3D打印在不稳定型股骨转子间骨折修复中的应用论文_高峰,陈平波

3D打印在不稳定型股骨转子间骨折修复中的应用论文_高峰,陈平波

(新疆乌鲁木齐市新疆医科大学第四附属医院 新疆 乌鲁木齐 830000)

【摘要】 股骨转子间骨折指的是股骨颈关节囊线以外至小转子下方区域的骨折,老年人股骨转子间骨折发病率呈上升趋势,股骨转子间骨折也是老年人经常遇到的骨折之一,占人体骨折的3%~4%[1],近九成的患者年龄超过65岁。治疗不当将严重影响患者的生活质量,甚至危及生命,是骨科医生面临的挑战之一,因患者年龄、本身骨质条件不同、骨折类型等不同,对治疗方式的选择有其自身特点。近年来,随着医疗技术的发展、手术治疗方法不断改进,对外科疾病的治疗方案正逐渐走向微创化、精细化,为病人围手术期提供更好的保障,而3D打印技术的不断发展和在医学领域的应用,让这一理想行将成为现实。

【关键词】 3D打印技术;手术规划;不稳定型股骨转子间骨折;治疗应用

【中图分类号】R68 【文献标识码】A 【文章编号】2095-1752(2018)06-0202-03

随着社会的老龄化,骨质疏松症患者的数量正在增加,而髋部是老年人骨质疏松的好发部位。65岁以上的髋部骨折非手术治疗者能恢复自力生活的只占50%,能恢复到伤前功能的占25%,而手术治疗能让80%的患者满意。对于高龄转子间骨折的患者,大都学者主张积极地手术治疗,而且股骨转子间骨折手术过程中往往容易由于复杂的三维解剖导致术中复位困难导致手术时间延长、手术显性出血、隐性出血[2-3]等情况的发生,而这些情况已经成为患者术后早期死亡的主要原因。近年来,随着数字化医学在临床在临床的广泛应用,手术方式正面临着一场重要的改革,手术由以往的程序化、粗放化正越来越向个体化、精准化以及微创化靠拢。正是借助于科学技术的不断进步及手术观念的发展,才使一种新的手术模式成为可能——精准手术,3D打印技术正是这一手术的完美诠释。基于CT图像的3D打印技术将骨折模型按1:1比例打印出来,更能从整体显示不稳定型股骨转子间骨折的全貌,对于骨折分型、治疗方案有很大帮助,因此3D打印技术的应用能提供准确的个性化手术方案。

1.3D打印

1.1 概念与原理

3D(3D打印),也称为快速成型技术,是基于数字模型文件,运用粉末状金属或塑料等粘合材料通过逐层堆积的方式制造三维实体的先进技术。3D打印机与普通喷墨打印机工作原理基本相同[4]。在电脑上设计完完整的三维模型后,将胶体或粉末等印刷材料放入打印机,通过传输线或网络计算机将数据输入打印装置;打印机通过印刷头将打印材料材料输出,一层层叠出出实物。

1.2 技术与材料

3D打印技术主要包含光固化立体印刷、熔融沉积制造、 选择性激光烧结/熔化和三维喷印等。当前主流的3D打印技术及其应用材料:选择性激光烧结,基本材料为热塑性塑料、金属粉末、陶瓷粉末;光固化成形,基本材料为光硬化树脂;熔融沉积成形,基本原料为热塑性塑料、共晶系统、金属、可食用材料。

1.3 相关设备

将扫描获得的骨折图像保存,将CT数据通过软件处理并构建三维模型,然后通过专业软件,将模型转换为3D打印机可以使用的股骨转子间骨折的三维模型格式文件代码,将数据传递给打印机,然后打印机通过各种不同打印技术将骨折模型按1:1打印出来。

2.3D打印技术在临床中的应用

2.1 3D打印技术在术前规划的应用

3D打印技术在临床最直接的应用,就是打印出各种复杂的器官或组织的3D模型。有了这些模型,器官或组织的内部结构可以生动地显示,这将使临床问题更直观。正如王成焘教授[5]说:医学界对于3D打印技术有着一种先天的亲切。3D打印技术自诞生开始逐步渗透到生物医学的多个领域,比如骨外科、颌面外科、整形外科、组织生物工程以及生物医药等,3D打印技术是数字化医学发展过程的重要步骤。

在临床工作中,术前对病变的认识程度、手术时间及术中出血是决定手术的关键所在。肺部疾病因病变方位广及肺部血管丰富、复杂多变等问题,一直是胸外科医生手术的难点。董庆等利用3D打印技术术前打印出1;0.8大小的患侧肺血管及肺病灶模型,术前制定手术方案且模拟手术过程,术后利用这些数字模型打印出来的病肺及血管模型与术中所发现的血管相比,打印模型的血管符合率为95%以上,极大的较低了手术风险。骨软骨瘤是儿童的常见肿瘤,多发在股骨下端、胫骨与肱骨上端的干骺部,韩娟等利用3D打印技术,将病变模型打印出来,根据模型特点,明确瘤体的部位及特点,决定瘤体切除方法,并可从任意角度、任意方向观察,模拟手术的定位与操作,提高手术的准确度及安全性[6]。

国内外相关研究亦表明,3D打印骨折模型对于选择适宜规格的内固定材料、制定个性化手术方案、快速提高临床医生水平、提高治疗效果具有积极意义[7,8]。章莹[9]采用3D打印技术个体化治疗三踝骨折,将骨折的全部骨块进行3D打印,并在3D打印实体模型基础上联合钢板预弯,模型内固定植入术,明确钢板植入位置、螺钉方向和长度,认为该技术可全面的显示骨折线走行、骨折移位程度、骨折块大小等情况,为制定术前计划、选择内固定提供详细的依据,继而缩小术中骨折范围的剥离程度,还可以缩短手术时间,减少术后感染。

期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆周伟力[10]采用3D打印技术在治疗髋臼骨折手术时,将骨折模型按1:1打印出来,根据3D打印模型在骨折分类,然后制定手术计划,根据手术方案在3D打印模型上对骨折进行复位操作,并选取合适长度的钢板、螺钉,将钢板进行塑形后放置于骨折复位后的模型上并固定,根据手术前的计划,确定钢板螺钉的合适位置和放置位置,根据术前计划,将钢板和螺钉的长度在设计和实际操作中进行比较,同时记录所需时间,结果,钢板长度、螺钉数目及长度均与术前计划一致。3D打印技术可以实现骨折部位的真实重现,可以使患者在术前有充分的了解骨折的分类,了解骨折块间的位置关系,并能够对每个骨折块分别进行操作,从而完成了手术方案的模拟操作,有利于骨折的准确、有效复位和固定。

2.2 3D打印技术在术中导航的应用

脊柱解剖结构复杂,又有脊髓、神经等重要组织结构毗邻,而脊柱损伤、畸形、退变及肿瘤等常见脊柱疾病又常伴有椎体结构的解剖变异,手术允许偏差范围小、风险大,因此手术对于骨科医生来说非常棘手和极具挑战性,而3D打印技术重建脊柱三维模型,设计钉道,并制定相应的钉道导板,应用与术中的椎弓根置钉,能够精确的把握置钉的位置、方向及角度,并可以确定螺钉的长度及直径。陈宣煌[11]等采用3D打印模块辅助腰椎椎弓根螺钉导航置入内固定方法医治腰椎疾病患者,临床试验置入253枚螺钉,置钉准确率为96.84%,国内外许多学者将快速成型技术应用到脊柱螺钉固定中,发现该方法能有效提高螺钉固定的准确性,取得了良好的效果。

3.3D打印的优点

随着3D打印技术逐渐渗透到骨科临床工作,它为临床工作提供了越来越多的便利和个性化诊疗方案。主要体现在以下几个方面:一是完善术前规划。传统方法上医师需要根据二维或者三维平面图像结合解剖学知识,在大脑中还原真实骨折情况。由于骨骼为立体结构,解剖形态复杂,对于缺乏各方面经验的年轻医师来说,准确的诊断、分型及治疗方案的确定等工作就显得力不从心了。而3D打印技术打印出的骨折模型,能够让术者在术前对骨折有详明和全面的了解,并做出确切的诊断和分型,在模型上模拟手术操作,尝试不同手术方法,调整手术策略。二是高效的手术过程。通过3D模型来设计骨折复位及置钉参数,减少了手术中反复复位的繁琐过程,内植物植入的方向和角度安全,节省手术时间,减少手术出血及透视次数。三是加快青年医师的成长。3D打印模型带来的真实、直观感受,加强了年轻医师操作技巧的训练,人员之间的配合,有效缩短学习曲线,同时对于初学者,能够让他们更好的熟悉骨骼的解剖和骨折的分型。四是加强医患之间的沟通。对于患者而言,骨折的模型可以使患者更加了解手术的必要性、治疗方案、固定方式、疾病预后以及术后的康复锻炼,增强了医患之间的配合,提高患者遵医行为及对医生治疗的评价。

4.3D打印存在的问题及未来发展

综合文献报道,目前3D打印技术辅助PFNA固定治疗股骨转子间骨折仍存在一定局限性:一是3D打印模板虽然可以精准地反应解剖结构,但对手术的锁钉置入,特别是远端锁钉置入尚无法制作精确的经皮导航模板;二是3D打印技术暂不能显示软组织,因此无法实现精确的力学分析,在牵引复位时仍需借助医师的经验及术中透视;三是目前3D打印从数据采集、处理到模型打印的周期时间长,且需要特定的软硬件、专门人员及一定时间的技术学习曲线,会增加一定的医疗费用。

3D打印技术正在迅速发展成为生物医学领域中的一项热点研究技术。利用3D打印模型,辅助临床医生对于疾病精确的诊断、提高医患沟通和教学的效果、定制个体化修复方案。利用3D扫描技术扫描各大厂家的各种材料,用于建立庞大的各种规格接骨板、螺钉的标准件库,使用的时候直接调用。随着材料学的发展,3D打印个体化内植物也将进入临床应用,医生可以根据患者实际情况和自己的需求在软件上设计个体化的内固定物,再利用3D打印金属打印机制作出相应的实物,用于临床治疗。而随着生物材料学、组织细胞培养技术的发展,实现细胞打印骨组织,形成有生理功能的可植入物,以修复或替代人体受损组织,在生物医学领域有着广泛的用途和巨大的发展空间。

【参考文献】

[1] Sandowski C,Lubbeke A,Saudan M,et al.Treatment of reverse obligue and transverse intertrochanteric fractures with use of an intramedullary nail or a 95° screw-place,aprospectives,randomized study.J Bone Joint Surg(Am).2002;84-(A):372-381.

[2]王为,朱道平,严宏伟,等.3种内固定方法治疗高龄不稳定型股骨转子间骨折疗效分析[J].临床骨科杂志,2015,18(1):73-76.DOI:10.3969/j.issn.1008-0287.2015.01.026.

[3]顾强荣,王黎明,等.股骨近端防旋髓内钉治疗老年股骨粗隆间骨折的疗效分析[J]。江苏医药,2015(6):650-651,652.

[4]赵春雷.3D打印机种类[J].世界科学,2012,(7):19.

[5]王成焘.医学的3D打印革命[J].中国经济和信息化,2013,13:48-49.

[6]董庆,曹守强,等.3D打印技术在非小细胞肺癌诊疗中的应用[J].中国数字医学,2016,27(1):87-90.

[7]张世民,李海丰,黄轶刚.骨折分类与功能评定[M].北京:人民军医出版社,2008:334-335.

[8] Bagaria V,Deshpande S,Rasalkar DD,et al.Use of rapid prototyping and three-dimensional reconstruction modeling in the management of complex fractures[J].Eur J Radiol,2011,80(3):814-820.

[9]章莹,万磊,尹庆水,等.计算机快速成型辅助个体化三踝骨折的手术治疗[J].中华创伤骨科杂志,2009,11(6):509-511.

[10]周伟力,雷青,张先家,等.3D打印技术在髋臼骨折手术中的临床应用[A].医学临床研究,2014,31(6):1097-1103.

[11]陈宣煌,许卫红,黄文华,等.基于3D打印的腰椎椎弓根螺钉数字化置入及临床应用[J].中国组织工程研究,2015,19(17):2752-2757.

[12] Yuan GX,Shen YH,Chen B,et al.Biomechanical comparison of internal fixations in osteoporotic intertrochanteric fracture.A finite element analysis[J].Saudi Med J,2012,33(7):732-739.

通讯作者:陈平波(1967-),男,汉族,籍贯:新疆,学历学位:研究生,技术职称:副主任医师,研究方向:副主任医师.

论文作者:高峰,陈平波

论文发表刊物:《医药前沿》2018年2月第6期

论文发表时间:2018/3/15

标签:;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  

3D打印在不稳定型股骨转子间骨折修复中的应用论文_高峰,陈平波
下载Doc文档

猜你喜欢