【臨床案例】個(gè)性化骶髂螺釘置入導(dǎo)向模板數(shù)字化設(shè)計(jì)和3D打印

背景

骨盆骨折是一種嚴(yán)重外傷,，占骨折總數(shù)的1%～3%，多由高能外傷所致,，半數(shù)以上伴有合并癥或多發(fā)傷,，致殘率高達(dá)50%～60%。最嚴(yán)重的是創(chuàng)傷性失血性休克及盆腔臟器合并傷,，救治不當(dāng)有很高的死亡率,，可達(dá)10.2%。據(jù)統(tǒng)計(jì),，骨盆骨折中50%～60%由汽車(chē)車(chē)禍造成,，10%～20%是由于行人被撞，10%～20%為摩托車(chē)外傷,，8%～10%為高處墜落傷,，3%～6%為嚴(yán)重?cái)D壓傷。

垂直不穩(wěn)定的骨盆骨折中通常存在骶骨骨折,、骶髂關(guān)節(jié)骨折脫位,，骶髂螺釘因其具有良好的生物力學(xué)性能,是目前治療骨盆骨折后環(huán)損傷,、降低致殘率的優(yōu)選方案。

然而,由于骶骨的特殊解剖結(jié)構(gòu),，骶髂螺釘置入很難達(dá)到理想的位置,，導(dǎo)致螺釘置入時(shí)存在困難。第一,，骶髂螺釘置入通道毗鄰骶神經(jīng)及盆腔內(nèi)臟等重要結(jié)構(gòu),，螺釘?shù)拇┏隹蓪?dǎo)致骶神經(jīng)、髂內(nèi)動(dòng)靜脈,、腰骶干及閉孔神經(jīng)等重要血管,、神經(jīng)的損傷，造成不可挽回的并發(fā)癥,；第二,，螺釘置入?yún)^(qū)域狹小，置入過(guò)程需要反復(fù)透視以確定螺釘?shù)娜攵�點(diǎn)及釘?shù)婪较�,，以免螺釘置入位置偏移,，�?dǎo)致內(nèi)固定失敗，影響手術(shù)療效,。傳統(tǒng)的多角度反復(fù)透視下置入螺釘會(huì)增加患者及手術(shù)操作人員的射線(xiàn)暴露風(fēng)險(xiǎn),，導(dǎo)致醫(yī)源性輻射損傷并可增加腫瘤的發(fā)生率。為提高螺釘置入的準(zhǔn)確性及減少透視時(shí)間,，多可采用CT掃描引導(dǎo)或術(shù)中導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行骶髂螺釘?shù)闹萌�,。而隨著數(shù)字骨科的發(fā)展，3D打印技術(shù)的臨床應(yīng)用為骶髂螺釘?shù)闹萌胩峁┝诵碌姆椒ā?/font>

3D打印是一種基于材料堆積法的新制造技術(shù),，初衷是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的快速研發(fā),、制造，自上世紀(jì)80年代后期起,，開(kāi)始應(yīng)用于工程制造等領(lǐng)域,。目前，3D打印手術(shù)導(dǎo)板已應(yīng)用于臨床研究,，通過(guò)術(shù)前計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)制作的個(gè)性化導(dǎo)板,，已成功應(yīng)用于一些髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié),、脊柱手術(shù),，術(shù)中可以做到不再使用任何計(jì)算機(jī)輔助的導(dǎo)航,、透視等設(shè)備,，可避免接受電離輻射，并能極大的節(jié)省手術(shù)時(shí)間,。

手術(shù)規(guī)劃

骨盆數(shù)據(jù)導(dǎo)入三維重建軟件后,，生成3D重建的骨盆模型,。在骨盆模型的冠狀面、矢狀面及橫斷面坐標(biāo)內(nèi),，確立骶髂螺釘?shù)淖罴讶朦c(diǎn),，即髂前上棘與髂后上棘連線(xiàn)與股骨縱軸延長(zhǎng)線(xiàn)的交點(diǎn)，釘?shù)滥┒私K點(diǎn)選擇貼近S1椎體上終板中心點(diǎn),；骶髂螺釘?shù)娜朦c(diǎn)及止點(diǎn)之間即為釘?shù)�,；通過(guò)軟件重建冠狀面、矢狀面及橫斷面與周?chē)�結(jié)構(gòu)的毗鄰關(guān)系,，確定釘?shù)腊踩�后測(cè)量釘?shù)赖拈L(zhǎng)度,。

基于設(shè)計(jì)并標(biāo)記的釘?shù)缆窂剑�在軟件中用圓柱體代替螺釘,，觀(guān)察骶髂螺釘在釘?shù)纼?nèi)的軌跡,。緩慢拖動(dòng)滾軸，分別在3D界面,、軸面,、矢狀面觀(guān)察圓柱體通過(guò)骶骨側(cè)塊的位置關(guān)系，確定CAD圓柱體與設(shè)計(jì)釘?shù)酪恢�,。最后將模型�?shù)據(jù)以STL格式保存,。

設(shè)計(jì)并打印骶髂螺釘置入導(dǎo)板

設(shè)計(jì)軟件中打開(kāi)保存的數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)動(dòng)三維結(jié)構(gòu),，從各個(gè)角度觀(guān)察釘?shù)朗欠翊┢器竟莻?cè)塊周?chē)�皮質(zhì),，并根據(jù)剖面和三維結(jié)構(gòu)觀(guān)察結(jié)果對(duì)釘?shù)雷鲞m當(dāng)?shù)奈⒄{(diào)。在適當(dāng)位置（骨性點(diǎn)）設(shè)計(jì)導(dǎo)板,，再導(dǎo)出模型數(shù)據(jù),，將數(shù)據(jù)以STL格式導(dǎo)入3D打印機(jī)，最終使用光敏樹(shù)脂材料打印出導(dǎo)向模板,。過(guò)程示意請(qǐng)見(jiàn)下圖,。

A 導(dǎo)入設(shè)計(jì)軟件后   

B 在預(yù)設(shè)位置建立基座和套管  

C 在其余釘?shù)栏浇�建立模�?

D 位置關(guān)系計(jì)算后的導(dǎo)板模型

3DPRO 501M一次打印成型的術(shù)前模型

3DPRO 501M醫(yī)用3d打印機(jī)

將打印出的導(dǎo)向模板放置在骨盆3D打印模型的相應(yīng)位置，驗(yàn)證骶髂螺釘導(dǎo)向模板和髂后上棘及鄰近髂嵴后部骨性結(jié)構(gòu)表面貼合良好,。

臨床使用圖

經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

在使用計(jì)算機(jī)輔助術(shù)前設(shè)計(jì)骶髂螺釘通道,、3D打印骨盆模型及骶髂螺釘導(dǎo)向模板的過(guò)程中，需要將每一步設(shè)計(jì)操作的偏差因素降到最低,。

過(guò)程中應(yīng)該注意如下幾點(diǎn)：

（1）CT掃描的層厚不要超過(guò)1mm,，以降低數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換及三維重建中模型的失真；

（2）導(dǎo)向模板宜選擇具有一定硬度,、韌性,、可消毒，受力后不易變形的材質(zhì),，以便術(shù)中應(yīng)用,；

（3）導(dǎo)向模板設(shè)計(jì)中,，模板的骨性依托部分應(yīng)多點(diǎn)、立體選擇骨性標(biāo)志,，以增加導(dǎo)板契合程度及穩(wěn)定性,，導(dǎo)板的導(dǎo)向管道內(nèi)徑設(shè)計(jì)應(yīng)與導(dǎo)針直徑匹配，管道外部長(zhǎng)度應(yīng)足夠,，以增加導(dǎo)針導(dǎo)向的準(zhǔn)確性,；

（4）可以預(yù)留一些小孔便于克氏針固定；

（5）若骨折有位移請(qǐng)先復(fù)位后再使用導(dǎo)板置釘,。

更多案例敬請(qǐng)咨詢(xún)?nèi)�的部�?00-690-7753,。（三的部落Mr.Xu）

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