【臨床案例】個性化骶髂螺釘置入導(dǎo)向模板數(shù)字化設(shè)計和3D打印

背景

骨盆骨折是一種嚴重外傷,，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50%～60%,。最嚴重的是創(chuàng)傷性失血性休克及盆腔臟器合并傷,，救治不當有很高的死亡率,，可達10.2%,。據(jù)統(tǒng)計,，骨盆骨折中50%～60%由汽車車禍造成,，10%～20%是由于行人被撞，10%～20%為摩托車外傷,，8%～10%為高處墜落傷,，3%～6%為嚴重擠壓傷。

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到理想的位置，導(dǎo)致螺釘置入時存在困難,。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，置入過程需要反復(fù)透視以確定螺釘?shù)娜攵�點及釘?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)透視下置入螺釘會增加患者及手術(shù)操作人員的射線暴露風險,，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確性及減少透視時間,，多可采用CT掃描引導(dǎo)或術(shù)中導(dǎo)航系統(tǒng)進行骶髂螺釘?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),，初衷是實現(xiàn)產(chǎn)品的快速研發(fā),、制造，自上世紀80年代后期起,，開始應(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,，通過術(shù)前計算機輔助設(shè)計制作的個性化導(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算機輔助的導(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內(nèi),，確立骶髂螺釘?shù)淖罴讶朦c,，即髂前上棘與髂后上棘連線與股骨縱軸延長線的交點，釘?shù)滥┒私K點選擇貼近S1椎體上終板中心點,；骶髂螺釘?shù)娜朦c及止點之間即為釘?shù)�,；通過軟件重建冠狀面、矢狀面及橫斷面與周圍結(jié)構(gòu)的毗鄰關(guān)系,，確定釘?shù)腊踩�后測量釘?shù)赖拈L度,。

基于設(shè)計并標記的釘?shù)缆窂剑�在軟件中用圓柱體代替螺釘，觀察骶髂螺釘在釘?shù)纼?nèi)的軌跡,。緩慢拖動滾軸,，分別在3D界面、軸面,、矢狀面觀察圓柱體通過骶骨側(cè)塊的位置關(guān)系,，確定CAD圓柱體與設(shè)計釘?shù)酪恢隆Ｗ詈髮⒛Ｐ蛿?shù)據(jù)以STL格式保存,。

設(shè)計并打印骶髂螺釘置入導(dǎo)板

設(shè)計軟件中打開保存的數(shù)據(jù),，轉(zhuǎn)動三維結(jié)構(gòu)，從各個角度觀察釘?shù)朗欠翊┢器竟莻?cè)塊周圍皮質(zhì),，并根據(jù)剖面和三維結(jié)構(gòu)觀察結(jié)果對釘?shù)雷鲞m當?shù)奈⒄{(diào),。在適當位置（骨性點）設(shè)計導(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,，最終使用光敏樹脂材料打印出導(dǎo)向模板。過程示意請見下圖,。

A 導(dǎo)入設(shè)計軟件后   

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

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)驗總結(jié)

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

過程中應(yīng)該注意如下幾點：

（1）CT掃描的層厚不要超過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)計中，模板的骨性依托部分應(yīng)多點,、立體選擇骨性標志,，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)計應(yīng)與導(dǎo)針直徑匹配,，管道外部長度應(yīng)足夠,，以增加導(dǎo)針導(dǎo)向的準確性；

（4）可以預(yù)留一些小孔便于克氏針固定,；

（5）若骨折有位移請先復(fù)位后再使用導(dǎo)板置釘,。

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

來源：三的部落