3D打印技術(shù)在骶骨骨折治療中的臨床應(yīng)用

郇科 蘇菲 王飛

[摘要] 目的 探討3D打印技術(shù)在骶骨骨折治療中的作用。 方法 選擇2010年1月～2015年1月陜西省第四人民醫(yī)院骨科收治的骶骨骨折合并骶神經(jīng)受損患者19例。Denis分類：Ⅱ型7例，Ⅲ型12例，均合并不同程度的骶神經(jīng)受損。根據(jù)術(shù)前CT掃描三維重建，充分了解骨折移位程度及骶神經(jīng)走行區(qū)受壓情況，根據(jù)三維重建立體結(jié)構(gòu)及術(shù)者經(jīng)驗，進行軟件預(yù)置螺釘，測量內(nèi)固定的相關(guān)指標(biāo)（直徑、長度、角度），進行預(yù)手術(shù)，觀察可能產(chǎn)生的效果，是否需要術(shù)者行擴大減壓。按照計劃進行手術(shù)治療，術(shù)后定期拍X線平片、CT掃描三維重建，了解椎弓根螺釘及髂骨釘有無松動、骨折愈合情況；進行Gibbons評分及Mjeed療效標(biāo)準(zhǔn)評分，評價術(shù)后神經(jīng)功能和臨床療效，進而評價該技術(shù)的可行性和有效性。 結(jié)果 所有患者均行3D打印模型輔助下的手術(shù)規(guī)劃、骨折復(fù)位、植骨融合內(nèi)固手術(shù)治療，手術(shù)順利，無切口感染、壓瘡等并發(fā)癥出現(xiàn)。均獲得1年以上隨訪。術(shù)后X線片或CT顯示骶骨骨折均固定穩(wěn)定，愈合良好。術(shù)后所有患者神經(jīng)功能較術(shù)前均有不同程度改善，Gibbons評分由術(shù)前（5.21±0.49）分恢復(fù)至術(shù)后（2.18±0.51）分，差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P < 0.05）。Mjeed療效達到優(yōu)良率84.2%。 結(jié)論 術(shù)前3D打印技術(shù)可充分了解骶骨骨折的損傷程度、骶神經(jīng)走行區(qū)受壓情況，進而指導(dǎo)減壓范圍及置釘節(jié)段，術(shù)前更加精確的設(shè)計手術(shù)方案有助于減少手術(shù)時間，提高骨折復(fù)位及神經(jīng)減壓的準(zhǔn)確性，有利于骶神經(jīng)的恢復(fù)，降低內(nèi)固定失敗的發(fā)生率，對臨床治療具有一定的指導(dǎo)意義。

[關(guān)鍵詞] 3D打??；骶骨骨折；復(fù)位；內(nèi)固定；骶神經(jīng)；手術(shù)規(guī)劃

[中圖分類號] R683.3 [文獻標(biāo)識碼] A [文章編號] 1673-7210（2018）08（c）-0067-05

[Abstract] Objective To disscuss the effect of 3D printing technique in treating sacral fracture. Methods From January 2010 to January 2015， in Department of Orthopaedics， Shaanxi Fourth People′s Hospital， 19 patients with sacral fracture accompanied with sacral nerve injury were selected. According to the Denis classification， 7 cases were type Ⅱ and 12 cases were type Ⅲ. All patients had varying degrees of sacral nerve damage symptoms. According to the three-dimensional reconstruction of CT scan before operation， the degree of fracture displacement and the compression of the sacral nerve were fully understood. According to the three-dimensional reconstruction of the three-dimensional structure and the experience of the operator， the software preposition screw was carried out to measure the relevant indexes （diameter， length and angle） of internal fixation， and to observe the possible effect and whether it was needed， that surgeon expanded the decompression. According to the plan， the surgical treatment was performed. After the operation， the X-ray plain film and CT scan were regularly taken. The pedicle screw and the iliac bone nail had no loosening and the fracture healing. The Gibbons score and the Mjeed curative effect standard score were carried out to evaluate the postoperative nerve function and clinical efficacy， and then the feasibility and effectiveness of the technique were evaluated. Results All patients were treated with the aid of 3D printing model， fracture reduction， bone graft fusion and internal fixation， the operation went well， and there were no incision infection， pressure sore and other complications. And all of them were followed up for more than 1 year. Postoperative X-ray or CT showed that sacral fractures were stable and well healed. The neurological function of all the patients after operation was improved in different degrees. The Gibbons score was recovered from （5.21±0.49） points before operation to （2.18±0.51） points after operation， the difference was statistically significant （P < 0.05）. The effective rate of Mjeed was 84.2%. Conclusion Preoperative 3D printing technology is helpful not only on fully understanding the degree of sacral fracture damage， sacral nerve compression area， but also on supervising decompression range and placement of nail segments. These technologies can help surgeons make accurate preoperative design of surgical procedures plan， decrease operation time， improve fracture reduction and nerve decompression accuracy， which will help the recovery of sacral plexus， reduce the incidence of failure of internal fixation. In a word， these technologies have a certain guiding significance for clinical treatment.

[Key words] 3D-priting； Sacral fracture； Reduction； Internal fixation； Sacral nerves； Surgical procedure

骶髂關(guān)節(jié)是軀干與下肢負荷傳遞的樞紐，占整個骨盆功能的60%[1-2]。近年來，骶骨骨折的患者逐漸增多，常合并骨盆骨折，常常容易忽視[3-4]。骶骨骨折常常為高能量損傷，損傷嚴(yán)重往往合并神經(jīng)損傷的發(fā)生，據(jù)統(tǒng)計，在不穩(wěn)定性骶骨骨折中25%～50%的患者同時伴隨神經(jīng)損傷[5]，具有較高的致殘率，主要原因為骨片壓迫或者牽拉神經(jīng)所致。因此，早期的手術(shù)復(fù)位、減壓及內(nèi)固定是治療骶骨骨折的重要方法[6]。近年來，數(shù)字骨科的飛速發(fā)展，尤其是3D打印技術(shù)的成功應(yīng)用，給我們規(guī)劃更合理的手術(shù)方案及給此類損傷的治療帶來了新的機遇。因此如何采用新的數(shù)字化輔助手段在術(shù)前充分了解損傷情況的同時，又能有效地指導(dǎo)外科手術(shù)治療，降低手術(shù)并發(fā)癥，一直是此類問題臨床研究的熱點。本研究對陜西省第四人民醫(yī)院（以下簡稱“我院”）骨科收治的19例骶骨骨折合并神經(jīng)損傷的患者，采用3D打印技術(shù)輔助下的后路減壓、骨折復(fù)位、髂腰內(nèi)固定手術(shù)，進行至少1年以上的隨訪，取得良好的臨床療效，現(xiàn)報道如下：

1 資料與方法

1.1 一般資料

選擇2010年1月～2015年1月我院收治的骶骨骨折患者19例，男12例，女7例；年齡24～46歲，平均（35.3±8.1）歲；均為新鮮骨折；受傷原因：10例高處墜落傷，8例車禍傷，1例砸壓傷；骶骨骨折按骨折形態(tài)分型：U形7例，H形4例，T形3例，橫形骨折3例，垂直形2例；Denis分類：Ⅱ型7例，Ⅲ型12例；合并休克6例，膀胱破裂2例，胸外傷5例，腦外傷6例，多發(fā)骨折4例，無直腸損傷病例；所有患者均存在不同程度的會陰部及肛門或者下肢皮膚感覺減退或消失，其中15例存在下肢肌力不同程度降低，11例存在膀胱括約肌、肛門括約肌或性功能障礙；受傷至手術(shù)時間為3～13 d，平均（9.31±1.63）d。本研究經(jīng)醫(yī)院醫(yī)學(xué)倫理委員會批準(zhǔn)，所有患者和/或家屬均知情同意并簽署知情同意書。

1.2 相關(guān)檢查

入院后行骶骨X線、CT及CT三維重建以明確骨折類型及粉碎程度，結(jié)合MRI及3D打印模型能夠清晰顯示神經(jīng)損傷及其周圍損傷出血，能及早發(fā)現(xiàn)硬膜囊受壓和椎管內(nèi)占位。肌電圖檢查可明確神經(jīng)有無損傷。

1.3 治療方法

采用西門子Picker 6000螺旋CT掃描機，層厚1 mm，螺距1.0，掃描骨折區(qū)域，將Dicom數(shù)據(jù)導(dǎo)入Mimics 16.0軟件，分割閾值后，進行三維重建。經(jīng)過進一步修整，并行平滑處理后得到骶骨、骨盆及周圍結(jié)構(gòu)的三維模型。觀察骶骨及骨盆骨折情況，包括骨折塊的大小及移位方向，觀察骶孔的卡壓情況，并測量腰椎椎弓根直徑、髂骨置釘部位數(shù)據(jù)及進釘角度，選擇相應(yīng)長度及直徑的椎弓根螺釘及髂骨釘。根據(jù)規(guī)劃的手術(shù)方案模擬骨折復(fù)位和脊柱穩(wěn)定性重建過程。將準(zhǔn)備好的數(shù)據(jù)導(dǎo)入3D打印機（北京殷華公司MEM-300-E 熔融擠壓3D打印機）。以丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（ABS）為材料在3D打印機上完成模型制造過程。系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置：加工層厚0.1 mm，加工速度500 mm/s，溫度（40±2）℃，整個成型過程為7～21 h，平均10 h。重建模型經(jīng)戊二醛熏蒸消毒4 h后直接在手術(shù)臺上使用，直觀指導(dǎo)手術(shù)操作[5]。

手術(shù)過程：手術(shù)在氣管插管全身麻醉下進行，患者取俯臥位。①腰骶部后正中切口，逐層顯露L4、L5關(guān)節(jié)突及整個骶骨椎板、髂后上棘。②根據(jù)術(shù)前設(shè)計方案和3D打印模型植入椎弓根螺釘，于雙側(cè)髂后上棘水平方向置入髂骨螺釘，透視確定螺釘位置良好。③根據(jù)術(shù)前設(shè)計方案及3D打印模型，如需減壓的患者進行椎板切除，探查骶神經(jīng)；如不需要減壓者，僅行內(nèi)固定復(fù)位骨折，達到理想復(fù)位即可。④小心保護骶叢神經(jīng)后進行骨折復(fù)位，再次仔細探查各神經(jīng)根有無挫傷和機械性壓迫因素。⑤根據(jù)術(shù)前設(shè)計的穩(wěn)定性重建方案，預(yù)彎后安裝連接棒。⑥術(shù)畢，反復(fù)沖洗、嚴(yán)密止血；減壓產(chǎn)生的自體骨和人工骨行腰椎至骶骨椎板處植骨；傷口置負壓引流管，關(guān)閉手術(shù)切口。

1.4 術(shù)后處理及隨訪

術(shù)后48～72 h引流管引流量<5 mL/h后拔除引流管，常規(guī)預(yù)防感染48 h，補液、支持對癥治療；術(shù)后即刻開始床上行雙下肢被動功能鍛煉和氣壓輔助治療，預(yù)防肌肉萎縮、下肢深靜脈血栓、壓瘡等形成。復(fù)查X線片及CT三維重建，確定骨折復(fù)位滿意及內(nèi)固定位置良好。術(shù)后1、3、6、12、24個月定期復(fù)查，拍X線平片，必要時CT掃描三維重建，了解椎弓根螺釘及髂骨釘有無松動，骨折愈合情況；進行相關(guān)功能評分，評價臨床療效和神經(jīng)功能情況。

1.5 觀察指標(biāo)

臨床觀察指標(biāo)包括手術(shù)時間、術(shù)中出血量、術(shù)后48～72 h引流量、術(shù)后并發(fā)癥（如切口感染、壓瘡等）、骨折愈合時間。依據(jù)Gibbons標(biāo)準(zhǔn)[6]進行神經(jīng)功能改善程度評分：1分，神經(jīng)功能完全恢復(fù)；2分，單純下肢感覺減退；3分，下肢活動存在障礙，但括約肌功能完好；4分，存在膀胱、直腸功能障礙。采用Majeed療效標(biāo)準(zhǔn)[7]：按照疼痛、工作、坐、性交、站立等5個標(biāo)準(zhǔn)進行評估，評分0～100分，優(yōu)≥85分，良70～84分，可55～69分，差<55分。

1.6 統(tǒng)計學(xué)方法

采用統(tǒng)計軟件SPSS 19.0對數(shù)據(jù)進行分析，正態(tài)分布的計量資料以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差（x±s）表示，兩組間比較采用t檢驗。以P < 0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 患者治療一般情況

所有患者均獲得1年以上隨訪，平均隨訪時間為（2.65±0.51）年。所有患者均在受傷后2周內(nèi)行外科手術(shù)治療，受傷至手術(shù)時間平均為（9.31±1.63）d。所有患者均一期行3D打印模型輔助下的后路減壓、骨折復(fù)位、植骨融合內(nèi)固手術(shù)治療，手術(shù)順利，無切口感染、壓瘡等并發(fā)癥出現(xiàn)。平均手術(shù)時間為（178.6±25.8）min，平均術(shù)中出血量為（510.0±54.5）mL，平均術(shù)后引流量為（185.0±37.1）mL。

2.2 影像學(xué)復(fù)查骨折愈合、神經(jīng)功能及療效評估

術(shù)后X線片或CT顯示骶骨骨折均獲得愈合和穩(wěn)定固定，骨折愈合的平均時間為（14.1±1.6）周。所有患者神經(jīng)功能較術(shù)前均有不同程度改善，Gibbons評分由術(shù)前（5.21±0.49）分恢復(fù)至術(shù)后末次隨訪（2.18±0.51）分，差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P < 0.05）；Mjeed療效：優(yōu)14例，良2例，中2例，差1例，優(yōu)良率為84.2%。

2.3 典型病例

患者，女，35歲，“車禍傷后全身多處疼痛伴下肢活動障礙2 d”于2014年9月18日我院骨科急診收治。平車推入，強迫側(cè)臥位，腰椎明顯的后凸畸形，腰骶部壓痛明顯；會陰部及雙膝關(guān)節(jié)下感覺明顯減退，足底感覺喪失。雙側(cè)髂腰肌、腘繩肌、股四頭肌3級，雙側(cè)脛前肌、伸拇肌、屈趾肌力、脛后肌、腓骨長短肌、小腿三頭肌0級。雙側(cè)膝腱反射及跟腱反射消失。X線片及CT提示骶骨骨折，L5/S1脫位。行后路L4～S1椎板切除減壓、骨折復(fù)位、L4～S2椎弓根螺釘內(nèi)固定術(shù)。術(shù)后1年半復(fù)查，患者腰骶部疼痛及雙下肢麻木癥狀消失，會陰部感覺基本正常，雙下肢肌力基本恢復(fù)至正常，肛門括約肌力量基本正常，大小便控制良好，Gibbons評分由術(shù)前6分恢復(fù)至術(shù)后2分，Mjeed療效為優(yōu)。術(shù)后1年半復(fù)查骶骨正側(cè)位X線片示骨折復(fù)位情況良好，內(nèi)固定牢固，無螺釘松動、穿入骶孔及骶管等情況（圖1）。

3 討論

近年來，隨著高能量損傷導(dǎo)致骶骨骨折的患者逐漸增多，常合并骶神經(jīng)損傷，單純根據(jù)X線片進行診斷，往往會造成漏診，而骶骨CT、三維重建以及高場強MRI[8]的使用可提高診斷準(zhǔn)確性。近年來3D打印技術(shù)已廣泛應(yīng)用于臨床，其中以骨科的應(yīng)用最為廣泛。對于骶骨骨折合并骶叢神經(jīng)損傷而言，單純通過X線、CT、MRI等二維圖像，很難全面了解骨折情況。本研究采用3D打印技術(shù)，術(shù)前通過Mimics軟件將二維CT數(shù)據(jù)進行三維重建，并打印模型，可顯著改善準(zhǔn)確度和視覺效果[9-10]?？梢酝ㄟ^三維重建圖像以原始比例真實重現(xiàn)骨及周圍區(qū)域結(jié)構(gòu)，從任何角度、任意方向和任意平面觀察骨折的大小、移位、角度以及骶叢神經(jīng)走行區(qū)受損情況，從而可以更加詳細地設(shè)計手術(shù)方案。術(shù)前可以明確術(shù)中使用內(nèi)固定的大小、長度、置釘角度、預(yù)彎程度，術(shù)中骨折的復(fù)位方法等，最大限度地實現(xiàn)骨折的功能復(fù)位甚至解剖復(fù)位，以及骶叢神經(jīng)的充分減壓。本組19例患者術(shù)中所見與術(shù)前三維重建和模型顯示結(jié)果一致，參照模型及術(shù)前設(shè)計的手術(shù)方案，可使骨折情況簡單明了化，縮短了手術(shù)時間及出血量，手術(shù)效果滿意。

目前骶骨骨折常用的分型方法有Denis分型[11]和Tile分型[12]。對于骶骨骨折的診斷及治療存在一定的爭議，手術(shù)指征、手術(shù)時機和手術(shù)方式?jīng)]有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。對于骶骨骨折治療的關(guān)鍵是通過骨折的復(fù)位、固定，重建骨盆穩(wěn)定性，進而改善神經(jīng)功能。骶骨骨折合并神經(jīng)損傷的手術(shù)時機及處理方式，目前尚存在爭議，但大多數(shù)學(xué)者還是趨于早期行神經(jīng)探查及減壓[13]。吳新寶等[14]認(rèn)為骶骨骨折如不影響骨盆環(huán)的穩(wěn)定性，無神經(jīng)損傷癥狀，不引起患者無法忍受的疼痛，可以行保守治療。不穩(wěn)定骶骨骨折的早期急救可采取外固定支架固定治療，如C形鉗[15]。在治療不穩(wěn)定型骶骨骨折及合并腰骶結(jié)合部損傷中，可以有效恢復(fù)腰骶復(fù)合體的解剖關(guān)系，重建腰骶段穩(wěn)定性[16]。針對骨盆后環(huán)不穩(wěn)定合并腰骶結(jié)合部損傷的患者，腰椎-骨盆固定是穩(wěn)定脊柱骨盆的有效方式[17]。李輝等[18]認(rèn)為三角固定系統(tǒng)中腰椎-骨盆固定可以提供縱向穩(wěn)定，聯(lián)合骶髂螺釘或跨骶骨接骨板橫向固定將縱向受力從下位腰椎轉(zhuǎn)移到髂骨，可以獲得非常好的固定強度。結(jié)合骶髂螺釘固定或骶骨接骨板，就是上面提到的三角固定，使穩(wěn)定腰椎骨盆的同時固定了骶椎，有利于神經(jīng)損傷的恢復(fù)[19]。有學(xué)者認(rèn)為[20]，對有移位、不穩(wěn)定性骶骨骨折的治療除行骶孔擴大、骶椎板切除減壓外，更強調(diào)后外側(cè)植骨融合，只有滿意的植骨融合才不會造成內(nèi)固定物松動或斷裂而失敗。Berber等[21]研究發(fā)現(xiàn)，髂腰釘棒系統(tǒng)固定的生物力學(xué)強度高于其他術(shù)式。本組19例骶骨骨折患者均采用了髂腰釘棒系統(tǒng)固定術(shù)，取得了良好的穩(wěn)定骨盆的效果，所有病例均未出現(xiàn)內(nèi)固定松動、螺釘拔出等情況。

關(guān)于骶叢神經(jīng)損傷在術(shù)中是否減壓問題，一直存在爭議。有研究[22]主張先保守治療，待數(shù)周后神經(jīng)癥狀未見明顯緩解時，再考慮手術(shù)減壓。Zelle等[23]認(rèn)為早期手術(shù)減壓將促進神經(jīng)損傷恢復(fù)，可解壓迫，防止神經(jīng)根的長期牽拉。本研究通過術(shù)前影像學(xué)資料，借助3D打印模型，判斷骨折移位情況及骶神經(jīng)走行區(qū)域受壓嚴(yán)重程度，均采取了一期骶骨骨折減壓、復(fù)位、內(nèi)固定手術(shù)，術(shù)后患者神經(jīng)功能恢復(fù)良好。19例患者Gibbons評分由術(shù)前（5.21±0.49）分恢復(fù)至術(shù)后（2.18±0.51）分；Mjeed療效優(yōu)良率為84.2%。

綜上所述，利用術(shù)前三維重建和3D打印骶骨骨折模型有助于：充分了解骶骨骨折的損傷情況，有無骶孔、骶管骨折等；根據(jù)臨床癥狀和體征[24]，預(yù)判骶叢神經(jīng)受壓部位、嚴(yán)重程度以及可能出現(xiàn)的各種情況，設(shè)計好減壓范圍，做好充分的術(shù)前準(zhǔn)備；術(shù)前設(shè)計手術(shù)方案，選擇內(nèi)固定種類，確定椎弓根螺釘及髂骨釘?shù)闹睆?、長度、置釘角度，連接棒的預(yù)彎程度，骨折的復(fù)位方法等，增加螺釘置入的準(zhǔn)確性與骨盆結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，可有效避免術(shù)中螺釘穿入骨盆、骶孔或骶管等情況發(fā)生；可以將術(shù)前模擬、3D打印模型、外科手術(shù)三者緊密結(jié)合、互相驗證、相輔相成，更好地指導(dǎo)臨床實際工作。

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（收稿日期：2018-04-23 本文編輯：蘇 暢）