3D 打印技術(shù)在髖臼雙柱骨折手術(shù)治療中的輔助作用*

劉家國(guó) 尚鋒 熊為 羅斌 趙猛*

骨盆髖臼為不規(guī)則骨，位置深，周?chē)兄匾慕馄式Y(jié)構(gòu)。髖臼骨折屬于關(guān)節(jié)內(nèi)骨折，其空間構(gòu)象與解剖結(jié)構(gòu)復(fù)雜。髖臼雙柱骨折多為高能量損傷，骨折粉碎、移位程度嚴(yán)重，骨折線(xiàn)復(fù)雜多變，很難通過(guò)X 線(xiàn)片和二維CT 獲得完整的骨折信息，即使有三維CT 重建圖像，初學(xué)者也很難在大腦中形成清晰的立體圖像。髖臼骨折要求解剖復(fù)位、堅(jiān)強(qiáng)固定，因此手術(shù)難度較大。臨床上采用的髂腹股溝入路、Stoppa入路、腹直肌旁或外側(cè)入路、K-L 入路等手術(shù)入路均無(wú)法顯露骨折全貌，無(wú)法看到關(guān)節(jié)面復(fù)位情況。手術(shù)中骨折解剖復(fù)位困難，鋼板難塑性，手術(shù)時(shí)間長(zhǎng)；術(shù)中螺釘方向偏離，可能損傷周?chē)匾难?、神?jīng)，或螺釘進(jìn)入關(guān)節(jié)內(nèi)，將引起嚴(yán)重后果。因此術(shù)前準(zhǔn)備及規(guī)劃尤為重要。3D 打印技術(shù)稱(chēng)為“快速原型技術(shù)（rapid prototyping）”或“增材制造技術(shù)（additive manufacturing）”，是20 世紀(jì)80 年代出現(xiàn)的重要技術(shù)[1]。隨著數(shù)字骨科的發(fā)展，越來(lái)越多的創(chuàng)傷骨科醫(yī)師應(yīng)用3D 打印技術(shù)制作骨骼模型，以便更清晰地了解骨折形態(tài)，設(shè)計(jì)手術(shù)方案，制作復(fù)位固定導(dǎo)板，甚至是個(gè)體化內(nèi)固定鋼板、假體。3D 打印技術(shù)使骨折治療的術(shù)前設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了從虛擬模擬到現(xiàn)實(shí)模擬的跨越，使骨科手術(shù)越來(lái)越趨向于個(gè)性化和精細(xì)化[1]。筆者自2012 年1 月至2018 年11 月對(duì)19 例髖臼雙柱骨折在術(shù)前做3D 打印骨折模型，利用此模型模擬手術(shù)，做好骨折復(fù)位計(jì)劃、器械準(zhǔn)備、鋼板預(yù)彎、螺釘排列、柱螺釘?shù)拈L(zhǎng)度及方向等術(shù)前準(zhǔn)備，縮短手術(shù)時(shí)間，減少了手術(shù)創(chuàng)傷，縮短了學(xué)習(xí)曲線(xiàn)，達(dá)到了良好的臨床效果，現(xiàn)報(bào)道如下。

1 資料與方法

1.1 納入標(biāo)準(zhǔn)與排除標(biāo)準(zhǔn)

1.2 一般資料

本研究共納入19 例患者，男14 例，女5 例; 年齡19 ～60 歲，平均39.6 歲; 左側(cè)9 例，右側(cè)10 例。致傷原因: 高處墜落傷8 例，交通傷11 例。

1.3 術(shù)前準(zhǔn)備

所有患者術(shù)前均行骨盆平片及骨盆、髖臼薄層CT 平掃（Toshiba 64 排，1 mm）檢查，部分患者行Judet 系列位片，收集原始數(shù)據(jù)（Dicom 格式），導(dǎo)入至Mimics 15.0 軟件（Mateialise 公司，比利時(shí)）中，進(jìn)行重建，然后按1∶1 比例打印髖臼骨折實(shí)體模型。手術(shù)入路均采用前方入路。依據(jù)3D打印模型做術(shù)前準(zhǔn)備及規(guī)劃。在模型上模擬手術(shù)，決定骨折復(fù)位順序及所需器械，后柱螺釘進(jìn)釘?shù)奈恢?、角度和長(zhǎng)度，重建鋼板的置入位置、長(zhǎng)度、預(yù)彎塑形及鋼板上螺釘?shù)拈L(zhǎng)度及方向，避免螺釘進(jìn)入關(guān)節(jié)。所有患者在傷后5 ～10 d 手術(shù)，術(shù)前均行患側(cè)股骨髁上牽引制動(dòng)，排除其他系統(tǒng)重要臟器損傷，同時(shí)予消腫、止痛對(duì)癥治療，低分子肝素預(yù)防下肢深靜脈血栓形成，術(shù)前下肢靜脈彩超排除深靜脈血栓形成，有深靜脈血栓形成者行下腔靜脈濾器置入。積極處理合并癥，糾正貧血，術(shù)中備血充足，待患者全身情況穩(wěn)定后行手術(shù)治療。術(shù)前手術(shù)室準(zhǔn)備骨科全透視手術(shù)床及C 臂機(jī)。

1.4 手術(shù)方法

將3D 打印的髖臼骨折模型帶入手術(shù)室。手術(shù)均采用單一前方入路，其中髂腹股溝入路4 例，Stoppa+髂窩入路3例，腹直肌外側(cè)入路12 例。充分顯露骨折，按術(shù)前規(guī)劃，先復(fù)位固定髂骨，再?gòu)?fù)位后柱、方形區(qū)、前柱，將預(yù)彎的鋼板置入骨折部位，并最終完成骨折的復(fù)位固定。徹底沖洗，放置引流管，逐層縫合皮膚及皮下組織。

1.5 術(shù)后處理

術(shù)后常規(guī)使用抗生素預(yù)防感染及低分子肝素預(yù)防下肢深靜脈血栓形成。術(shù)后48 h 拔除引流管。術(shù)后囑患者臥床8 ～12周，臥床期間行肢體功能鍛煉，12 周后扶拐下床活動(dòng)。

1.6 評(píng)價(jià)指標(biāo)

術(shù)后均行骨盆平片及三維CT 檢查。術(shù)后髖臼骨折復(fù)位質(zhì)量根據(jù)Matta 標(biāo)準(zhǔn)評(píng)定: 解剖復(fù)位，骨折移位0 ～1 mm;滿(mǎn)意復(fù)位，移位為2 ～3 mm; 復(fù)位不滿(mǎn)意，移位＞3 mm。末次隨訪(fǎng)時(shí)髖臼骨折根據(jù)改良的Merle d'Aubigne 和Postel 評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)評(píng)定臨床結(jié)果，從疼痛、步行及髖關(guān)節(jié)活動(dòng)度3 個(gè)方面進(jìn)行評(píng)分，總分為18 分: 優(yōu)，18 分; 良，15 ～17 分; 可，13 ～14 分; 差，＜13 分。

2 結(jié)果

19 例患者手術(shù)均由同一主刀醫(yī)生完成。本組患者的手術(shù)時(shí)間為1.5 ～3.6 h，平均2 h; 術(shù)中出血量為220 ～1 300mL，平均523 mL。19 例患者術(shù)后獲10 ～24 個(gè)月（平均11.6 個(gè)月）隨訪(fǎng)。本組患者髖臼骨折均愈合，愈合時(shí)間為9 ～16周，平均13.2 周。術(shù)后根據(jù)Matta 標(biāo)準(zhǔn)評(píng)定髖臼骨折復(fù)位質(zhì)量：解剖復(fù)位15 例，滿(mǎn)意復(fù)位4 例，復(fù)位不滿(mǎn)意0 例。術(shù)后并發(fā)癥發(fā)生情況：無(wú)內(nèi)固定松動(dòng)及斷裂情況，無(wú)雙下肢不等長(zhǎng)發(fā)生；切口脂肪液化1 例，通過(guò)換藥等處理傷口愈合；股骨頭壞死1 例，行保守治療；股外側(cè)皮神經(jīng)損傷5例，經(jīng)營(yíng)養(yǎng)神經(jīng)對(duì)癥治療后好轉(zhuǎn)。末次隨訪(fǎng)髖臼骨折根據(jù)改良的Merle d'Aubigne 和Postel 評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)評(píng)定臨床結(jié)果：優(yōu)10 例，良7 例，可1 例，差1 例。

典型病例：患者，男，45 歲。高處墜落傷致全身多發(fā)骨折，左側(cè)髖臼雙柱骨折。

圖1 A.術(shù)前X 線(xiàn)片; B、C.術(shù)前CT 平掃; D、E.術(shù)前三維重建圖片; F、G.術(shù)中透視顯示經(jīng)腹直肌外側(cè)入路左髖臼骨折復(fù)位鋼板結(jié)合后柱螺釘固定; H.術(shù)后X 線(xiàn)片示骨折復(fù)位良好;I、J.術(shù)后1 d CT 平掃;K、L.術(shù)后1 d 三維重建圖片示骨折復(fù)位滿(mǎn)意，后柱螺釘位置良好; M、N.術(shù)后11周CT 平掃示髖臼骨折愈合良好; O、P.術(shù)后13 個(gè)月X 線(xiàn)示無(wú)異位骨化、骨關(guān)節(jié)炎及股骨頭缺血性壞死等并發(fā)癥發(fā)生; Q.術(shù)前鋼板依據(jù)3D 打印模型做術(shù)前準(zhǔn)備及規(guī)劃;R、S.術(shù)后13 個(gè)月患者復(fù)查功能位照片示髖關(guān)節(jié)功能良好

3 討論

髖臼骨折常用的分型為L(zhǎng)etournel-Judet 分型，1964 年由Judet 提出，以后Letournel 做了修改，分為5 種基本骨折和5 種聯(lián)合骨折。其中雙柱骨折又稱(chēng)“漂浮髖”，特點(diǎn)是整個(gè)髖臼關(guān)節(jié)面與身體中樞軸不相連、多合并股骨頭中心性脫位、殘存的髂骨形成“馬刺征”。在所有髖臼骨折中髖臼雙柱骨折發(fā)病率最高，Letournel 報(bào)告其發(fā)病率為22.6%[2]。由于雙柱骨折涉及髖臼前、后柱，以前多采用前、后聯(lián)合入路分別對(duì)前、后柱進(jìn)行復(fù)位和固定，但是手術(shù)創(chuàng)傷大，手術(shù)時(shí)間長(zhǎng)，術(shù)中要變換體位，增加感染的風(fēng)險(xiǎn)，神經(jīng)損傷、異位骨化等并發(fā)癥的發(fā)生率增加。近年來(lái)隨著手術(shù)技術(shù)的提高和內(nèi)固定物的不斷升級(jí)，目前認(rèn)為通過(guò)單一的前方入路治療雙柱骨折就能取得良好的效果[3-4]。但髖臼雙柱骨折多為高能量損傷，骨折粉碎、移位嚴(yán)重，骨折線(xiàn)復(fù)雜多變，手術(shù)要求高、難度大。

早期手術(shù)術(shù)前只能依靠X 線(xiàn)、CT 等檢查判斷髖臼雙柱骨折類(lèi)型及特點(diǎn)，并根據(jù)分型選擇治療方法、制訂手術(shù)計(jì)劃，很難通過(guò)X 線(xiàn)片和二維CT 獲得完整的骨折信息，即使有三維CT 重建圖像，但因?yàn)楣桥枋且粋€(gè)立體結(jié)構(gòu)，骨盆髖臼不規(guī)則、解剖復(fù)雜，初學(xué)者很難在大腦中形成清晰的立體圖像，再加上雙柱骨折粉碎、移位嚴(yán)重，骨折線(xiàn)復(fù)雜多變，需要術(shù)者積累豐富的臨床經(jīng)驗(yàn)，在頭腦中有清晰的髖臼三維空間構(gòu)型，因此對(duì)術(shù)者的要求非常高，且術(shù)中需要反復(fù)透視確認(rèn)復(fù)位效果，根據(jù)術(shù)中鋼板貼服情況進(jìn)行鋼板折彎塑性，確定螺釘?shù)奈恢眉伴L(zhǎng)度，手術(shù)時(shí)間長(zhǎng)，出血多。

以往通過(guò)術(shù)前三維CT影像學(xué)資料作為復(fù)雜骨折手術(shù)方案的參考，但由于CT 三維重建為靜態(tài)、平面圖像，醫(yī)生常常無(wú)法了解具體局部細(xì)節(jié)，無(wú)法準(zhǔn)確制定良好的手術(shù)方案。3D 打印技術(shù)目前已較多地應(yīng)用于骨科領(lǐng)域，通過(guò)3D 打印技術(shù)制作實(shí)物模型，提供了視覺(jué)和觸覺(jué)輔助，實(shí)現(xiàn)對(duì)骨盆結(jié)構(gòu)的真實(shí)模擬[5-6]。醫(yī)生可以在模型上提前思考和演練手術(shù)入路，真實(shí)地感受到解剖結(jié)構(gòu)及骨折移位情況，對(duì)模型中主要骨折塊進(jìn)行標(biāo)記，然后進(jìn)行拆解，應(yīng)用鉗夾、撬撥等技術(shù)進(jìn)行復(fù)位。在骨盆、髖臼骨折中，打印出的另一側(cè)正常半骨盆，便于醫(yī)生術(shù)前器械的準(zhǔn)備，選擇合適的鋼板并預(yù)先塑形，確定后柱螺釘和髖臼下螺釘入釘點(diǎn)、方向角度及長(zhǎng)度，減少了手術(shù)時(shí)間及術(shù)中醫(yī)生疲勞程度。通過(guò)術(shù)前規(guī)劃，在實(shí)際手術(shù)操作中，可以采用正確的手術(shù)入路進(jìn)行復(fù)位，采用微創(chuàng)技術(shù)，減少術(shù)中透視頻率，使手術(shù)更安全、精準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)手術(shù)的個(gè)體化、精準(zhǔn)化，提高手術(shù)質(zhì)量與手術(shù)效率、縮短手術(shù)時(shí)間，減少軟組織損傷、減少手術(shù)出血量[7-8]，從而提高手術(shù)成功率，降低手術(shù)并發(fā)癥發(fā)生率，以利于患者的骨折愈合和功能的恢復(fù)[9-12]。

范磊等[10]報(bào)道22 例骨盆骨折患者，隨機(jī)分為3D 打印組和對(duì)照組，3D 組病例采用3D 打印技術(shù)建模，術(shù)前模擬手術(shù)，定制個(gè)體化解剖鋼板后進(jìn)行手術(shù)治療，對(duì)照組常規(guī)手術(shù)治療，術(shù)后應(yīng)用Matta 評(píng)分評(píng)估療效，比較兩組病例手術(shù)時(shí)間、術(shù)中出血量的差異，所有病例術(shù)后隨訪(fǎng)2 ～8 個(gè)月，Mata 評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)均為優(yōu)，3D 組手術(shù)時(shí)間較對(duì)照組明顯縮短，術(shù)中出血量較對(duì)照組明顯減少，認(rèn)為采用3D 打印技術(shù)治療骨盆骨折具有減少手術(shù)創(chuàng)傷、縮短手術(shù)時(shí)間、降低手術(shù)難度等優(yōu)勢(shì)。Wang 等[11]評(píng)估3D 打印技術(shù)治療陳舊性骨盆骨折，先使用16 個(gè)干燥的尸體骨盆，通過(guò)放射線(xiàn)來(lái)確認(rèn)創(chuàng)建的3D 模型解剖精度，然后9 例患者采用3D 打印模型進(jìn)行術(shù)前計(jì)劃評(píng)估，行手術(shù)治療，所有骨盆損傷分型均為C 型，從受傷到手術(shù)的平均時(shí)間為8 ～17 周，從CT 檢查數(shù)據(jù)到創(chuàng)建模型需要6 ～9 h，所有患者術(shù)前計(jì)劃與術(shù)后隨訪(fǎng)X 線(xiàn)片均呈正相關(guān)，沒(méi)有傷口問(wèn)題或發(fā)生不愈合，根據(jù)Majeed評(píng)分，結(jié)果優(yōu)2 例，良5 例，差2 例。在本回顧研究中，也印證了3D 打印技術(shù)可明顯縮短復(fù)雜骨盆骨折的手術(shù)時(shí)間、提高手術(shù)效率、降低手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)及遠(yuǎn)期并發(fā)癥發(fā)生率等優(yōu)勢(shì)。

本組19 例髖臼雙柱骨折患者入院后行CT 掃描三維重建，然后應(yīng)用3D 打印技術(shù)打印出骨骼模型，在骨骼模型上模擬手術(shù)，規(guī)劃復(fù)位順序，確定鋼板放置位置，對(duì)鋼板塑性，確定螺釘植入的安全區(qū)域、方向及長(zhǎng)度。術(shù)中根據(jù)骨折模型，指導(dǎo)骨折解剖復(fù)位。并且術(shù)前預(yù)彎鋼板可以節(jié)約手術(shù)時(shí)間，減少出血量及術(shù)中透視次數(shù)，減少手術(shù)創(chuàng)傷。

3D 打印模型仿真度高，非常直觀，在與患者談話(huà)時(shí)容易溝通，這樣可以降低醫(yī)療風(fēng)險(xiǎn)，減少醫(yī)療糾紛的發(fā)生，有助于構(gòu)建和諧醫(yī)患關(guān)系。3D 打印模型還有利于年輕醫(yī)生的培養(yǎng)，縮短年輕醫(yī)生的學(xué)習(xí)曲線(xiàn)[12]。

總之，將3D 打印技術(shù)應(yīng)用于髖臼雙柱骨折的手術(shù)治療可以取得效果良好。通過(guò)CT 三維重建、3D 打印髖臼雙柱模型、術(shù)前模擬復(fù)位、預(yù)先鋼板塑性、確定鋼板放置位置及螺釘植入安全區(qū)域、螺釘?shù)拈L(zhǎng)度及方向，優(yōu)化術(shù)前設(shè)計(jì)，為患者制定精準(zhǔn)的個(gè)性化手術(shù)方案，具有直觀及可重復(fù)性的優(yōu)點(diǎn)，方法安全，臨床效果滿(mǎn)意。