3D打印模型與CT三維重建影像輔助手術(shù)治療復(fù)雜髖臼骨折的療效

強廷會,趙家瑞,牟 歡,郭忠尚,杜興國,薛 超,周新立

漢中市中心醫(yī)院骨關(guān)節(jié)外科，陜西 漢中 723100

復(fù)雜髖臼骨折[1]的骨折幾何形狀較復(fù)雜，包括T形骨折、后壁伴后柱骨折、橫行伴后壁骨折、前方伴后半橫行骨折、雙柱骨折，多系高能量損傷所致，創(chuàng)傷后因髖臼形態(tài)本身不規(guī)則、解剖復(fù)雜、骨折移位明顯且波及關(guān)節(jié)面，臨床手術(shù)中較難處理。傳統(tǒng)方法依賴骨折部位CT三維重建影像行術(shù)前計劃及術(shù)中參考，在實施手術(shù)時普遍存在創(chuàng)傷大、手術(shù)時間長、術(shù)中出血多、術(shù)中透視次數(shù)多、容易出現(xiàn)術(shù)后并發(fā)癥等缺點[2]。如何在手術(shù)時避免上述弊端，仍是目前創(chuàng)傷骨科醫(yī)師關(guān)注的熱點問題[3]。筆者科室目前術(shù)前及術(shù)中應(yīng)用3D打印模型輔助手術(shù)，可在術(shù)前設(shè)計手術(shù)方案、體外預(yù)手術(shù)、3D模型可消毒后上手術(shù)操作臺，術(shù)中參考更直觀，在縮短手術(shù)時間及減少手術(shù)創(chuàng)傷方面取得了一定效果。本研究回顧性分析2017年10月—2020年12月筆者醫(yī)院手術(shù)治療復(fù)雜髖臼骨折患者60例，比較圍術(shù)期使用3D打印模型與不使用模型患者的手術(shù)療效，探討使用3D模型輔助治療復(fù)雜髖臼骨折的優(yōu)缺點。

臨床資料

1 一般資料

納入標準:(1)年齡20～70歲；(2)Judet-Letournel分型[4]復(fù)合型骨折，包括T形骨折、后壁伴后柱骨折、橫行伴后壁骨折、前方伴后半橫行骨折、雙柱骨折；(3)受傷前雙側(cè)髖關(guān)節(jié)活動正常。排除標準：(1)陳舊性骨折、病理性骨折，合并其他部位骨折；(2)合并不可逆性血管神經(jīng)損傷影響下肢肢體功能。

本組復(fù)雜髖臼骨折病例60例，男性36例，女性24例，年齡25～64歲，平均41.8歲。根據(jù)是否使用3D打印模型分為3D組(34例)及對照組(26例)，3D組術(shù)前應(yīng)用3D打印模型進行術(shù)前計劃、預(yù)手術(shù)復(fù)位及鋼板體外塑型，對照組未使用3D打印技術(shù)。兩組患者一般資料比較差異均無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0．05)，見表1。

表1 兩組患者一般資料比較

2 術(shù)前計劃及準備

所有患者入院后常規(guī)行三大常規(guī)、生化、凝血、血栓篩查、心肺功能評估、骨盆正位、髂骨斜位及閉孔斜位片、骨盆CT+三維重建檢查。髖關(guān)節(jié)后脫位及中心性脫位者行股骨髁上骨牽引，糾正貧血及低蛋白血癥改善全身情況。合并傷者處理其他部位損傷，穩(wěn)定后行髖臼骨折手術(shù)治療。

3D組：術(shù)前對骨折部位實施3D打印，行骨盆CT掃描+三維重建，將CT掃描及重建數(shù)據(jù)輸入Minics軟件進行計算，以STL格式輸入打印機進行3D打印，將健側(cè)髖臼數(shù)據(jù)鏡像成患側(cè)正常髖臼模型并進行3D打印獲得患側(cè)髖臼骨折模型及患側(cè)正常髖臼模型；術(shù)前在模型上實施預(yù)手術(shù)，根據(jù)3D模型所示骨折部位、波及范圍及骨折塊移位情況決定手術(shù)入路、復(fù)位方法，在健側(cè)鏡像模型上結(jié)合骨折位置確定鋼板長度并進行鋼板塑型，在鏡像模型上預(yù)手術(shù)，將塑形后的鋼板固定于鏡像模型上預(yù)估螺釘方向、角度及長度。將塑形好的鋼板與3D模型滅菌術(shù)中備用。

對照組：患者依據(jù)骨盆X線片、CT及三維重建等影像學(xué)檢查結(jié)果進行術(shù)前計劃，根據(jù)患者的損傷具體情況選擇不同的手術(shù)入路、復(fù)位順序、內(nèi)固定方法等。

3 體位及手術(shù)入路選擇

實施插管全麻后，漂浮體位，術(shù)區(qū)常規(guī)消毒鋪巾。手術(shù)入路根據(jù)骨折類型選擇，后壁及后柱骨折選用后方K-L入路，前壁及前柱骨折選用髂腹股溝入路，四方區(qū)骨折伴中心性脫位選用改良Stoppa入路或腹直肌旁入路，雙柱骨折選用前后聯(lián)合入路，T形骨折根據(jù)骨折波及范圍及移位情況設(shè)計手術(shù)入路[5]。

4 手術(shù)方法

兩組患者手術(shù)由同一組手術(shù)醫(yī)師完成，術(shù)中常規(guī)備自體血回輸。3D組根據(jù)模型預(yù)手術(shù)情況指導(dǎo)入路選擇及骨折復(fù)位：根據(jù)術(shù)前體外模型設(shè)計的區(qū)域置入提拉螺釘或Schanz針，應(yīng)用頂棒、Farabeuf鉗及牽引撬撥復(fù)位骨折斷端，克氏針臨時固定，將體外預(yù)手術(shù)時根據(jù)健側(cè)鏡像模型塑形的重建鋼板置入相應(yīng)骨折區(qū)域。以健側(cè)鏡像模型塑形鋼板是否貼附作為是否解剖復(fù)位的依據(jù)，如果放置的位置和術(shù)前設(shè)計一致且貼附良好，證明骨折達到有效復(fù)位。根據(jù)預(yù)手術(shù)設(shè)計的螺釘位置、方向及長度置入螺釘，旋轉(zhuǎn)髖關(guān)節(jié)無阻擋感，透視證實骨折復(fù)位及鋼板螺釘位置長度，防止螺釘進入髖臼關(guān)節(jié)面。

對照組入路選擇及顯露同3D組，術(shù)中使用相同方法及手術(shù)器械輔助復(fù)位固定。復(fù)位后以鋁制模板結(jié)合骨折局部形態(tài)體外即時塑形鋼板直至鋼板與局部骨質(zhì)貼附良好，鉆孔后測深確定螺釘長度，透視后調(diào)整鋼板螺釘位置、方向及長度以避免螺釘進入髖關(guān)節(jié)。術(shù)中髖臼雙柱骨折進行復(fù)位順序是先復(fù)位和固定前柱，再到后柱及后壁，術(shù)中操作避免損傷坐骨神經(jīng)、臀上動脈、股血管神經(jīng)等鄰近重要組織。透視確認后沖洗傷口，置引流管關(guān)閉傷口。

5 術(shù)后處理

術(shù)后無需牽引或外固定，術(shù)后24h內(nèi)使用抗生素預(yù)防感染，術(shù)后48～72h拔除引流管，無抗凝禁忌者術(shù)后12h開始使用低分子肝素鈣或利伐沙班抗凝預(yù)防血栓至術(shù)后3周；術(shù)后6h開始下肢肌肉等長收縮，術(shù)后2周平臥位練習(xí)下肢直腿抬高、屈髖屈膝功能鍛煉，術(shù)后4～6周開始不負重下地活動鍛煉，8周開始扶拐行走，術(shù)后3個月根據(jù)X線片所示骨折愈合情況，骨折線消失即可正常行走。

6 觀察指標

觀察記錄手術(shù)時間、術(shù)中出血量、術(shù)中術(shù)后輸血量、術(shù)中透視次數(shù)、Matta評分、Merle D’Aubigné & Postel評分等評價手術(shù)情況，術(shù)后復(fù)查X線片，使用Matta評分系統(tǒng)[6]評價髖臼骨折復(fù)位影像學(xué)效果，其具體評價標準為：骨折無移位為優(yōu)，骨折移位<1mm為良，1～3mm為一般，>3mm為差。末次隨訪采用改良Merle D’Aubigné & Postel評分系統(tǒng)[7]評估髖關(guān)節(jié)功能，該評分從疼痛、行走、活動范圍來對患側(cè)髖關(guān)節(jié)進行功能評分，滿分為18分，其中18分為優(yōu)，15～17分為良，13～14分為可，<13分為差。

7 統(tǒng)計學(xué)分析

結(jié) 果

患者傷口均一期愈合，3D組和對照組比較，手術(shù)時間縮短，術(shù)中出血量、術(shù)中術(shù)后輸血量及術(shù)中透視次數(shù)減少，差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)。見表2。兩組患者術(shù)后門診隨訪12～30個月，平均18.0個月，骨折均獲得骨性愈合。術(shù)后影像學(xué)資料Matta評分及骨折愈合后最后一次隨訪獲得的改良Merle D’Aubigné & Postel評分比較，差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)。見表3。典型病例見圖1。

表2 兩組患者手術(shù)時間、術(shù)中出血量、透視次數(shù)及術(shù)中術(shù)后輸血量比較

表3 兩組患者Matta評分及Merle D’Aubigné & Postel評分比較[n(%)]

圖1 患者女性，41歲，交通事故致傷。a～c.術(shù)前影像；d、e.鏡像模型塑形鋼板、預(yù)手術(shù)植入螺釘；f～h.術(shù)后X線片

討 論

髖臼骨折的解剖復(fù)位是獲得良好髖關(guān)節(jié)功能的基礎(chǔ)，充分的術(shù)前準備、術(shù)中清晰顯露骨折、解剖復(fù)位以及穩(wěn)固的內(nèi)固定對術(shù)后髖關(guān)節(jié)功能的恢復(fù)具有重要意義[8]。因復(fù)雜髖臼骨折多系高能量暴力所致，骨折移位大、位置深在、周圍重要血管神經(jīng)多且血管神經(jīng)肌肉解剖結(jié)構(gòu)復(fù)雜，致使術(shù)中顯露及復(fù)位困難，鋼板塑型貼附欠佳。臨床上多采用術(shù)前CT三維重建成像檢查髖臼骨折及移位情況，評估骨折移位情況、選擇手術(shù)入路及制定手術(shù)方案，手術(shù)時為清晰顯露骨折斷端常需要擴大切口及剝離范圍，創(chuàng)傷大、出血較多；手術(shù)過程中需要反復(fù)透視調(diào)整復(fù)位、鋼板位置及長度，鋼板塑型需要借助模板反復(fù)調(diào)整貼附，導(dǎo)致術(shù)中透視次數(shù)較多、手術(shù)時間延長[9]。隨著3D打印快速成型技術(shù)廣泛應(yīng)用于骨科手術(shù)[10]，術(shù)者可在體外更加直觀、精確地獲取骨折碎裂、移位信息，制定更加精確的手術(shù)方案，并可在模型上進行體外預(yù)手術(shù)，復(fù)位骨折、塑型鋼板，選擇鋼板螺釘位置及長度，從而極大提高復(fù)位質(zhì)量，顯著減少術(shù)中透視次數(shù)，縮短手術(shù)時間[11-12]。但是全骨盆3D打印模型制作價格相對較昂貴，制作時間較長，模型上的骨折復(fù)位難以恢復(fù)達到解剖復(fù)位的形態(tài)，體外骨折模型上塑型的鋼板無法貼附至解剖復(fù)位。筆者利用骨盆髖臼解剖形態(tài)的對稱性，將健側(cè)CT掃描三維重建數(shù)據(jù)利用軟件制作成鏡像模型，形成患側(cè)完全解剖復(fù)位狀態(tài)，在鏡像模型上塑型鋼板，判斷鋼板置入位置及螺釘方向和長度，術(shù)前計劃更為精準，減少術(shù)中對鋼板形態(tài)、位置、螺釘長度和方向的調(diào)整，大大縮短手術(shù)時間，減少術(shù)中出血及圍術(shù)期輸血，也減少透視次數(shù)[13]。

本研究中3D組將健側(cè)鏡像模型應(yīng)用于術(shù)前計劃及體外預(yù)手術(shù)，根據(jù)患側(cè)骨折模型選擇手術(shù)入路，制定復(fù)位方法；將健側(cè)鏡像模型上預(yù)彎的鋼板置于骨折部位，可以作為骨折是否解剖復(fù)位的標志[14]。術(shù)中不需再塑形鋼板及調(diào)整螺釘位置和方向，手術(shù)時間顯著縮短，因而術(shù)中出血量及術(shù)中術(shù)后輸血量較常規(guī)組顯著減少，術(shù)中透視次顯著減少，從而也降低了術(shù)后感染風(fēng)險，減少手術(shù)人員的輻射損傷[15]。3D模型僅需制作兩個患側(cè)半骨盆模型，縮短了制作時間，降低了模型制作費用，較全骨盆制作節(jié)省時間，價格經(jīng)濟，便于臨床推廣應(yīng)用。

本研究的不足之處為回顧性研究樣本量較小，證據(jù)等級不高。研究著重對手術(shù)期指標及近期關(guān)節(jié)功能做了觀察對比，遠期療效仍需進一步隨訪觀察。

作者貢獻聲明：強廷會：論文撰寫、修改及審校、參與手術(shù)、資料搜集；趙家瑞：資料收集、論文撰寫、文獻檢索；牟歡、郭忠尚、杜興國、薛超：術(shù)前評估及手術(shù)操作/病例資料整理及統(tǒng)計學(xué)分析/研究(內(nèi)容)設(shè)計；周新立：研究指導(dǎo)、論文修改、經(jīng)費支持、病例隨訪、數(shù)據(jù)整理