手术时间及减少出血量、并发症等,3D打印技术可有效地对骨盆骨折修复术前评估、规划。
[关键词]骨盆骨折;修复过程;3D打印技术;应用价值
在骨科中常见的创伤性损伤类型之一为骨盆骨折,骨盆结构的特殊也给临床诊断及修复造成了较大困难[1]。为更好地辅助骨科手术的进行,有学者研究指出骨盆损伤的情况可通过CT图像的3D打印技术观察,该技术再给骨折治疗提供有效帮助,并提供准确的个性化手术方案[2]。目前,采用3D打印技术为术前做出准确规划已经必不可少,但国内相关骨折手术报道甚少,故临床急需迅速且准确的诊断骨盆及髋臼骨折[3-4]。本研究探讨3D打印技术在骨盆骨折修复术前评估、规划及修复过程中的应用价值,现报道如下。
1 资料与方法
1.1 一般资料
选取2015年1月~2016年5月我院收治的42例骨盆骨折修复患者为研究对象。采用随机数字表法将其分为对照组、观察组,每组21例。纳入标准:①患者均符合骨盆骨折的临床诊断及手术指征;②患者均无精神及语言、沟通障碍;③均获得患者或家属知情且签署同意书。排除标准:①患者有手术禁忌证;②患者有严重的心、肝、肾等重要脏器功能不全;③患者无法坚持治疗调查;④患者在同时间段有参加其他研究项目。观察组中,男13例,女8例;年龄27~49岁,平均(35.42±6.23)岁;双侧 7 例,左侧 6 例,右侧 8 例;损伤原因:9例车祸伤,7例高处坠落,5例砸伤。对照组中,男 12 例,女 9 例;年龄 28~47 岁,平均(35.38±6.19)岁;双侧 5例,左侧 7例,右侧 9例;损伤原因:7例车祸伤,8例高处坠落,6例砸伤。两组患者的一般资料差异无统计学意义(P>0.05),具有可比性。本研究经医院伦理委员会批准同意执行。
1.2 方法
对照组给予常规的骨盆骨折修复方式。在髂后上棘外侧做切口,清除关节内碎裂软骨和软组织,在复位钳的帮助下复位骨盆。经C臂X线机引导将2.5 mm克氏针推入髂骨翼后侧直到S1椎体。如正位透视可见导针在中线位置,则可判断导针位置正确。再从导针处钻孔并置入6.5 mm空心拉力螺针,牢固固定骶髂关节与骶骨。
观察组采用3D打印技术:患者在修复术前均行相关检查,采取双源64排CT(扫面电压120 kV,电流206.03 mA)扫描。可通过DICOM格式保存骨折图像,然后通过Mimics15.0软件处理将CT数据构建成三维模型,并运用MakerWare软件,将模型转换为骨盆三维模型STL格式文件代码,供3D打印机使用,然后将打印机加热溶解PLA(绿色环保生物降解塑料材料聚乳酸)细丝,熔融沉积快速成型。最后获取同侧1∶1骨折模型备用,可明确骨折移位情况,便于手术的精准操作。①修复术前评估:观察骨折3D模型,并应用Mimics 15.0软件的3D测量工具量出骨折块分离及关节面塌陷的距离,再进行手术入路选择、切口暴露范围及骨折复位设计、钢板最佳塑性、螺钉进入方向及设计长度测量等操作。②修复方法:根据骨折类型不同采取3例Stoppa入路,12例后方Kocher-Langanbeck入路,6例髂腹股沟入路,5例骶髂关节后入路。在手术过程中,需按照消毒后实体模型对骨折固定物再次预弯调整,显露骨折部位再进行实体对比,供其参考(图1)。

 
图1 女性42岁骨盆骨折(Tile B2型+髋臼骨折)患者
A、B.修复术前CT三维骨重建骨盆正、后位相;C.修复术前3D打印1∶1骨盆模型;D.修复术前设计的骨折固定重建钢板;E.修复术中实体对比骨折复位;F.修复术后骨盆骨折复位后骨盆DR平片
1.3 判断指标
1.3.1 骨盆骨折修复手术情况 包括手术时间、术中出血量、术中输血量及术后并发症
1.3.2 骨折愈合和复位情况 修复后,Matta评分标准,具体内容如下[5]:①无疼痛且步态正常,关节活动范围>75%评分为优;②轻微疼痛及步态正常,关节活动范围>50%评分为良;③中度疼痛且轻度跛行,关节活动范围<50%评分为及格;④明显疼痛及跛行,关节僵硬伴畸形评分为差。Matta评分标准[6],其中分为3个等级 1、3、5 分值,计分为 15~20 分为优,计分为 9~14 分为良,计分于6~8分为及格,计分低于6分为差。
1.4 统计学方法
采用统计学软件SPSS 18.0分析数据,计量资料以均数±标准差(±s)表示,采用 t检验,计数资料以率表示,采用χ2检验,以P<0.05为差异有统计学意义。
2 结果
2.1 两组患者手术情况的比较
观察组患者的术中出血量及术中输血量显著少于对照组,手术时间短于对照组,差异有统计学意义(P<0.05)(表1)。
表1 两组患者手术情况的比较(±s)

2.2 两组患者术后并发症发生率的比较
观察组患者术中均未出现血管及神经损伤,术后也无切口感染、断裂及骨折不愈合等不良反应,对照组患者术中出现血管及神经损伤1例,5例术后切口感染,2例断裂及骨折愈合不良等,观察组的术后并发症发生率(0)明显低于对照组(38.10%),差异有统计学意义(χ2=9.882,P=0.002)。
2.3 两组患者骨折愈合与复位优良率的比较
经医务人员随访,术后时间6个月~1年,半年1次。骨折治疗后愈合时间 8~17周,平均(12.43±2.17)周。两组患者的复位优良率比较,差异无统计学意义(χ2=1.273,P=0.259)(表2)。
表2 两组患者骨折愈合与复位优良率的比较[n(%)]

3 讨论
近些年建筑和交通运输业的发展,各种事故导致的骨盆骨折的患者逐年增多。骨盆骨折尤其是不稳定骨盆骨折常合并多发损伤,伤情严重复杂。如果早期对不稳定骨盆骨折行确定性手术会加重患者创伤,如何治疗此类骨折仍是骨科医师的棘手问题[7]。因此骨盆骨折修复重建已经成为创伤骨科领域最具挑战性的手术。目前此类外科治疗在术前计划的制定、术口的选择、术中骨折块的复位、术中固定物的选择和解剖形态匹配、内置物螺钉骨隧道的准确定位等方面仍存在急需解决的问题来提高外科治疗的疗效[8]。即术前如何制订个性化手术方案来进行优化治疗。
目前,骨盆骨折患者修复的重点内容包含内固定质量、骨折复位及术后并发症的预防等[9]。而有学者研究指出3D打印技术可准确地做到术前规划,并快速成型,在术中起指导作用[10]。有研究结果表明,患者术前进行3D测量可缩短术中螺钉的测量时间,从而有效的缩短手术时间,降低感染发生率[11]。这一技术在应用于骨盆骨折修复治疗时更精确、可靠及简便,且疗效更佳。另一方面,在传统的修复中,修复方案的质量大部分取决于医师的个体水平及经验,无法做到共享,而采取3D打印技术,医师可通过模拟真实手术及修复的步骤,从而为患者制定最佳修复计划[12-13]。同时,可便于患者及家属提前了解患者的病情复杂程度及操作的危险性,并取得家属的理解及认可,便于更好地配合医师顺利的进行下一步治疗,有利于患者病情的稳定恢复[14]
陆俭军等[15]研究15例3D打印技术辅助手术治疗髋臼双柱骨折患者,通过对髋臼CT数据,进行三维重建,对骨折断端进行虚拟复位,3D打印技术打印骨盆模型,发现内固定术后影像学资料与术前设计十分相似,平均手术时间为(120±30)min,平均术中出血量为(600±50)ml,骨折愈合时间 12~16 周,平均(14±3)周,末次随访按Matta评分,优4例,良8例,可3例,差0例,优良率为80%。本研究经术后随访,骨盆骨折愈合与复位优良率为85.71%,同上述观点基本一致,证实3D打印技术能为骨盆骨折修复术前评估、规划患者制定精准的手术方案,且方法安全、可行,临床效果较好,令人满意。
综上所述,对于骨盆骨折修复患者进行术前评估、规划及修复,采取3D打印技术可明确骨折移位情况,便于手术的精准操作,有利于缩短手术时间减少出血量、并发症等,3D打印技术可有效地对骨盆骨折修复术前评估、规划。
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Application value of 3D printing technique in pelvic fracture repair
LAN Xiao-yong ZHANG Zhi-ping YE Dong LIAO Xue-qin
Department of Orthopedics,the Third Affiliated Hospital of Nanchang University the First Hospital of Nanchang City in Jiangxi Province,Nanchang 330008,China
[Abstract]Objective To investigate the value of 3D printing technique in pelvic fracture repair.Methods From January 2015 to May 2016,42 patients with pelvic fracture were selected as the research object.The patients were divided into control group and observation group by random number table,with 21 cases in each group.The patients in the observation group underwent CT scan before repair,and the pelvis model was printed with 3 D technology according to the size of 1:1 with the entity.the preoperative evaluation,planning and repair design were carried out.The patients in the control group were treated with conventional pelvic fracture repair methods.The pelvic fracture repair surgery,regular review of fracture healing and reduction were analyzed.Results The amount of intraoperative blood loss and intraoperative blood transfusion in the observation group was significantly less than that in the control group,and the operation time was shorter than that in the control group,the differences were statistically significant(P<0.05).The incidence of postoperative complications in the observation group(0)was significantly lower than that in the control group(38.10%),the difference was statistically significant(χ2=9.882,P=0.002).There was no significant difference in the excellent and good rate of reduction between the two groups(χ2=1.273,P=0.259).Conclusion For patients with pelvic fracture repair preoperative evaluation,planning and repair,3D printing technology can be used to determine the displacement of the fracture,facilitate the precise operation of the operation,is conducive to shorten the operation time and reduce the amount of bleeding,complications,etc.,3D printing technology can be effective for pelvic fracture repair preoperative evaluation and planning.
[Key words]Pelvic fracture;repair process;3D printing technology;Application value
[中图分类号]R687
[文献标识码]A
[文章编号]1674-4721(2018)5(a)-0082-03
[基金项目]江西省科技计划项目(20151BBG70193)
[作者简介]兰小勇(1979-),男,主治医师,硕士,研究方向:骨科
▲通讯作者
(收稿日期:2017-11-02
本文编辑:白 婧)