基于CT數(shù)據的3D打印技術在兒童發(fā)育性髖關節(jié)脫位手術中的應用

陳 凱，何 玲，陳 欣

(1.重慶醫(yī)科大學附屬兒童醫(yī)院骨科，重慶 400010；2.重慶醫(yī)科大學附屬兒童醫(yī)院放射科，重慶 400010)

發(fā)育性髖關節(jié)脫位(developmental dislocation of the hip，DDH)是常見的兒童肌肉骨骼系統(tǒng)疾病，其可以從單純的髖臼腔扁平化發(fā)展為完全性股骨頭脫位[1]，發(fā)病率為0.13%～2.36%[2-3]。DDH的治療按年齡大小選擇不同的治療方式，對于6個月以下的患兒，可通過Pavlik吊帶、支具固定治療；6～18個月的患兒臨床首選閉合復位治療；3歲以上的患兒一般以手術治療為主[4]。

3D打印技術是精準的快速成型技術，其以數(shù)字模型為模板，使用黏合材料，通過逐層堆疊累積的方式制造出解剖模型、導航導板、假體、內植物等三維實體[5-6]。近年來，隨著3D打印技術及打印材料的不斷進步與升級，其已在口腔科、骨科廣泛應用，有助于術前手術方案的制定及模擬操作，進一步完善精準、個體化的手術治療[7-8]。雖然3D打印技術已應用于Salter骨盆截骨術輔助治療兒童髖關節(jié)發(fā)育不良，但其在Pemberton髖臼截骨聯(lián)合股骨截骨術中的應用效果尚不清楚。本研究利用3D打印技術輔助兒童DDH手術，旨在提高手術的精準度，為患兒提供更佳的診療方案。

1 資料與方法

1.1 臨床資料

回顧性分析2016年1月至2019年12月重慶醫(yī)科大學附屬兒童醫(yī)院骨科收治的62例DDH患兒的臨床資料，所有患兒均行Pemberton髖臼截骨聯(lián)合股骨截骨術，按照制定的手術方案分為3D打印組(30例)和常規(guī)手術組(32例)。3D打印組男8例，女22例；年齡3.2～7.2歲，平均(4.3±0.8)歲。常規(guī)手術組男9例，女23例；年齡3.0～7.1歲，平均(4.6±0.9)歲。2組患兒年齡、性別比較差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05)。

納入標準：年齡3～8歲；因Pavlik挽具、髖關節(jié)閉合復位人字形石膏固定治療失敗入院；髖關節(jié)脫位程度Tonnis分度Ⅲ°～Ⅳ°；需矯正的髖臼指數(shù)>10°。排除標準：病理性髖關節(jié)脫位；存在嚴重心肺功能不全、嚴重凝血功能障礙等手術禁忌證。

1.2 方法

3D打印組術前進行三維CT掃描，掃描范圍：髂骨上緣至股骨上段。CT數(shù)據格式：DIOM、JPG轉化為常用的STL格式?；赟TL格式的CT數(shù)據進行3D模型打印。利用3D模型制定術前手術方案，模擬手術操作，根據股骨前傾角及頸干角、髖臼指數(shù)，直接在模型中標記出術中髂骨截骨位置、方向、形態(tài)、大小，股骨截骨的位置、長度等(圖1)，術中根據3D模型制定的方案行Pemberton髖臼截骨聯(lián)合股骨截骨術。常規(guī)手術組術前行髖關節(jié)CT平掃加三維重建測定股骨前傾角、頸干角及髖臼指數(shù)，確定需要的髂骨截骨矯形的角度，股骨截骨的長度、旋轉角度等，術中根據術前制定的方案行Pemberton髖臼截骨聯(lián)合股骨截骨術。

圖1 髖關節(jié)3D打印模型及術前路徑規(guī)劃

1.3 觀察指標

比較2組患者手術時間、術中出血量；根據患者術前及術后1個月X射線片，計算髖臼指數(shù)矯正值；記錄患者術后沈通氏線是否連續(xù)，以判斷手術是否成功。

1.4 統(tǒng)計學分析

2 結果

2組患者髖臼指數(shù)矯正、術后沈通氏線連續(xù)比較，差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05)。3D打印組手術時間、術中出血量短/少于常規(guī)手術組，差異均有統(tǒng)計學意義(P<0.05)，見表1。

表1 手術相關指標比較

3 討論

DDH患兒早期主要表現(xiàn)為雙側皮紋不對稱，容易被忽略，在生長發(fā)育過程中逐漸出現(xiàn)雙下肢不等長、跛行、疼痛、髖關節(jié)活動受限等癥狀，對患兒運動產生一定影響[9]。若發(fā)現(xiàn)DDH時患兒年齡大于3歲，一般需要手術治療。治療DDH的常用手術方式包括Salter骨盆截骨術、三聯(lián)截骨術、Pemberton髖臼成形術等，目的是復位髖臼同心圓，但手術操作均較為復雜[4,10]。從解剖學角度考慮，髖關節(jié)解剖層次比較復雜，有較為豐富的血供，患者髖關節(jié)脫位程度不同，臨床手術難度也不完全相同，手術的截骨方式、形態(tài)可影響術中出血量、手術時間、手術成功率、治療效果及預后等。Pemberton髖臼成形術及股骨截骨術中髂骨的截骨線是從髂前下棘稍上方向后下截斷全層髂骨，其后側止于Y形軟骨；完全截骨后維持髖臼頂壁在正確位置，截骨部位插入楔形骨塊。手術的難點是髂骨截骨位置、截骨方向、形態(tài)、大小及股骨截骨位置、長度、旋轉角度等的選擇，因此，良好的手術截骨設計、熟悉患者脫位情況及周圍解剖，可以大大縮短手術時間，提高手術療效[11]。

近年來，隨著打印材料及精準度的提高，3D打印技術已廣泛應用于臨床[5,12-16]。常規(guī)的DDH手術依賴于手術醫(yī)生的臨床經驗及應對能力，而3D打印的實體模型可在術前全面了解髖臼情況，使兒童DDH手術更具科學性。3D打印技術已應用于Salter骨盆截骨術輔助治療兒童髖關節(jié)發(fā)育不良，可使手術更精確，但其在Pemberton髖臼截骨聯(lián)合股骨截骨術中報道少見。本研究根據CT數(shù)據打印3D模型，可等比例呈現(xiàn)脫位的髖臼情況及股骨的前傾角、頸干角，使術者在術前能全面、直觀地了解病髖的情況；同時，利用打印的3D模型進行模擬手術，指導術中具體的髂骨截骨位置、形態(tài)、大小及股骨截骨的位置、長度、旋轉角度等的選擇，能夠提高截骨精準度及髖臼復位率，減少手術的誤差。本研究中，3D打印組手術時間及術中出血量均短/少于常規(guī)手術組，提示3D打印能減少出血，減輕手術創(chuàng)傷，與李曉博[17]關于3D打印技術應用于兒童DDH的臨床研究結果一致。張念軍等[18]發(fā)現(xiàn)，術前應用3D打印技術輔助全髖關節(jié)置換個體化治療成人髖關節(jié)發(fā)育不良可減少術中出血量，并縮短手術時間，本研究結果與之一致。本研究中，2組患者術后沈通氏線連續(xù)率均較術前明顯提高，但2組間無統(tǒng)計學差異。常規(guī)手術組和3D打印組髖臼指數(shù)矯正雖無明顯統(tǒng)計學差異，但較術前均有改善，與文獻報道結果一致[19]。說明3D打印技術可有效矯正沈通氏線的連續(xù)性，提高髖關節(jié)復位率。

綜上，術前應用3D打印技術進行手術模擬，能有效縮短手術時間，減少術中出血量，同時提高手術成功率，改善預后，為兒童DDH手術治療提供了更精準及個性化的治療方案。