3D打印技術在骨盆骨折術前評估及個體化鋼板定制中應用

　　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；一旦全身情況平穩后，對于不穩定的骨盆骨折，多需采用切開復位內固定，達到復位骨折、穩定骨盆環、利于早期活動、降低傷殘率的目的。然而骨盆不僅有周圍復雜的血管神經，而且其解剖結構不規則，給術前骨折評估帶來較多困難，也增加手術風險及難度。

　　目前，個性化、精準化治療已逐漸成為創傷骨科發展的一個重要方向，而3D打印技術則是實現骨科手術個性化、精準化的有效手段。國內外已經廣泛開展了3D打印技術用于骨盆骨折的臨床研究。筆者就3D打印技術在骨盆骨折術前評估和手術治療方面的應用進行回顧及展望。

　　3D打印技術對骨盆骨折術前評估的作用

　　在骨盆骨折的手術治療中，骨折復位質量、內固定選擇及并發癥預防是治療的關鍵。在傳統的骨盆骨折治療中，我們更多地依賴X線片及CT平掃等二維空間數據來對骨盆骨折進行術前評估，但骨盆的解剖結構復雜，常規X線片及CT平掃數據往往難以全面、準確地評估骨盆骨折。CT三維重建可提供任意旋轉的三維立體圖像，可更清晰顯示骨盆骨折移位、前后環破壞情況，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。當層厚＞2mm時，圖像會出現偽影，造成三維建模失真，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，操作不當則可能導致大量出血等嚴重并發癥。

　　因此，利用薄層CT平掃數據進行骨折的虛擬重建，采用3D打印技術，以光敏樹脂為材料打印l：1比例的三維實體骨盆模型，可以更好地幫助骨科醫師了解骨折類型和移位程度，有助于做出明確的術前診斷、評估術中可能存在的風險，還能為術中復位提供直觀的參考。術前還可以利用模型進行模擬手術操作和練習，并對鋼板進行預塑形，從而減少術中手術操作時間及X線透視次數。患者個體的實體模型還有助于術前與患者的充分溝通，更容易取得患者的理解及配合，減少醫療糾紛的發生。Hurson等針對復雜的骨盆、髖臼骨折，邀請3名骨科醫師及3名高年住院醫師，分別使用常規骨盆X線片、CT等傳統影像學資料及3D打印等比例實體模型進行評估、分型及術前規劃，認為實體模型可以幫助年輕醫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，有學者統計，打印單側骨盆模型平均為8．6h，筆者在實際工作中打印一個全骨盆模型平均為18h，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打印模型的材質多選用光敏樹脂，成本較高，該項收費尚未納入醫保報銷項目，這些都進一步限制了3D打印技術在骨盆骨折的臨床應用。

　　同時，光敏樹脂材質強度較大，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，還可影響術前鋼板預塑形的精確性。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位的方式，并結合血管造影技術模擬動、靜脈與骨盆骨折之間的關系。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，術前模擬骨盆骨折手術，與傳統的治療方法比較，有效地減少了術中出血量并降低手術并發癥的發生率。

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

　　3D打印技術個性化鋼板的制備

　　精準醫療是21世紀醫學發展的重要方向之一。雖然標準化的骨科內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，由于其解剖結構復雜、前后環的骨性結構不規則，且個體差異大，為提高手術治療效果，術中鋼板與骨性結構需做到盡量貼服。而術前預塑形的重建鋼板，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，可影響螺釘的置入，特別是螺釘的鎖定，從而降低內固定的穩定性。3D打印技術則可以“量身定制”個性化鋼板，其鋼板長度、螺釘孔及螺釘方向術前均已設計好，因此鋼板固定后與骨面更加貼服、穩定，有利于患者的康復。由于是解剖學設計，有利于鋼板的微創插入，術中無須折彎，故不會影響其剛度、抗疲勞強度。目前，國內外已廣泛開展了3D打印個體化內置入物的臨床應用研究。

　　Dai等和戴魁戎等采用3D打印技術，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定性。上述研究均聚焦于關節、脊柱等骨腫瘤治療的個性化假體定制研究，但有關創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打印結合個體定制鋼板內固定技術在骨盆骨折治療中的應用”的研究，術前通過計算機模擬骨盆骨折的復位，通過健側骨盆翻轉或骨折虛擬復位的方法，按照解剖復位的治療要求虛擬定制骨盆前后環的鋼板，再采用常規鋼板的制作方法，一是線切割下料鋼板外形，使用模具沖壓成形，經過數控機床加工螺紋孔，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，可縮短手術時間，減少術中出血量及透視次數，降低了術后并發癥的發生。

　　關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？筆者采用了鏡像翻轉的方法，利用健側骨盆環模擬解剖復位的前環骨折端，但實際手術中并不一定能夠達到骨折端的解剖復位，特別是當骨折嚴重粉碎時；同時，當雙側骨盆前環均有損傷時，亦無法采用鏡像翻轉。筆者也嘗試通過虛擬復位骨折端指導定制鋼板，對于簡單的前環骨折，虛擬復位操作簡單，當骨折粉碎時，虛擬解剖復位則相當困難，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劣，制訂更為合理的方法增加定制鋼板與骨性結構的匹配性。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3d，周期較長，為了盡快使用，常規不進行力學強度的測試，而是將定制鋼板較普通鋼板加寬、加厚來提高其力學性能，但加厚的鋼板可能會引起患者骨盆區域的突出不適，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，目前已廣泛應用于航空航天等領域，但打印金屬鋼板的力學強度還需進一步的研究驗證。

　　總之，3D打印技術應用于骨盆骨折的研究大多集中于術前評估階段，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打印技術結合個性化鋼板的制備則是創傷骨科未來發展的趨勢。個性化定制的鋼板作為一種新型產品，一方面需要政府部門制定相應的政策法規以授權其合法使用，另一方面則需嚴格的技術標準和產品質量控制，需要更多的創傷骨科專家與影像科及相關器械生產廠商的通力合作，開展從鋼板外形設計到個性化鋼板的制備工作，并致力于臨床推廣應用。