3D打印技术在股骨远端骨折治疗中的应用_孟庆峰
Journal of China-Japan Friendship Hospital，2016Oct，Vol.30，No.5中日友好医院学报2016年第30卷第5期
经验交流3D打印技术在股骨远端骨折治疗中的应用
孟庆峰，韩基雄，汪少源，马嘉
（辽宁省抚顺市中心医院骨科，辽宁抚顺113006）
摘要目的：探讨3D打印技术在股骨远端骨折治疗中的应用。方法：本组研究共47例，常规对照组32例；3D 打印组15例，其中男10例、女5例；年龄39～78岁，平均57岁。所有患者均为新鲜性骨折。术前进行3D打印快速成型（RP）模型制作，从而指导手术治疗。结果：通过RP模型分析研究，顺利完成制定的手术方案。3D打印组在手术时间、并发症发生率、手术复位质量、术中出血量、骨折愈合时间上都优于对照组（P<0.05）。结论：3D 打印技术在股骨远端骨折中的治疗中具有明显的优势。
关键词：股骨远端骨折；快速成型技术
中图分类号：R683.42文献标识码：B文章编号：1001-0025（2016）05-0295-03
doi：10.3969/j.issn.1001-0025.2016.05.009
股骨远端骨折一般指股骨下1/3骨折，包括股骨髁上及髁间骨折。在这类骨折中，严重的软组织损伤、骨折端粉碎、骨折线延伸到膝关节、伸膝装置损伤常见。内固定的质量、手术创伤的程度及并发症的预防是运用复位内固定术治疗股骨远端骨折的关键。手术方式的选择依赖于对骨折充分、细致的了解，明确骨折分型，最终制定最佳的手术方案[1，2]。普通X线检查往往无法获得详细、准确的骨折信息，平面显示的CT三维重建不能完全给人直观立体的感觉，影响医患沟通，医生不利于解释手术方案。现在逐渐成熟的3D打印技术通过制作三维物理模型，逐渐突破了这种局限性[3，4]。2013年1月~2015年8月我科共治疗47例股骨远端粉碎性骨折患者，其中15例术前进行了快速成型（rapid prototyping，RP）模型的制作，用于明确骨折分型，指导手术治疗，现报告如下。
1资料与方法
1.1一般资料
本组病例47例，非3D打印组32例，其中男20例、女12例；平均年龄54岁。骨折按AO分型：B3型6例、C1型7例、C2型9例、C3型10例。开放损伤11例，闭合性损伤21例。受伤至手术时间为4～14d（平均7d）。致伤原因：坠楼伤7例、车肇事伤15例、自行摔伤5例、被人打伤4例、病理性骨折1例。15例为3D打印组：其中男10例、女5例；年龄39～78岁，平均57岁。所有患者均为新鲜性骨折，于入院后完善常规术前X线（图1）及三维CT检查（图2），并制作RP模型，然后通过模型确定骨折分型，指导手术治疗：AO分型：B3型2例、C1型3例、C2型5例、C3型5例。开放损伤4例、闭合性损伤11例。合并伤：失血性休克3例、合并双侧胫腓骨骨折、双髌骨骨折1例。受伤至手术时间为3～8d（平均5d）。15例患者均行常规切开复位内固定手术。致伤原因：坠楼伤4例、车肇事伤5例、自行摔伤3例、打伤3例。
1.2术前准备
术前对患者膝关节进行双源64排（扫描电压120KV，电流205.59mA）薄层CT扫描三维重建，将薄层CT扫描数据用DICOM格式保存，将CT 数据通过Mimics15.0软件处理并构建三维模型，然后通过使用MakeWare软件，将模型转换为3D 打印机可以使用的股票三维模型STL格式文件代码，通过SD数据卡传递给打印机（Makerbot Replicator23D打印机），打印材料为绿色环保生物降解塑料材料聚乳酸（polyactic acid，PLA）细丝，由喷头喷出累积成型，最终制作出与实体1：1等大的股骨远端骨折模型（图3）。
根据模型我们进行以下分析及研究：（1）了解股骨远端骨折线的移位方向、骨块位置及相互关系、关节面的完整性及是否有塌陷、骨缺损面积；（2）在3D假体上进行骨折欲复位，并可选择合适的钢板，甚至可选择长短适中的螺钉，以及螺钉置入方向；（3）术前让患者及家属对损伤情况一目了
作者简介：孟庆峰（1976-），男，副主任医师，医学硕士。
收稿日期：2016-04-26修回日期：2016-05-28
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中日友好医院学报2016年第30卷第5期Journal of China-Japan Friendship Hospital ，2016Oct ，Vol.30，No.5
表1
3D 技术组与常规组比较
组别
n 手术时间（h ）并发症（％）
骨折复位质量（%）
术中出血量（ml ）骨折愈合时间（月）Neer 评分优良（%）
3D 技术组15 1.5±0.5*6（1/15）*93.3（14/15）200±150* 2.5±0.587（13/15）常规组
32
2.5±0.7
15.6（5/32）
81.25（26/32）
350±135
3.5±0.8
81.25（26/32）
注：*与常规组比较，P <0.05。
然，便于医患沟通。1.3手术过程
患者仰卧位，Swashbuckler 入路，显露骨折
端，用克氏针临时解剖复位髁骨折块，在外侧皮质放置髁钢板，分别置入远近端螺钉。骨折近端至少需要8层皮质固定。应避免在靠近干骺端粉碎处置入锁定螺钉，这样会导致固定过于坚强，引起骨痂形成的不一致（图4）。
1.4术后处理及疗效评价
术后患者均给予消肿、止痛，拔出引流管后开
始行膝关节功能康复，增强下肢肌力，改善关节稳定性，患肢逐步负重，恢复步态能力，恢复日常功能。术后根据Neer 股骨髁上骨折疗效评分系统进行评定，包括主观评价指标（疼痛）和客观评价指标（功能，活动和工作）及影像学评估（图5、6）（平面测量成角畸形和移位）。满分为100分，优：＞85分：良：70~84分；差：55~69分；治疗失败：＜55分。
2结果
表1示，与常规组相比，3D 技术组术中出血
量少，手术时间缩短，手术并发症的发生率低，2组间比较差异均有统计学意义（P <0.05）。常规组有1例发生医源性血管损伤，股动脉复位时由骨折端刺破，术中纤维技术修复后继续完成手术。另
1例股骨远端置入螺钉时钉子进入关节腔，导致术后关节疼痛，取出螺钉后症状缓解。3D 技术组出现切口浅表感染l 例、坠积性肺炎1例、深静脉血栓形成2例。常规组出现切口浅表感染3例、尿路感染2例、深静脉血栓形成4例。所有患者术后获6个月~2年（平均12个月）随访。术后6个月采用Neer 评价标准评定疗效：3D 技术组：优9
例、良4例、可2例；常规组：优19例、良7例、可
6例。3
讨论
股骨远端骨折较为复杂，其中绝大部分为高
图1、2患者术前X 线和CT 片。45岁男性，5楼高处坠落，周身多处骨折，右侧股骨远端粉碎开放骨折。
图3
1：1的3D 打印制作模型。图4术中模型与实体进行骨折移位比较。图5，6患者术后X 线片。
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能量损伤，股骨髁间及髁上粉碎移位骨折。受伤机制不同，骨折移位方向及程度均不同，因此，对于股骨远端复杂骨折，应根据患者年龄、骨折类型、制定个性化的治疗方案。只有对骨折深入、细致的理解才能确保骨折分型的准确性，从而进一步制定出个性化的最佳治疗方案[5]。常规的X线检查能提供基本的骨折信息，对于分型可以做出大体的指导，普通CT二维断面图像能很好地显示股骨远端移位情况、关节面粉碎情况、关节面骨折块的大小及旋转方向。但是对于粉碎程度较大的股骨远端C2、C3型骨折，传统图像诊断措施如X 线，CT常出现误诊、漏诊现象，或者出现明确诊断后骨折分型诊断错误，仅根据医生主观产生的三维印象选择手术入路，手术的效果取决于医生的经验及熟练程度。随着数字技术在创伤骨科使用的逐渐普及，3D打印技术以其精确度，准确性，速度均明显优于传统二维图像诊断手段。
3D打印又被称为快速成型技术，最早出现于20世纪80年代，它是以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料制作三维物体的技术[6]。3D打印图像通常来源于CT扫描，CT产生的DICOM数据经过计算机处理后得到的三维数据，根据临床需要，借助制图软件对3D图像进行修改，获得最终打印模型的标准格式数据。最终将数据传入打印机，进行3D打印[7，8]。
通过3D打印技术，打印出1：1的RP模型，可以直观地从任意角度去观察骨折线行径及各主要骨折块移位和旋转情况，明确股骨髁上及髁间骨折块之间的关系，移位方向及旋转程度，并对移位距离进行实际测量，明确骨折分型[8]。
借助与人体骨骼完全一致的[9]：实体模型，骨科医生可以对病变形成更直观的认识，有利于理解疾病的发病机制，并做出诊断，同时可以更好地了解病变部位的解剖情况，制定更合理的个体化手术方案，预先发现术中及术后可能出现的问题，降低手术风险。其次，在模型上模拟手术，可以在术前将钢板预弯，螺钉预放置，甚至可以将个性化钢板、螺钉直接打印出来，不再需要准备大量器械备用，大大节约了手术时间，减少了麻醉时间。精确的术中定位，明显减少了X线透视的使用次数，这对患者和医生的健康都是有利的[10]。同时，医生借用模型可以更直观地向患者讲解病变情况及手术的相关细节，患者更好地了解手术方案及风险，有利于医患沟通。
由于本院并未购置3D打印机，所有3D打印工作都由外院专业公司完成，完成模型时间大约24h，模型价格偏高，在2000~2400元左右，这增加了患者的支出。随着计算机相关技术的发展，3D 设备价格的下降，专业人员的培训到位，相信3D 打印技术在股骨远端骨折方面的应用会越来越广。
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