快速成型技术在复杂骨盆骨折诊断治疗中的初步应用

相关资料快速成型技术在复杂骨盆骨折诊断治疗中的初步应用

演讲人：刘健

随着现代高速交通运输、高层建筑等行业迅速发展，骨盆骨折成为越来越多见的严重损伤。累积后环的严重骨盆骨折，早期常因失血过多及严重脏器合并伤，死亡率较高；骨折本身如得不到恰当治疗，常导致严重伤残。随着现代医学影象学及内固定技术的发展和应用，手术治疗已成为严重骨盆骨折的重要治疗手段。由于骨盆解剖结构的特点，常规X线检查、甚至平面CT扫描常难以直观、准确地显示骨折伤情，导致医生术前对伤情复杂性及手术困难估计不足；同样由于手术显露有限、术野深在、操作空间有限，致手术操作困难，难以获得满意的复位和固定效果。本文将快速成型技术应用于复杂骨盆骨折的诊断和指导手术治疗，取得了满意效果，现报告如下。

姓名性年住院号诊断合并伤治疗别龄（AO分型）

李Ｘ男21547837右骶骨翼骨折、右股骨干骨折牵引

耻骨坐骨支骨折多发椎体压缩骨折

（61-C1.3）背部软组织挫裂感染

肝肾功能不全

钱ＸＸ女68555063左骶髂骨折脱位左肩锁关节脱位闭合复位

耻骨支骨折左侧多发肋骨骨折空心拉力螺钉固定

（61-C1.3）血气胸、创伤湿肺

程Ｘ女19553485右骶髂外旋损伤右股骨颈骨折前环开放复位

左骶髂骨折脱位左股骨粗隆间骨折钢板内固定

右耻坐骨支骨折尿道损伤后环闭合复位

（61-C2.3）肛门撕裂伤空心拉力钉固定

王ＸＸ男41558949右骶髂骨折脱位、闭合复位

左耻坐骨支骨折前环外固定架固定

（61-C1.2）后环空心钉固定

鱼ＸＸ男33554066右骶髂压缩损伤左锁骨骨折前环开放复位

左骶髂骨折脱位左多发肋骨骨折钢板内固定

双耻坐骨骨折左肺不张后环闭合复位

（61-C2.3）空心钉内固定

赵ＸＸ男28559123右骶髂外旋损伤、闭合复位

左骶骨纵行骨折移位前环外固定架

双耻坐骨骨折后环拉力钉固定

（61-C2.3）

二、术前检查准备

除常规X片及术前全身情况常规检查准备外，上述患者均行骨盆EBT（美国GEImatron公司C―150）扫描；将EBT数据转换成普通图像处理数据；再将转换后的图像数据转换成快速成型机器可读取的数据（STL）；将所得STL数据输入快速成型机，制作出与实体1∶1大小的骨盆模型。

根据骨盆模型，进一步明确骨折线行径、移位及旋转情况、各骨折块间的相应解剖关系。在模型上将骨折复位、固定，以辅助确定：⑴治疗策略及手术方式；⑵合适的手术入路及必要的显露范围；⑶固定物的选择、放置部位及置钉方向；⑷内固定钢板的预先塑形。

6例病人中，除第一例因全身情况差，给予牵引治疗外，其他5例均按术前计划，顺利实施手术。骨盆骨折开放手术平均时间2小时，术中输血平均2.4u。

病例1：程X，女，19岁。车祸伤致全身多发伤，伤后1天于2003-12-5急诊入院。入院前已在外院急诊行尿道造瘘术、阴道填塞止血术、左足皮肤脱套清创缝合术，输血及对症支持治疗。入院初步诊断：1.骨盆骨折（61-C2.3）；2.右股骨颈骨折；3.左股骨粗隆部骨折；4.左踝骨折；5.尿道断裂；6.阴道裂伤；7.左足皮肤撕脱伤术后。骨盆骨折X线平片检查发现：左侧骶髂关节骨折、脱位，右侧坐骨、耻骨支粉碎骨折（图1-1）；EBT发现：除与X片相同外，发现耻骨联合分离（图1-2）；将患者EBT数据经处理后输入快速成型机，制作出与实体1∶1大小的骨盆模型（图1-3，1-4），直观地显示了该患者骨盆损伤的真实情况，其中右骶髂关节“翻书样”外旋损伤更加明确。

根据对骨折伤情的准确掌握，制定出手术方法和步骤：1、先仰卧位将双股骨近端骨折复位固定，以便能够对左骶髂关节向上的移位进行牵引复位；2、左侧卧位将相对简单的右骶髂关节外旋损伤闭合复位、经皮空心拉力螺钉固定，恢复右半骨盆的解剖结构及稳定性（图1-5）；3、仰卧位，用术前根据患者骨盆模型（EBT→快速成型制造→患者骨盆原型）复位后塑形的12孔和10孔重建钢板固定于两侧耻骨的上面及前面，恢复骨盆前环的稳定性（图1-6）。4、因近左骶髂关节处骶骨及髂骨均严重粉碎骨折，致使局部无法解剖复位。但在右骶髂关节解剖复位、固定及骨盆前环复位、固定的基础上，左骶髂关节移位已可得到部分纠正，故可于右侧卧位行左骶髂关节闭合复位内固定术。

按术前计划，于2003-12-16顺利实施手术：1.右股骨颈开放复位、空心拉力钉内固定；2.左股骨粗隆间开放复位、DHS内固定；3.右骶髂关节闭合复位、空心拉力钉内固定；4.双耻骨开放复位、重建钢板内固定；5、左骶髂关节闭合复位、空心拉力钉内固定。其中预先塑性钢板的使用不但节省了骨盆前环的手术时间，减少了术中失血量，同时也为骨折粉碎严重、极不稳定的左骶髂关节的间接闭合复位、内固定创造了条件。使该例严重复杂的骨盆骨折在较小的手术创伤下，取得良好的复位、固定效果（见图1-7、1-8）

病例2：鱼XX，男，35岁。矿车撞伤致多发伤，伤后30小时于2003-12-12来我院治疗。入院诊断：1.骨盆骨折（61-C2.3）；2.左锁骨骨折；3.左侧多发肋骨骨折并血气胸；4.左肾挫裂伤。急诊行左侧胸腔闭式引流。骨盆骨折Ｘ平片显示：左骶髂关节骨折脱位，双侧坐骨、耻骨支粉碎性骨折（图2-1）；EBT扫描进一步发现：双侧骶骨翼前方压缩骨折，髂骨翼后方撕脱骨折，提示两侧骶髂关节内旋挤压损伤（图2-2、2-3）。将患者EBT数据经处理后输入三维重建机中制成骨盆骨折模型。依据此模型除明确X线诊断及EBT诊断外，更可进一步明确骨折处粉碎程度、骨折块大小以及移位情况（图2-4、2-5）。

根据骨折伤情，制定出手术方法和步骤：1、左侧卧位，将右骶髂关节外旋张力下闭合复位、经皮空心拉力螺钉固定，恢复右半骨盆的解剖结构及稳定性；2、仰卧位，两侧耻骨开放复位内固定，用术前根据患者骨盆模型（EBT→快速成型制造→患者骨盆原型）复位后塑形的11孔和8孔重建钢板固定于两侧耻骨的上面，恢复骨盆前环的稳定性；3、于右侧卧位行左骶髂关节闭合复位内固定术（图2-6）。手术于2004-12-30顺利实施，复位、固定效果满意（图2-7、2-8）。

随着现代高速交通运输、高层建筑等行业迅速发展，由高能创伤所致的严重复杂骨盆骨折也逐渐增多。许多临床资料表明，对累及骨盆后环的严重不稳定骨折，传统的非手术治疗常难以恢复和维持骨盆的解剖结构，且制动时间长、合并症发生率高、疗效差。为促进患者早日康复，降低伤残率，大多数学者主张积极手术治疗。然而由于骨盆解剖结构及形态的特点，加之手术显露范围和操作空间的局限性，要求术前对骨折伤情要有全面和准确的评估，选择合适的手术方法，做好充分的术前准备，方能取得良好的手术效果。

骨盆Ｘ线平片（包括前后位、入口位和出口位）是检查骨盆骨折最简单和基本的方法，对于大部分明显移位的骨盆骨折、特别是前环骨折可以明确诊断。但由于骨盆复杂的解剖结构，X线片上骨骼重叠影、软组织阴影以及肠气对影像的干扰，对骨盆后环骨折的漏诊率较高。CT二维横扫检查可发现结构重叠而在X线平片上难以发现的隐匿型骨折以及关节腔骨折片、压缩凹陷骨折，降低漏诊率。尽管骨盆骨折CT扫描具有重要的临床价值，但CT检查不能代替传统的X线检查，CT扫描仅以二维的方式分别显示骨折的断层图像，缺乏对骨折的整体认识，特别是观察水平线性骨折和多发性粉碎性骨折不理想。平行于扫描方向无移位的骨折线，或扫描层距较大时的平行移位，CT扫描均不能发现。CT三维重建技术（包括螺旋CT、电子束CT）的应用，弥补了常规CT的不足。CT三维重建图像可以直观骨折线走行及碎骨片与周围结构的立体关系，从任意轴向和角度全面显示骨折情况，明确骨折类型，减少漏诊；同时对手术入路及固定方法的选择，有一定临床指导意义。由于各种三维重建的方法不同，各自在信息含量、表面清晰度及空间立体感等方面还分别存在一定限度，使用时应根据临床诊断需要选择最佳方案，取长补短。

如能获得个体化的与真实骨盆完全相同的骨折模型，无疑对严重复杂骨盆骨折的诊断和治疗具有重要的临床价值。快速成型技术的发展和应用为我们提供了这种可能。快速成型技术简称RP或RPM技术（rapidprototyping/rapidprototypingmanufacturing），是80年代后期发展起来的一门新兴制造技术，它根据材料累加（materialincrease）概念和叠层制造（layeredmanufacturing）方法，在计算机的控制下，根据物体的计算机辅助设计（CAD：computer-aideddesign）模型或CT/MRI等数据，不借助其他设备，通过材料的精确堆积，直接制造零件或物理试验模型的一种基于离散、堆积成型原理的新的数字化成型技术。目前这一技术已逐渐应用于医学领域，在义耳、人工骨的个性化制造及颌面外科术前诊断和手术计划中的应用已有报道。本文首次将该技术应用于严重复杂骨盆骨折的诊断和治疗中，成功制作出与患者骨盆成1：1比例的骨折模型，真实、直观、全面地显示了骨折伤情，为确定恰当的治疗方案、手术方式及固定方法提供了重要的参考依据。在骨盆模型上预弯固定钢板，较术中更为方便，且塑性更易准确、符贴，有利于缩短手术时间、减少出血，达到良好固定效果。对于骨盆前、后环多处粉碎、不稳定的骨折，即使在开放手术、创伤很大、直视复位下，亦常常难以达到理想的复位。而在骨折解剖复位的骨盆模型上，预制出固定钢板，不但有助于固定局部的骨折复位和固定，减少局部的手术剥离创伤；而且有助于整个骨盆环正常轮廓的恢复，对其他骨折部位起到一定的间接复位和稳定作用，为其他部位采用闭合复位内固定创造了必要的条件，从而简化了整个手术过程，大大减少了手术创伤。本组两例骨盆前后环多处粉碎骨折，一侧旋转不稳定、另一侧旋转及垂直均不稳定。先将旋转不稳定侧闭合复位、固定后，用预弯钢板经创伤相对较小的前路开放手术，在恢复前环解剖结构和稳定性的同时，使另一侧旋转及垂直均不稳定的骨折亦得到间接复位和一定的稳定性，再加上简单的闭合内固定，即取得了良好的复位固定效果。

总之，如果说CT三维重建技术为复杂骨盆骨折的诊断提供了立体直观的图像资料，那麽快速成型技术则直接提供了模拟真实骨折情况的骨盆实物模型。根据CT三维图像检查结果，指导手术治疗方案的设计和内固定物的选择，如果称得上是纸上谈兵的话，在快速成型技术制造的骨折模型上确定复位和固定方法，则起到了实战演练的作用。随着对该项技术认识的普及，快速成型技术除了在复杂骨盆诊断治疗中将会得到广泛应用外，在所有累及关节的复杂骨折诊断治疗中，在各种重大复杂手术前的准备和模拟操作演练中，以及医学生的临床教学、年轻医生的在职教育和培训中都将具有良好的应用前景，并显示出其应有的价值。

主任医师、教授，博士生导师，西京骨科副主任。1997～1998赴香港中文大学创伤及矫形外科学系、威尔斯医院骨科研修；曾参加首届中国骨科医师高级进修班、国际骨折内固定学会创伤基础班和高级班培训。

主要研究方向为骨关节损伤修复、骨质疏松防治的临床及相关基础研究。在多发、复杂骨折的微创治疗、骨不连和骨缺损的治疗、严重复杂骨盆和髋臼骨折的手术治疗方面以及骨移植、骨修复基础研究方面形成了自己的专业特色和优势。主持或参加国家863项目1项、国家自然科学基金4项、全军指令课题及重大课题4项、陕西省国际合作课题1项；获国家科学技术进步二等奖1项；"九五"全军后勤重大科技成果奖2项；军队科技进步一等奖1项、二等奖2项；陕西省科技进步二等奖1项；获国家发明专利2项。参编专著5部；发表论文70余篇。培养博士研究生5名，硕士研究生28名。

现任中国老年学会骨质疏松委员会常委、中华医学会骨质疏松和骨矿盐疾病学会委员、中华医学会骨科学会基础学组委员、中国机械工程学会生物制造学会委员、中国生物医学技术协会骨组织库分会委员、陕西省医学会骨质疏松和骨矿盐疾病学会副主任委员、陕西省老年学会骨质疏松委员会常委兼秘书；中华外科杂志特约编委、中华骨科杂志编委、中国骨质疏松杂志编委。