3D 打印技术在复杂骨折手术治疗中的应用

阅读 375 发布时间:2016-10-21 12:07

我们调查了17 例复杂骨折,采用 3D打印技术进行骨折模型的打印,根据骨折模型进行术前规划、术中辅助,术后患者获得良好的治疗效果,具体如下。

1 资料与方法

1.1 一般资料 共 17 例,男 7 例,女 10 例;年龄 15~60 岁,平均 32 岁;致伤原因:车祸伤 10 例 ,高处坠落伤 4 例,跌伤或扭伤 3 例。 骨折按各自部位常用的分类分型法:2例胛骨骨折(1 例肩盂骨折 Ideberg Ⅳ型,伴肩胛体、肩峰远端骨折;1 例肩胛骨体部粉碎性骨折),2 例肱骨近端骨折 (Neer 分型:1 例四部分骨折脱位,1 例四部分骨折),1 例肱骨远端骨折 (AO/OTA 分 型:13-C3),1 例尺骨鹰嘴粉碎性骨折 ,1 例 肘关节三联征 (尺骨冠突骨折 Regang&MorreyⅠ度,桡骨头骨折 MasonⅡ型),2 例腕骨骨折 (1 例经舟骨月骨周围脱位,1 例舟骨骨折并月骨脱位),2 例髋臼骨折 (Letournel 分类:1 例横形骨折,1 例双柱骨折),3例骨盆骨折 (Tile 分型:A2-2 型、C2 型、B2-1 型各 1例),2 例股骨近端 骨折

(1 例粗隆下 骨 折 AO/OTA31-A3 型,1 例股骨颈骨折 Garden Ⅲ型),1 例胫骨平台骨折(SchatzkerⅥ型),4 例 Pilon 骨折(Ruedi-All-gower Ⅲ型 ),2 例 踝关节骨折 (Lauge-Hansen 旋 后-外旋Ⅳ度),1 例距骨骨折 (Hawkins Ⅲ型),2 例跟骨骨折(均为 Sander Ⅳ型),均为新鲜骨折。 合并损伤:失血性休克 3 例,多发伤 6 例。1.2 设备 ①CT 机:8 层螺旋 CT,扫描条件:120 k V,300 m A,0.3 mm 层 厚 , 德国西门子公司 ;64 层 螺旋CT,扫 描条件 :120 k V,300 m A,0.1 mm 层 厚 ,德国门子公司;②普通笔记本电脑③Mimics17.0 软件:比利时 Materialise 公司;④3D 打印机美国 Makerbot Z-18/R-Z。

1.3 研究方法

1.3.1 骨折模型的打印 分别对患者的骨折部位进行螺旋 CT 断层扫描,结果以 DICOM 格式保存,拷贝到普通笔记本电脑中, 用 Mimics 17.0 软件打开 DI-COM 格 式文件 ,通过阈值分割 、三维区域增长 ,重建三维模型,通过 Mimics 17.0 软件的导出功能,将三维重建的骨折模型以 STL 格式将数据输至 3D 打印机,打印出 1∶1 的 3D 骨折模型(图 1)。


1.3.2 术前规划 根据 3D 打 印出来的骨折模型进一步明确骨折具体情况,明确各骨折块的移位、关节面受累和是否需要植骨的情况,模拟手术复位和内固定过程。选择合适的钢板和螺钉,必要时预弯塑形,使钢板更加贴伏,选择并标记螺钉置入的方位、长度和角度,使每一枚螺钉都具有最大把持力,为骨折提供牢固的内固定。 精细制定个性化手术方案,需要预弯的钢板和骨折模型送手术室用环氧乙烷消毒待用。

1.3.3 手术方法 根据患者的伤情选择全身麻醉 、硬膜外麻醉或臂丛麻醉。术前的手术规划帮助手术医生选择合适的手术入路,遵从“BO”理念,避免过度的剥离软组织。 显露骨折端复位骨折后,选择合适的内固定材料,骨盆、髋臼骨折选用重建钢板,肩关节、肘关节、膝关节、踝关节周围骨折尽量选用关节周围锁定钢板,腕骨骨折脱位选用克氏针和锚钉,参考术前的模拟手术选用相应的规格钢板螺钉,放置在合适的位置,透视下确定骨折复位和内固定物位置满意、不进入关节。 对于需要植骨的胫骨平台骨折、Pilon 骨折等,取髂骨或用人工骨植骨。对于术中复位、显露困难的骨折,术者可再次对照环氧乙烷消毒处理的骨折模型,在手术台上“阅读”骨折类型,辅助关键骨折块的复位,对于不影响手术效果的小骨折块可不剥离。

2 结 果

17 例全部获得随访 6~24 个 月 ,平均 13 个 月 (图2),其中 16 例达到解剖复位,10 例达到功能复位。 骨折全部愈合,术后功能恢复,按各受累关节的评分系统(Neer 肩关节功能评定标准、HHS 肘关节功能评定标准、Cooney 腕关节功能评定标准、Harris 髋关节功能评定标准、HSS 膝关节评定标准、AOFAS 踝关节和后足功能评定标准):优 14 例,良 10 例,可 2 例,其中1 例为肘关节三联征患者。

3 讨 论

3.1 3D 打 印技术在复杂骨折手术治疗中的应用前景 在复杂骨折的治疗中,采用 3D 打印系统快速制造出骨折模型,可用于骨折的临床诊断、手术方案的规划、 术中指导和个性化内固定物或假体的制作,也可以用于临床教学。 Bagaria 等[1]先后在髋臼、跟骨、Hoffa 骨折中使用 3D 打印等比例实体模型,制定个体化治疗方案,不仅精确完成手术,而且缩短手术时间,减少麻醉药用量,减少手术出血,故作者推荐在关节周围、髋臼骨盆及颅颌面等复杂骨折中使用 3D 打印技术。 章莹等通过快速成形技术治疗胫骨平台骨折,对比于常规手术组,在手术出血量、手术时间、术后功能评分等方面显示明显的优势。标准的内固定物能满足大部分临床需求,但是在特殊情况下,可能出现患者个体因素导致的钢板与骨折部位不帖伏、不匹配或骨折部位的特殊性需要反复塑形钢板,影响手术固定效果、增加手术时间。 而 3D 打印技术可根据患者实际情况定制个性化、特殊要求的内固定物,以满足解剖及生物力学的要求。 刘百伟等应用 3D打印定制的髋臼后缘锁定钢板治疗髋臼后缘骨折,取得了满意的效果。

3.2 复杂骨折手术治疗的原则 复杂骨折的治疗是骨科的难题。软组织的保护、骨折的满意复位、牢固固定、 支具辅助下的早期主被动功能锻炼是治疗的原则,尤其是对于关节周围骨折。 骨折满意的复位、牢固的内固定和早期康复锻炼,才能使功能获得最大恢复,改善治疗效果。否则,骨折畸形愈合或关节面对合不佳,会导致关节内软骨的快速退行性改变。

3.3 3D 打印技术在复杂骨折手术治疗中的应用体会

笔者总结 3D 打印出来的骨折 1∶1 实物模型在复杂骨折治疗中有显著的优势:①术前规划:能提供准确、直观、细微的骨折部位信息,从而帮助医师对骨折部位的病理解剖、损伤机制和损伤后改变有全面的理解和认识,减少漏诊和误诊;手术医师能进行术前骨折模拟复位、内固定物的预塑形。②术中辅助:手术医师可以根据模型选择最佳的手术入路,也可以将消毒的实体模型带到手术台,提供现场指导的可能,弥补传统影像学检查和术中骨折有限显露在直观及整体理解上的不足;避免由于对骨折信息了解不足而进行不必要的软组织剥离和损伤,增加了内固定物放置、螺钉置入和植骨量评估的准确性。③可以指导患者术后功能锻炼,增加患者的医从性。 3D 打印技术也为骨科医生的外科手术技巧训练开辟了全新的临床医学教育模式。 另外,对于简单的骨折,无需行 3D 打印,传统的 X 线、CT、MRI 等检查即可,3D 打印技术不能取代传统的影像学检查。


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