摘要
第一部分：研究背景 1.骨盆结构及骨盆骨折 骨盆由骨、韧带、筋膜等结构组成，其前、后环通过坚韧的韧带连接，内衬盆腔内脏、神经、血管等重要组织结构[1]。一般来说，骨盆结构极其稳定，前部骨盆对稳定性的贡献为40％，前部骨盆对稳定性的贡献为60％[2,3]。骨盆损伤主要由车祸和高处跌落等原因导致，由于损伤的严重性（血流动力学不稳定或其他合并损伤）和高死亡率，其给人来健康和医疗机构带来极大的负担[4]。临床上，骨盆固定手术是维持骨盆稳定性和挽救患者生命的常用方式[5]。 骨折的“微创固定及生物学接骨”的目的是在促进骨盆骨折愈合的过程中最大限度地降低手术创伤。目前，经皮钢板微创接骨技术在四肢长管状骨的应用已经非常广泛。近年来，针对开放手术存在的这些问题，一些学者提出对骨骨盆折实施微创内固定治疗。目前采用的微创治疗措施，文献报道的较多是采用骶髂关节后路经骶骨螺钉，微创骶髂关节螺钉等固定技术。尽管这些微创内固定方式均在临床上取得例一定的临床效果，但也都同时却存在一些缺陷。Chui等研究认为，后路经骶骨螺钉由于内固定物的凸起可导致身材瘦小患者骶部感觉不适。由于技术操作的复杂性，这些微创固定技术的临床应用并不广泛，另外目前临床上开展的经皮螺钉固定技术往往难以解决骨折断端满意复位的问题。 随着数码科技的不断发展，数字骨科技术在临床上的应用也越来越广泛。3D打印技术，又称积层制造(Additive Manufacturing，AM)，也称三维打印技术，是指通过可以“打印”出真实物体的3D打印机，即将粉末状或液体的金属和塑料、陶瓷粉末、塑料、细胞或组织等材料通过分层加工和迭加成形的方式或者利用激光束、热熔喷嘴等方式生成三维实物。3D打印技术有很多临床应用优势，最引人注目的特点为不需要机械加工或模具，直接将数码数据生成任意形状的实物，从而达到缩短时间、降低成本和提高生产率的目的[6-8]。目前，这项前沿技术在创伤骨科领域得到充分应用和发展，主要用于修复多种复杂性骨折如骨盆骨折等，该技术可以精确植入内固定物，明显缩短手术时间。另外，3D打印技术还可以完美应用于人工髋关节置换术，它可以为髋臼骨折患者带来福音，可以使医师精确掌握患者病情，优化术前规划，尽量使术前模拟手术与实际手术吻合，减少误差，减少患者疼痛，使患者尽快达到临床恢复效果。 基于上述认识，我们研究应用计算机数字化的设计模拟骨盆骨折内固定手术，术前，CT0.6mm薄层扫描骨盆骨折患者，采用DICOM格式保存扫描数据，然后使用Mimics软件进行精确编辑，确认骨盆骨折位置，在体外模拟骨折复位，确定内固定植入物的位置，预弯钢板的长度、最佳位置和方向，螺钉的数量、长度、最佳位置和方向。采用3D打印技术在体外实行模拟手术，可优化手术设计，避免预弯钢板和螺钉方向错误，稳定固定骨盆骨折块，提高手术准确性和安全性。 骨盆骨折手术治疗前，寻找安全合理的手术方案是患者康复的关键，在三维物理模型上模拟多种备选手术操作，临床研究数据显示，基于3D打印技术的术前模拟手术与实际手术吻合度高，具有很高的可行新和安全性，可用于治疗复杂骨折，实现精确的个性化治疗，明确复杂骨折的位置、尺寸和翻转角度，螺钉长度和方向，有助于制定手术治疗策略及方式，术后结果与手术计划具有很高的一致性。 与X线片或CT片提供的二维图像信息相比，3D打印技术采用先进的图像分割配准技术对骨盆骨折患者骨折处建模，可在计算机上直接观察模拟手术过程，并在三维模型上观察骨折类型，制定合适的手术方案，既直观又便捷。 3D打印技术在临床应用中遇到的困难和缺点:1）软件操作系统复杂，操作困难，一般需经过专业培训才能熟练使用;2）术前模拟手术所需时间长，会延长骨折患者的治疗时间;3）需专业人士进行三维重建，人机交互性差;4）费用高。 2.3D打印技术常用的材料 聚乳酸(PLA)聚乳酸是聚酯家族中一员，又称为聚丙交酯，以乳酸为主要原料聚合而成，在体内外均可被生物降极高的耐菌性、阻燃性、抗紫外性、透气性、透氧性和透二氧化碳性，可通过挤压、纺丝、双轴拉伸和注射吹塑等方式进行加工。除了用于制作一次性输液工具、免拆型手术缝合线等医疗用品外，聚乳酸还可被用作新型的骨科内固定材料如骨钉、骨板等。 3.3D打印技术制作骨盆模型 模拟手术一般在仿真骨折模型上进行，打印出骨盆骨折患者的仿真骨折三维物理模型，术前，预弯植入钢板，确定钢板和螺钉的最佳位置、数量、长度和植入方向，在三维物理模型上进行体外模拟手术，可减少实际手术误差，降低风险，模拟手术过程中需详细记录预弯钢板和螺钉的具体信息，以便在实际手术中应用[9]。多种临床研究数据和患者康复情况可以充分证实模拟手术的准确性，尽量减少实际手术误差。模拟手术的临床应用优势:1）可优化钢板的最佳位置;2）精确钢板预弯;3）精确骨折位置，模拟手术与实际手术吻合度高;4）显著缩短手术时间，提高效率，节约成本;5）提高骨折骨面与预弯钢板和螺钉的接触面积，快速恢复骨折部位的生物学性能;6）降低骨折块移位;7）精确优化骨折复位;8）改善医患沟通，降低手术风险[10，11]。 由于高难度和高风险，复杂不稳定性骨盆骨折使用传统手术方法治疗偶尔会出现各种意外，骨盆骨折手术失败或术后出现并发症主要有2个原因:1）骨折复位和内固定技术欠佳，导致钢板和螺钉固定位置出现很大偏差，术后导致骨盆畸形;2）CT或X线片提供的二维图像信息量有限，医师无法全面掌握患者的骨折解剖结构，严重降低了手术的成功率，增加了风险，二维图像具有很强的主观性，对医师的临床经验依赖性强。采用三维图像可正确地判断骨盆骨折块的移位情况，实现骨盆骨折精确复位和内固定，这时避免手术失败和并发症的关键[12,13]。首先要加强对临床医生专业技术的培养，掌握构建和分析三维图像的能力，术前进行模拟手术，精确确定骨盆骨折类型并制定实际手术方案[14-16]。目前，通过三维图像进行经皮钢板和螺钉固定，治疗骨盆骨折的技术得到迅速发展，积累了丰富的临床经验[17]。骨盆骨折的微创治疗技术热潮迭起，方兴未艾[18]，运用其他微创内固定方法治疗骨盆骨折的研究越来越多，如经皮钢板固定、钉棒系统固定等，但由于设备价格昂贵、骨盆骨折手术复杂等问题，目前该技术在某些不发达地区的应用受到限制。 4.骨盆骨折治疗方式 传统的开放手术在临床开展已经有几十年的历史，其手术操作创伤较大，术中出血较多，患者术后恢复期长，且并发症较为多见。 髂腹股沟入路由Letournel于1960年提出，是用于治疗髋臼和骨盆骨折的入路方式，其临床应用有点包括:1）增强切口的稳定性;2）对外展肌损伤较小;3)患者术后恢复速度较快;4）临床适应性广。随着医疗科技的不断发展，髂腹股沟入路暴露出很多缺点如显露欠佳、操作困难、损伤大、出血量多、手术时间较长等，在实际手术过程中，需对髂腹股沟入路进行改良，弥补传统方法的缺陷，主要包括单一改良髂腹股沟入路和K-L入路联合改良髂腹股沟入路，目前，治疗骨盆骨折的常用前侧入路包括髂腹股沟入路、改良Stoppa入路、改良Stoppa+Smi th-Peterson入路等。髂腹股沟入路的临床应用缺点包括:1）手术过程中无法实现直观性;2）放置内固定物困难;3）增加术后发生腹股沟疝的概率。 与传统方法相比，改良版入路方式有很大的不同，先在耻骨联合部位横向切口，由腹股沟韧带下方将阔筋膜切开。改良髂腹股沟入路的临床应用有点包括:1)减少对重要结构的破坏如血管、神经和韧带等;2）减少了并发症;3）切开和关闭组织少;4）手术时间短;5）大大减少术中出血量;6）提高手术安全性;7)可提高髂外动脉与闭孔动脉的吻合性。 髂腹股沟入路在骨盆前环和髋臼前柱骨折的治疗中应用最广泛，该入路可对骶髂关节至耻骨联合的髋臼前柱进行充分显露，但对坐骨棘后方区域及髋关节本身则难以通过该入路实施显露。另外，髂腹股沟入路的常见问题是需要进行腹沟股区神经、肌肉、血管结构的分离与牵开，以规避其医源性损伤的发生。由于该手术入路区域解剖结构复杂，因此，髂腹股沟入路内固定手术耻骨联合复位过程中的膀胱莰顿，术中大量出血，感染，神经损伤、卡压，切口疝等并发症问题并非少见。 外固定支架作为一种微创手术方式，已经广泛用于不稳定骨盆骨折的治疗，既可作为初始的临时固定，也可联合后环内固定作为最终的固定方式。然而，这一方法也容易导致一些相关的并发症，例如感染、骨髓炎、钉道松动、骨折移位、撞击和神经损伤等。外固定支架影响患者的日常活动，特别是当患者坐起或床上翻身时。对于肥胖的患者，术后肥大的腹部突起于支架上，常引起不适。 第二部分：3D打印技术治疗骨盆骨折的临床研究 目的：探讨3D打印技术治疗骨盆骨折的临床疗效研究。方法：从2013年6月至2015年6月，我院共收集不稳定型骨盆骨折患者10例，行骨盆CT薄层扫描，扫描数据以DICOM格式导入Mimics软件进行三维编辑，采用3D打印技术打印骨盆骨折患者三维物理模型，术前在三维物理模型上进行模拟手术，模拟骨折复位，确定钢板螺钉最佳位置、钢板预弯程度、螺钉长度、螺钉数量和方向、螺钉进入角度等一系列术前模拟手术。术中，运用微创方法进行骨折复位术和内固定。术后，回顾性分析3D打印技术在治疗骨盆骨折中的有效性和可行性。通过Matta和Majeed评分评估治疗效果。平均手术时间、术中失血量、平均切口长度、实际所用钢板及螺钉数目也作为评估技术可行性和有效性的指标。结果：10例患者均获随访，随访时间6月～18个月，平均9个月，骨折均临床愈合，临床愈合时间6～12W(平均8W)。手术时间90～260 min(平均155 min)。术中出血量80～1100 mL(平均569 mL)。手术切口4.5～14 cm(平均8.9 cm)。术后影像学结果表明手术实际应用钢板及螺钉数目与术前模拟数目高度一致。采用Matta标准评价骨折复位情况，优8例，良2例。术后半年采用Majeed评分标准进行功能评定，优9例，良1例。结论：手术成功完成后，所有患者均达到临床康复效果，3D打印技术在治疗骨骨盆折中具有很高的可行性和有效性。相对于传统手术，这种联合治疗方法在临床应用中具有很多优势:创伤小、切口小、失血量低、术后疼痛轻、康复快、骨折复位满意度高，术后可早期进行功能锻炼。3D打印技术体外模拟手术可使实际手术更加精准、安全、完美，缩短手术时间，使患者早日重返工作岗位，提高康复效果，降低医疗成本，为社会节约了血源，值得广泛推广。
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