【臨床案例】個性化骶髂螺釘置入導向模板數(shù)字化設計和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構，骶髂螺釘置入很難達到理想的位置，導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)臟等重要結構，螺釘?shù)拇┏隹蓪е瞒旧窠?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，導致�?nèi)固定失敗，影響手術療效。傳統(tǒng)的多角度反復透視下置入螺釘會增加患者及手術操作人員的射線暴露風險，導致醫(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掃描引導或術中導航系統(tǒng)進行骶髂螺釘?shù)闹萌�。而隨著數(shù)字骨科的發(fā)展，3D打印技術的臨床應用為骶髂螺釘?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，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，開始應用于工程制造等領域。目前，3D打印手術導板已應用于臨床研究，通過術前計算機輔助設計制作的個性化導板，已成功應用于一些髖關節(jié)、膝關節(jié)、脊柱手術，術中可以做到不再使用任何計算機輔助的導航、透視等設備，可避免接受電離輻射，并能極大的節(jié)省手術時間。

手術規(guī)劃

骨盆數(shù)據(jù)導入三維重建軟件后，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)溃煌ㄟ^軟件重建冠狀面、矢狀面及橫斷面與周圍結構的毗鄰關系，確定釘?shù)腊踩�后測量釘?shù)赖拈L度。

基于設計并標記的釘?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塊的位置關系，確定CAD圓柱體與設計釘?shù)酪恢�。最后將模型�?shù)據(jù)以STL格式保存。

設計并打印骶髂螺釘置入導板

設計軟件中打開保存的數(shù)據(jù)，轉動三維結構，從各個角度觀察釘?shù)朗欠翊┢器竟莻葔K周圍皮質(zhì)，并根據(jù)剖面和三維結構觀察結果對釘?shù)雷鲞m當?shù)奈⒄{(diào)。在適當位置（骨性點）設計導板，再導出模型數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)以STL格式導入3D打印機，最終使用光敏樹脂材料打印出導向模板。過程示意請見下圖。

A 導入設計軟件后   

B 在預設位置建立基座和套管  

C 在其余釘?shù)栏浇�建立模�?

D 位置關系計算后的導板模型

3DPRO 501M一次打印成型的術前模型

3DPRO 501M醫(yī)用3d打印機

將打印出的導向模板放置在骨盆3D打印模型的相應位置，驗證骶髂螺釘導向模板和髂后上棘及鄰近髂嵴后部骨性結構表面貼合良好。

臨床使用圖

經(jīng)驗總結

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

過程中應該注意如下幾點：

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

（2）導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)，以便術中應用；

（3）導向模板設計中，模板的骨性依托部分應多點、立體選擇骨性標志，以增加導板契合程度及穩(wěn)定性，導板的導向管道內(nèi)徑設計應與導針直徑匹配，管道外部長度應足夠，以增加導針導向的準確性；

（4）可以預留一些小孔便于克氏針固定；

（5）若骨折有位移請先復位后再使用導板置釘。

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