3D打印技術(shù)輔助置釘治療骶髂關(guān)節(jié)結(jié)核

張晨威,費(fèi) 駿,曹天一,胡金平

結(jié)核病是臨床上較常見(jiàn)的傳染性疾病，骨骼和關(guān)節(jié)結(jié)核約占肺外結(jié)核的10%～15%，骶髂關(guān)節(jié)結(jié)核約占骨骼結(jié)核的10%[1-2]。骶髂關(guān)節(jié)結(jié)核目前多采用能維持骨盆后環(huán)生物力學(xué)特性及骨盆后環(huán)強(qiáng)度效果較佳的骶髂螺釘固定方式治療[3]。因骶髂關(guān)節(jié)特殊的解剖結(jié)構(gòu)，故置釘時(shí)存在神經(jīng)及血管損傷風(fēng)險(xiǎn)[4]。傳統(tǒng)影像學(xué)檢查并不能在術(shù)前制定出精準(zhǔn)化、個(gè)體化的手術(shù)及置釘方案，并且由于透視角度和次數(shù)的限制，術(shù)中透視難以直觀(guān)下觀(guān)察到骨質(zhì)破壞與需清除的病灶范圍。對(duì)于骶髂關(guān)節(jié)結(jié)核患者，在全身支持治療、局部制動(dòng)、足程和足量應(yīng)用抗結(jié)核藥物的同時(shí)，采用3D打印技術(shù)輔助置釘可優(yōu)化術(shù)前手術(shù)方案規(guī)劃，提供個(gè)體化及精準(zhǔn)化的治療方案[5]。2014年2月～2018年2月，我科采用3D打印技術(shù)制作30例骶髂關(guān)節(jié)結(jié)核患者的術(shù)前等比例骨盆模型，輔助術(shù)前設(shè)計(jì)及應(yīng)急預(yù)案的選擇，規(guī)劃詳細(xì)的個(gè)體化手術(shù)方案，效果滿(mǎn)意，報(bào)道如下。

1 材料與方法

1.1 病例選擇納入標(biāo)準(zhǔn): ① 確診為骶髂關(guān)節(jié)結(jié)核；② 影像學(xué)結(jié)果顯示骶髂關(guān)節(jié)有關(guān)節(jié)間隙增寬模糊、骨質(zhì)破壞、伴或不伴關(guān)節(jié)處膿腫形成；③ 患者主訴下腰部及臀部疼痛，以站立及行走時(shí)為甚。排除標(biāo)準(zhǔn)：① 化膿性關(guān)節(jié)炎等感染性疾病；② 類(lèi)風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎及強(qiáng)直性脊柱炎等自身免疫性疾病；③ 致密性骨炎；④ 無(wú)法堅(jiān)持常規(guī)抗結(jié)核治療方案。

1.2 病例資料本研究共納入30例，男12例，女18例，年齡26～73(42.35±15.76)歲。病程2～13(3.35±2.01)個(gè)月。骶髂關(guān)節(jié)受累:左側(cè)19例，右側(cè)11例。合并癥：18例合并脊柱結(jié)核，2例合并恥骨結(jié)核。本研究經(jīng)醫(yī)院倫理委員會(huì)批準(zhǔn)，患者均簽署知情同意書(shū)。

1.3 術(shù)前準(zhǔn)備① 常規(guī)抗結(jié)核治療：入院即給予四聯(lián)抗結(jié)核藥物(異煙肼 0.3 g/d，利福平 0.45～0.60 g/d，乙胺丁醇 0.75 g/d，吡嗪酰胺 1.5 g/d)治療3周以上；有合并癥者請(qǐng)相關(guān)科室會(huì)診協(xié)助治療。② 治療目標(biāo)：患者結(jié)核中毒癥狀和全身情況明顯改善，連續(xù)3 d體溫≤38 ℃，紅細(xì)胞沉降率≤60 mm/1 h 且呈下降趨勢(shì)，白蛋白≥30 g/L，血紅蛋白≥100 g/L，肺功能正?；蛏缘?，肝、腎功能以及電解質(zhì)基本正常。③ 影像學(xué)檢查并用3D打印設(shè)備制作等比例骨盆模型，具體實(shí)施步驟如下：a) CT掃描：行64層螺旋CT掃描，掃描層厚設(shè)置為0.625 mm，對(duì)掃描結(jié)果以DICOM格式進(jìn)行保存，并導(dǎo)入Mimics 10.01軟件中分割閥值進(jìn)行三維重建和簡(jiǎn)單光滑處理; b) 設(shè)計(jì)骨折3D模型：基于Edit Mask in 3D軟件對(duì)三維蒙版進(jìn)行編輯、修補(bǔ)，設(shè)計(jì)骨折3D模型，獲得3D模型后從Mimics 10.01軟件中導(dǎo)出，以.stl格式保存。將.stl數(shù)據(jù)信息輸入Marker Bot系統(tǒng)，調(diào)整打印角度及位置后完成等比例實(shí)物模型的3D構(gòu)建打印。④ 設(shè)計(jì)、模擬手術(shù)方案：根據(jù)3D打印模型明確骨破壞、骨缺損情況以及膿腫部位及范圍，分析骨破壞部位與血管、神經(jīng)的位置關(guān)系，確定最佳病灶清除范圍與骶髂螺釘型號(hào)、置釘方向及進(jìn)釘深度，模擬手術(shù)方案，制定個(gè)性化內(nèi)固定及病灶清理方案。

1.4 治療方法全身麻醉下手術(shù)?；颊吒┡P位。根據(jù)病灶位置及3D打印模型，在骶髂關(guān)節(jié)部做長(zhǎng)約10 cm斜行切口，逐層分離暴露皮下組織、筋膜直至病灶，清除病灶干酪樣組織、炎性肉芽組織、游離死骨及病灶膿性分泌物。根據(jù)病灶范圍選取自體髂骨皮質(zhì)骨或同種異體骨對(duì)骨缺損部位進(jìn)行植骨。取患側(cè)髂前上棘與髂后上棘連線(xiàn)的中后1/3為進(jìn)針點(diǎn)，將? 2 mm克氏針根據(jù)術(shù)中透視及術(shù)前設(shè)計(jì)的進(jìn)針角度、方向、深度插入，確定導(dǎo)針位置及角度正確后予以攻絲，經(jīng)髂骨至S1椎體置入適當(dāng)長(zhǎng)度的骶髂關(guān)節(jié)中空拉力螺釘。生理鹽水反復(fù)沖洗后止血，病灶內(nèi)注入鏈霉素，放置1根引流管1～2 d預(yù)防殘腔形成擴(kuò)大，逐層縫合切口。術(shù)后繼續(xù)原有抗結(jié)核方案。

1.5 療效評(píng)價(jià)① 采用疼痛VAS評(píng)分評(píng)估患者腰臀部疼痛程度。② 采用Majeed評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)評(píng)估骨盆功能。

2 結(jié)果

患者均獲得隨訪(fǎng)，時(shí)間12～43(19.5±5.4)個(gè)月。手術(shù)時(shí)間50～82(63.00±4.39)min。腰臀部VAS評(píng)分術(shù)后12個(gè)月1～4(1.98±1.25)分，明顯低于術(shù)前1周的5～9(7.12±1.68)分，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。Majeed評(píng)分術(shù)后12個(gè)月79～92(83.45±6.94)分，明顯高于術(shù)前1周的48～70(53.68±7.25)分，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。末次隨訪(fǎng)時(shí)均未出現(xiàn)結(jié)核復(fù)發(fā)情況。

典型病例見(jiàn)圖1～4。

圖1 患者，女，67歲，左側(cè)骶髂關(guān)節(jié)結(jié)核合并恥骨結(jié)核，行3D打印技術(shù)輔助左側(cè)骶髂關(guān)節(jié)結(jié)核病灶清除+左側(cè)骶髂螺釘置入 A、B.術(shù)前X線(xiàn)片及CT，顯示左側(cè)骶髂關(guān)節(jié)面毛糙,左側(cè)骶髂關(guān)節(jié)半脫位，骨質(zhì)破壞，邊緣不齊，周?chē)浗M織明顯腫脹；C、D.術(shù)后9個(gè)月X線(xiàn)片及CT，顯示左側(cè)骶髂關(guān)節(jié)骶髂螺釘內(nèi)固定在位，膿腫及死骨清除，關(guān)節(jié)面較平整 圖2 患者，女，60歲，左側(cè)骶髂關(guān)節(jié)結(jié)核合并腰椎結(jié)核，行3D打印技術(shù)輔助左側(cè)骶髂關(guān)節(jié)結(jié)核病灶清除+左側(cè)骶髂螺釘置入 A、B.術(shù)前X線(xiàn)片及CT，顯示左側(cè)骶髂關(guān)節(jié)面毛糙，關(guān)節(jié)間隙不均勻增寬，邊緣不齊，骨質(zhì)破壞；C、D.術(shù)后6個(gè)月X線(xiàn)片及CT，顯示左側(cè)骶髂關(guān)節(jié)骶髂螺釘內(nèi)固定在位，膿腫及死骨清除，關(guān)節(jié)面較平整 圖3 患者，男，28歲，左側(cè)骶髂關(guān)節(jié)結(jié)核合并腰椎結(jié)核，行3D打印技術(shù)輔助左側(cè)骶髂關(guān)節(jié)結(jié)核病灶清除+左側(cè)骶髂螺釘置入 A、B.術(shù)前X線(xiàn)片及CT，顯示左側(cè)骶髂關(guān)節(jié)間隙不均勻增寬，邊緣不齊，關(guān)節(jié)面毛糙，骨質(zhì)破壞；C、D.術(shù)后4個(gè)月X線(xiàn)片及CT，顯示左側(cè)骶髂關(guān)節(jié)2枚骶髂螺釘內(nèi)固定在位，關(guān)節(jié)間隙減小，關(guān)節(jié)面膿腫及死骨清除 圖4 患者，女，65歲，右側(cè)骶髂關(guān)節(jié)結(jié)核合并腰椎結(jié)核，行3D打印技術(shù)輔助右側(cè)骶髂關(guān)節(jié)結(jié)核病灶清除+右側(cè)骶髂螺釘置入 A.術(shù)前X線(xiàn)片，顯示右側(cè)骶髂關(guān)節(jié)面毛糙，關(guān)節(jié)間隙變窄;B.術(shù)后40個(gè)月X線(xiàn)片，顯示右側(cè)骶髂關(guān)節(jié)骶髂螺釘內(nèi)固定在位，關(guān)節(jié)面較平整，骨面愈合情況良好

3 討論

3.1 骶髂關(guān)節(jié)結(jié)核的臨床特點(diǎn)骶髂關(guān)節(jié)位于骶椎與髂骨連接處，是由骶骨、髂骨耳狀面以及周?chē)浗M織連接構(gòu)成的關(guān)節(jié)。連接骶髂關(guān)節(jié)的軟組織可分為前下部的滑膜結(jié)構(gòu)及后1/3或2/3的韌帶結(jié)構(gòu)?；そY(jié)構(gòu)由完整的關(guān)節(jié)囊、關(guān)節(jié)軟骨及關(guān)節(jié)間隙構(gòu)成，屬于真性關(guān)節(jié)[6-7]。當(dāng)結(jié)核菌進(jìn)入血液后，經(jīng)血液循環(huán)系統(tǒng)滲透入血管分布豐富的骨松質(zhì)、關(guān)節(jié)滑膜內(nèi)而引起骶髂關(guān)節(jié)結(jié)核[8]。由于骶髂關(guān)節(jié)特殊的解剖學(xué)結(jié)構(gòu)及結(jié)核菌的傳播特點(diǎn)，導(dǎo)致骶髂關(guān)節(jié)結(jié)核的首發(fā)病變部位為關(guān)節(jié)滑膜部?；げ烤杭澳撘嚎墒龟P(guān)節(jié)軟骨潰破并侵蝕骨性結(jié)構(gòu)，進(jìn)而破壞關(guān)節(jié)面及骨組織，累及骨性結(jié)構(gòu)的病變多發(fā)生在前下部的骶骨側(cè)[9]。骶髂關(guān)節(jié)結(jié)核早期病變可見(jiàn)關(guān)節(jié)邊緣不清、關(guān)節(jié)間隙增大、局部出現(xiàn)骨破壞病灶；晚期可進(jìn)一步出現(xiàn)關(guān)節(jié)間隙狹窄甚至消失，同時(shí)伴有死骨及膿液形成。骶髂關(guān)節(jié)嚴(yán)重破壞者可并發(fā)骨盆前環(huán)向上脫位[10]。骨盆的形態(tài)為環(huán)狀，位于人體承重的中部，具有力學(xué)支撐及保護(hù)重要臟器及軟組織的作用。從解剖生物力學(xué)角度來(lái)說(shuō)，骨盆是人體整體力量及重量傳導(dǎo)的重要結(jié)構(gòu)，其中骨盆后環(huán)約占總體功能的70%，而骨盆后環(huán)主要由骶骨及骶髂關(guān)節(jié)共同組成，具有支撐軀體重量，通過(guò)兩側(cè)耳狀面與髂骨相連的重要作用[11-12]。因此，當(dāng)發(fā)生骶髂關(guān)節(jié)結(jié)核伴關(guān)節(jié)骨質(zhì)破壞時(shí)，采用抗結(jié)核藥物控制及病灶清除的同時(shí)予以牢固的內(nèi)固定也是治療的關(guān)鍵。

3.2 現(xiàn)有影像學(xué)檢查對(duì)骶髂螺釘置入的限制臨床上常用骶髂螺釘治療伴有骨盆破壞及不穩(wěn)的骶髂關(guān)節(jié)結(jié)核，尤其對(duì)骨盆后環(huán)破壞的治療效果更佳。Padalkar et al[13]比較了S1椎體置入2枚骶髂螺釘與張力帶鋼板固定的臨床療效，前者對(duì)骨盆后環(huán)穩(wěn)定性的改善更佳明顯。文獻(xiàn)[14]研究顯示，骶髂螺釘固定是骨盆后環(huán)固定的較堅(jiān)固方式。骶髂關(guān)節(jié)解剖較為復(fù)雜且個(gè)體差異較大，其中骶髂部有重要的器官及血管神經(jīng)伴行，僅憑X線(xiàn)、CT、MRI等影像學(xué)檢查都只能顯示骨折部位的二維圖像，存在非動(dòng)態(tài)連續(xù)化、提供信息量有限等缺點(diǎn)。傳統(tǒng)二維透視因缺少三維立體定位，同時(shí)受骶骨變異等因素[15-16]影響，使得術(shù)者在術(shù)前難以全面了解病變骶髂關(guān)節(jié)全部骨質(zhì)破壞的情況，術(shù)中極有可能發(fā)生神經(jīng)血管損傷及病灶清除不完全等嚴(yán)重后果，故極大限制了骶髂螺釘?shù)膽?yīng)用。

3.3 3D打印技術(shù)在骶髂關(guān)節(jié)結(jié)核治療中的應(yīng)用3D打印技術(shù)是一種完全不同于傳統(tǒng)材料制作加工的新型技術(shù)[17]。近年來(lái)3D打印技術(shù)在生物工程領(lǐng)域的應(yīng)用取得不斷進(jìn)步[18]，其在骨科疾病中的應(yīng)用也日益增多，特別是在骨科術(shù)前手術(shù)計(jì)劃方面。王德偉 等[19]治療骨盆骨折時(shí)采用3D打印技術(shù)，可針對(duì)不同病例進(jìn)行個(gè)性化術(shù)前設(shè)計(jì)、模擬手術(shù)和應(yīng)急預(yù)案的設(shè)置，具有明顯縮短手術(shù)時(shí)間的優(yōu)點(diǎn)。魏新旺 等[20]采用3D打印模型設(shè)計(jì)個(gè)性化的修復(fù)方案治療20例骨盆骨折患者，臨床療效良好。由于骶髂關(guān)節(jié)結(jié)核疾病的特殊性，術(shù)后療效常與患者期望不符，導(dǎo)致醫(yī)患糾紛發(fā)生概率急劇上升[21]。3D 打印技術(shù)可將復(fù)雜的骶髂關(guān)節(jié)損傷破壞轉(zhuǎn)變?yōu)椴∽儾课粚?shí)體模型，便于手術(shù)醫(yī)師進(jìn)行動(dòng)態(tài)觀(guān)察，并在術(shù)前將手術(shù)的難點(diǎn)在3D模型上模擬，明確術(shù)中各項(xiàng)操作的注意事項(xiàng)以及預(yù)估術(shù)中可能出現(xiàn)的情況，規(guī)劃詳盡的術(shù)前個(gè)體化方案，確立相對(duì)的應(yīng)急處理方案，降低手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，提升治療效果[22-23]。同時(shí)以直觀(guān)的模型向患者及家屬講解病情、手術(shù)的必要性及風(fēng)險(xiǎn)，能夠取得患者最大程度的信任，提高其依從性。3D打印技術(shù)輔助置釘及病灶清除提高了骶髂關(guān)節(jié)結(jié)核手術(shù)成功率及效果，但由于3D打印無(wú)法顯示軟組織結(jié)構(gòu)，醫(yī)師不能直觀(guān)評(píng)估骶髂關(guān)節(jié)周?chē)浗M織的損傷。另外，打印材料成本偏高以及完成所需時(shí)間長(zhǎng)等問(wèn)題也限制了其應(yīng)用。

綜上所述， 3D打印技術(shù)輔助置釘治療骶髂關(guān)節(jié)結(jié)核，具有縮短手術(shù)時(shí)間、緩解患者疼痛、恢復(fù)患者站立行走能力等優(yōu)點(diǎn)，更利于病灶完全清除，建立良好的醫(yī)患關(guān)系，為獲得理想手術(shù)效果提供新的技術(shù)保障。