3D打印手術(shù)導(dǎo)板輔助骶髂螺釘置釘治療骶骨骨折

游木榮，樊志強(qiáng)，葉海民，董謝平，鄒華春

(1.江西省人民醫(yī)院骨科，江西 南昌 330006；2.江西省人民醫(yī)院影像科，江西 南昌 330006)

骶骨是維持骨盆后環(huán)穩(wěn)定性的重要組成部分，骶骨骨折多由交通傷、高處墜落傷等高能量暴力損傷引起，約占全部骨盆骨折的30%[1]。髂骶關(guān)節(jié)螺釘用于治療不穩(wěn)定的骶骨縱行骨折，生物力學(xué)性能良好，已經(jīng)成為治療垂直骶骨骨折的常用內(nèi)固定裝置，可以切開(kāi)或經(jīng)皮置入[2]。經(jīng)皮固定具有微創(chuàng)、出血少、并發(fā)癥低等優(yōu)點(diǎn)，但技術(shù)上具有挑戰(zhàn)性。由于骶髂螺釘進(jìn)釘點(diǎn)缺乏可靠的骶髂解剖及放射學(xué)標(biāo)志，徒手經(jīng)皮C型臂透視下置釘容易導(dǎo)致螺釘穿破骨皮質(zhì)引起骶神經(jīng)、髂內(nèi)動(dòng)靜脈、閉孔神經(jīng)及盆腔內(nèi)重要臟器的損傷[3-5]，因此如何提高置釘準(zhǔn)確性是急需解決的問(wèn)題。

隨著數(shù)字骨科和3D打印技術(shù)的發(fā)展，將導(dǎo)板應(yīng)用于骨科部位的復(fù)雜螺釘置入技術(shù)已比較成熟。國(guó)內(nèi)多家醫(yī)院已開(kāi)始采用3D打印個(gè)體化導(dǎo)板來(lái)輔助骶髂關(guān)節(jié)螺釘置釘，術(shù)中通過(guò)導(dǎo)板的導(dǎo)向孔，精確引導(dǎo)骶髂螺釘置入，有效減少置釘產(chǎn)生的并發(fā)癥[6-7]。

江西省人民醫(yī)院自2018年1月到2021年6月期間，采用個(gè)體化的3D打印手術(shù)導(dǎo)板輔助骶髂關(guān)節(jié)螺釘置釘治療不穩(wěn)定的Denis Ⅰ、Ⅱ型骶骨骨折10例，臨床效果滿意，現(xiàn)報(bào)告如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料 納入標(biāo)準(zhǔn)：(1)年齡大于18歲；(2)新鮮骨折，受傷時(shí)間小于3周者；(3)Denis Ⅰ、Ⅱ型骶骨縱行骨折不合并骶神經(jīng)損傷者；(4)骶骨骨折通過(guò)閉合牽引達(dá)到復(fù)位標(biāo)準(zhǔn)者；(5)隨訪時(shí)間≥12個(gè)月。排除標(biāo)準(zhǔn)：(1)S1或S2椎體發(fā)育畸形者；(2)嚴(yán)重的骨質(zhì)疏松者；(3)S1椎體粉碎性橫向骨折或移位無(wú)法閉合復(fù)位者；(4)骶骨骨折影像學(xué)顯示骶孔有骨塊嵌入或伴有骶神經(jīng)損傷者；(5)合并其他器官嚴(yán)重病變不能耐受手術(shù)者。

本研究共納入10例患者，年齡19～62歲，平均(34.72±12.45)歲；受傷機(jī)制：車禍傷6例，高處墜落傷3例，塌方砸傷1例。Denis分型：Ⅰ型骨折4例，Ⅱ型骨折6例；受傷至手術(shù)時(shí)間為5～16 d。

1.2 骶骨骨折模型及骶髂螺釘置釘導(dǎo)板的制備 入院后對(duì)骶骨骨折移位的患者進(jìn)行骨牽引復(fù)位，待骨折移位基本糾正后再進(jìn)行全骨盆CT薄層掃描。掃描參數(shù)為：電壓120 kV，矩陣512×512，層厚為0.625 mm，數(shù)據(jù)以DICOM格式導(dǎo)入Mimics19.0軟件進(jìn)行三維重建；使用Mimics軟件的Medcad模塊繪制出直徑7.3 mm的圓柱體，該圓柱體可被自由移動(dòng)和旋轉(zhuǎn)，將髂骨及骶椎透明化，在各個(gè)角度觀察下將圓柱體跨骶髂關(guān)節(jié)在S1或S2椎體上模擬置入骶髂螺釘；根據(jù)骶椎具體情況設(shè)計(jì)單枚S1螺釘、2枚S1螺釘、單枚S2螺釘或S1S2螺釘之間的組合，以圓柱模擬骶髂螺釘，調(diào)整圓柱位置使其始終處于骶骨骨性結(jié)構(gòu)內(nèi)，以此模擬出置釘?shù)陌踩ǖ?。選取髂后上棘后部與髂骨翼后下方外板骨性結(jié)構(gòu)區(qū)域?yàn)槊砂鍏^(qū)，膨脹增厚3 mm形成置釘導(dǎo)板的基座，以直徑7.3 mm的圓柱體為中心繪制出直徑11 mm和6 mm的圓柱體，通過(guò)布爾運(yùn)算生成內(nèi)徑6 mm、外徑11 mm的空心導(dǎo)管并與基座連接，完成導(dǎo)板的設(shè)計(jì)。最后將設(shè)計(jì)好的導(dǎo)板以STL格式數(shù)據(jù)導(dǎo)入3D打印機(jī)，以光敏樹(shù)脂為原料打印制作出導(dǎo)板。共設(shè)計(jì)和打印出10個(gè)骨盆骶骨模型及13個(gè)導(dǎo)板。

1.3 手術(shù)方法及導(dǎo)板的使用 術(shù)前通過(guò)3D打印的技術(shù)得到1︰1的骨盆骶骨骨折模型及配套的骶髂螺釘置釘導(dǎo)板，直觀了解骨折具體情況，將導(dǎo)板與打印的骨盆骨折復(fù)位模型髂后上棘貼服，通過(guò)導(dǎo)板進(jìn)行骶髂螺釘置釘模擬演練，觀察導(dǎo)板引導(dǎo)置釘準(zhǔn)確(見(jiàn)圖1)。

患者全麻，取俯臥位，沿髂后上棘表面皮膚做8 cm弧形切口，剝離周圍的軟組織，顯露髂后上棘及周圍部分髂嵴，按術(shù)前演練的方法，主刀醫(yī)生將預(yù)先消毒好的導(dǎo)板緊密貼服于術(shù)前選定的髂嵴及髂骨外板粗糙面，確認(rèn)貼服緊密無(wú)松動(dòng)；沿導(dǎo)板導(dǎo)向孔用電鉆鉆入1枚直徑2.5 mm，長(zhǎng)25.0 cm的克氏針，根據(jù)術(shù)前設(shè)計(jì)模擬螺釘長(zhǎng)度控制克氏針進(jìn)入深度，C型臂透視骨盆正側(cè)位、出入口位片，仔細(xì)確認(rèn)克氏針位置及進(jìn)入深度。取下導(dǎo)板，再次準(zhǔn)確測(cè)量螺釘置入長(zhǎng)度后，擰入直徑7.3 mm空心拉力螺釘，C型臂再次透視確認(rèn)骨盆骨折復(fù)位情況及螺釘位于骶椎椎體內(nèi)，拔除克氏針，沖洗后縫合傷口。合并骨盆其他部位骨折者，根據(jù)骨折情況術(shù)中切開(kāi)或微創(chuàng)經(jīng)皮置入重建鋼板或螺釘以固定骨折部位。10例患者中，共使用13個(gè)導(dǎo)板，其中3例患者雙側(cè)置釘，共置釘23枚。

1.4 隨訪及置釘效果

1.4.1 影像學(xué)評(píng)價(jià)置釘安全性 術(shù)后10例患者均復(fù)查骨盆正位、出口位及入口位X線片、CT薄層平掃及三維重建。通過(guò)橫斷面、冠狀面、矢狀面判斷螺釘?shù)奈恢?、置釘?zhǔn)確性參照Smith等[8]介紹的方法：(1)0級(jí)：螺釘完全位于骶椎椎體內(nèi)；(2)Ⅰ級(jí)：螺釘穿破骶椎前皮質(zhì)或椎管皮質(zhì)或骶孔，穿出部分2 mm；(3)Ⅱ級(jí)：螺釘穿破骶椎前皮質(zhì)或椎管皮質(zhì)或骶孔，穿出部分4 mm；(4)Ⅲ級(jí)：螺釘穿破骶椎前皮質(zhì)或椎管皮質(zhì)或骶孔，穿出部分4 mm。0級(jí)定義為置釘準(zhǔn)確。

1.4.2 Mimics軟件評(píng)價(jià)置釘精確性 將所有患者術(shù)后復(fù)查的CT掃描數(shù)據(jù)再次以DICOM格式導(dǎo)入Mimics19.0軟件，重建螺釘和骨盆三維模型，將置釘前后的骨盆模型進(jìn)行擬合，擬合后測(cè)量并比較術(shù)前模擬螺釘軌跡及術(shù)后實(shí)際螺釘軌跡：在橫斷面上投影與椎體正中矢狀面的夾角(transverse angle，TA)，在冠狀面上的投影與水平面的夾角(coronal angle，CA)。

1.4.3 功能隨訪 末次隨訪采用Majeed功能評(píng)分系統(tǒng)[9]，評(píng)價(jià)內(nèi)容包括疼痛30分，工作20分，坐10分，性功能4分，站36分(其中輔助行走12分、步態(tài)12分、步行距離12分)5個(gè)指標(biāo)，總分為100分。85～100分為優(yōu)，70～84分為良，55～69分為中，<55分為差，觀察并發(fā)癥情況。

2 結(jié) 果

2.1 置釘?shù)臏?zhǔn)確率 本研究10例病例共使用骶髂關(guān)節(jié)螺釘引導(dǎo)導(dǎo)板13個(gè)，共置入23枚螺釘(3例雙側(cè)置釘)，骶髂螺釘置入過(guò)程順利，操作簡(jiǎn)便，導(dǎo)航模板貼合錨定性良好，通過(guò)對(duì)置釘后骨盆標(biāo)本三維CT橫斷面及矢狀面進(jìn)行評(píng)價(jià)，置入的23枚骶髂螺釘中，按照Smith法判定準(zhǔn)確性：22枚完全位于骶椎椎體內(nèi)，判定為0級(jí)，準(zhǔn)確率95.65%；僅1枚穿出骶椎進(jìn)入骶管，評(píng)為Ⅰ級(jí)(4.34%)。

2.2 置釘?shù)木_性 10例患者共23枚螺釘均穿透骶髂關(guān)節(jié)進(jìn)入骶椎椎體內(nèi)，Mimics軟件中測(cè)量術(shù)前模擬螺釘軌跡TA角(78.06±1.98)°，CA角(7.23±1.39)°，術(shù)后復(fù)查測(cè)量實(shí)際螺釘軌跡TA角(77.67±1.76)°，CA角(6.24±1.05)°，兩者比較差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)，說(shuō)明術(shù)前模擬螺釘軌跡與術(shù)后實(shí)際螺釘軌跡高度一致，兩者進(jìn)釘角度差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(見(jiàn)表1)。

表1 術(shù)前模擬螺釘軌跡與術(shù)后實(shí)際螺釘軌跡測(cè)量角度值比較

2.3 隨訪及功能結(jié)果 本研究10例患者全部得到隨訪，隨訪時(shí)間12～28個(gè)月，平均(15.45±4.68)個(gè)月，末次隨訪時(shí)骶骨骨折均達(dá)到臨床愈合，無(wú)螺釘松動(dòng)、斷裂、移位現(xiàn)象，無(wú)一例發(fā)生醫(yī)源性血管、神經(jīng)損傷并發(fā)癥。末次隨訪依據(jù)Majeed功能評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行療效評(píng)價(jià)，優(yōu)8例，良2例。

2.4 典型病例 (1)31歲男性患者，高處墜落傷，診斷為雙側(cè)骶骨DenisⅡ型縱行骨折，左側(cè)脛腓骨骨折。傷后7 d行3D打印手術(shù)導(dǎo)板輔助骶髂螺釘置釘骶骨骨折內(nèi)固定、左脛腓骨骨折切開(kāi)復(fù)位內(nèi)固定術(shù)，術(shù)中操作順利，術(shù)后X線片顯示骶骨骨折內(nèi)固定良好。手術(shù)前后影像學(xué)資料見(jiàn)圖1～4。(2)42歲男性患者，不慎被機(jī)器夾擠骨盆前后，診斷為骨盆骨折C3型、尿道斷裂。傷后急診行泌尿外科尿道會(huì)師恥骨上膀胱造瘺術(shù)，10 d后行3D打印導(dǎo)板引導(dǎo)下的C3型骨盆骨折全螺釘內(nèi)固定術(shù)，術(shù)中操作順利，術(shù)后X線片及CT顯示骶骨骨折內(nèi)固定良好。手術(shù)前后影像學(xué)資料見(jiàn)圖5～8。

圖1 術(shù)前X線片及CT示骶骨縱行骨折 圖2 術(shù)前骨盆三維重建與骶髂螺釘置釘導(dǎo)板設(shè)計(jì)

圖3 術(shù)中3D打印導(dǎo)板輔助骶髂螺釘置入 圖4 術(shù)后X線片及CT示螺釘位置滿意

圖5 術(shù)前X線片及三維CT示C3型骨盆骨折 圖6 骨盆骶髂關(guān)節(jié)螺釘、恥骨螺釘、髖臼螺釘通道虛擬路徑設(shè)計(jì)

圖7 術(shù)中骶髂螺釘導(dǎo)板引導(dǎo)下置入骶髂關(guān)節(jié)螺釘 圖8 術(shù)后X線片及CT三維重建示位置滿意，并進(jìn)行螺釘角度測(cè)量(CA角、TA角)

3 討 論

3.1 骶骨骨折的治療現(xiàn)狀 不穩(wěn)定骶骨骨折常用的內(nèi)固定方式包括后方張力帶鋼板固定、髂腰釘棒固定、三角固定等[10-12]。后方經(jīng)皮張力帶鋼板能較好地維持骨盆后環(huán)水平方向的穩(wěn)定性，但是無(wú)法提供脊柱骨盆間的垂直穩(wěn)定性。髂腰釘棒固定多用于復(fù)雜骶骨骨折或脊柱骨盆分離的嚴(yán)重骨折，生物力學(xué)研究證實(shí)其穩(wěn)定性是后路骨盆固定中最佳的，可以重建骨盆環(huán)與腰骶關(guān)節(jié)的穩(wěn)定性，有助于患者早期負(fù)重活動(dòng)，但缺點(diǎn)是手術(shù)創(chuàng)傷大、有切口感染、髂骨螺釘凸起壓迫皮膚等并發(fā)癥。而骶髂關(guān)節(jié)螺釘具有創(chuàng)傷小、感染風(fēng)險(xiǎn)低、患者功能恢復(fù)快、固定牢靠等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成為治療骶骨骨折及骶髂關(guān)節(jié)損傷的有效方法。目前常用的骶髂螺釘固定方式有：?jiǎn)蚊禨1螺釘、單枚S2螺釘、2枚S1螺釘、單枚S1或2枚S2螺釘或單枚S2螺釘?shù)慕M合、S1貫穿螺釘?shù)?。但是由于骶髂關(guān)節(jié)及骶解剖結(jié)構(gòu)復(fù)雜，操作不當(dāng)會(huì)導(dǎo)致螺釘穿透骶骨皮質(zhì)損傷骶椎周圍的血管神經(jīng)。為避免這種潛在的并發(fā)癥，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)置釘技術(shù)進(jìn)行了大量的探索和實(shí)踐[13-15]，如O型臂手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)、3D打印個(gè)體化導(dǎo)航模板、雙平面機(jī)器人導(dǎo)航、骶髂螺釘內(nèi)固定導(dǎo)向器等，這些先進(jìn)的輔助置釘技術(shù)提高了置釘?shù)陌踩院途_性。但O型臂導(dǎo)航系統(tǒng)及機(jī)器人導(dǎo)航雖可明確提高置釘準(zhǔn)確性，X線輻射量低，但這種技術(shù)需要配置價(jià)格昂貴的設(shè)備、操作復(fù)雜、成本高、學(xué)習(xí)曲線長(zhǎng)、難以得到廣泛應(yīng)用。目前哪種技術(shù)輔助骶髂關(guān)節(jié)螺釘置入最佳尚無(wú)定論。

3.2 3D打印導(dǎo)板輔助骶髂螺釘置釘治療骶骨骨折的優(yōu)勢(shì) 3D打印骶髂關(guān)節(jié)導(dǎo)板是依據(jù)骨盆CT掃描數(shù)據(jù)，通過(guò)軟件設(shè)計(jì)的而得到的釘?shù)缹?dǎo)向模板，為置入骶髂螺釘提供了一種簡(jiǎn)便的導(dǎo)向裝置，實(shí)現(xiàn)了螺釘快速精準(zhǔn)微創(chuàng)置入[16]。術(shù)前通過(guò)CT數(shù)據(jù)采用3D打印技術(shù)構(gòu)建骨盆三維模型，計(jì)算機(jī)上模擬設(shè)計(jì)骶髂關(guān)節(jié)螺釘進(jìn)釘點(diǎn)、螺釘方向及螺釘置入長(zhǎng)度，并設(shè)計(jì)配套的導(dǎo)板；通過(guò)3D打印得到1︰1骨盆骶骨骨折實(shí)物模型，在骨盆模型上通過(guò)導(dǎo)板模擬螺釘?shù)闹萌氩⒂^察通道的準(zhǔn)確性；術(shù)中將導(dǎo)板與髂后上棘及鄰近的髂棘貼服，在導(dǎo)板引導(dǎo)下置入骶髂螺釘，降低了手術(shù)難度，臨床實(shí)用價(jià)值較高。Wu等[17]回顧性分析了19例采用3D打印手術(shù)導(dǎo)板輔助骶髂螺釘置入的骶骨骨折患者，共置入42枚螺釘(30枚置入S1，12枚置入S2)；通過(guò)髂后上棘約5 cm的切口，剝離軟組織顯露骨面，將導(dǎo)板與之貼服，通過(guò)導(dǎo)板成功置釘，實(shí)現(xiàn)了骶髂螺釘快速、精準(zhǔn)的置入，沒(méi)有發(fā)生血管神經(jīng)的損傷。劉毅等[18]采用3D打印導(dǎo)板引導(dǎo)骶髂螺釘置釘治療5例骨盆后環(huán)骶髂關(guān)節(jié)復(fù)合體損傷患者，先獲取患者術(shù)前骨盆CT掃描數(shù)據(jù)，導(dǎo)入Mimic軟件三維重建骨盆骨折三維模型，采用計(jì)算機(jī)模擬骶髂關(guān)節(jié)螺釘進(jìn)釘點(diǎn)及進(jìn)釘通道并設(shè)計(jì)骶髂螺釘釘?shù)缹?dǎo)板，最后打印出骨折模型和導(dǎo)板實(shí)體，在術(shù)前進(jìn)行模擬試驗(yàn)。研究表明，應(yīng)用3D打印導(dǎo)板輔助骶髂螺釘置釘，手術(shù)簡(jiǎn)便，可快速、準(zhǔn)確置入骶髂螺釘。

本研究中，筆者通過(guò)3D打印導(dǎo)板輔助骶髂螺釘置釘治療10例骶骨骨折患者，共置入骶髂螺釘23枚，22枚完全位于骶椎椎體內(nèi)，評(píng)為0級(jí)，準(zhǔn)確率95.65%；另外1枚穿出骶椎進(jìn)入骶管評(píng)為Ⅰ級(jí)(4.34%)，但沒(méi)有骶神經(jīng)癥狀，末次隨訪時(shí)骶骨骨折均達(dá)到臨床愈合，無(wú)內(nèi)固定失敗及骶血管、神經(jīng)損傷并發(fā)癥。末次隨訪依據(jù)Majeed功能評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行療效評(píng)價(jià)，優(yōu)8例，良2例。術(shù)前模擬螺釘軌跡與術(shù)后實(shí)際螺釘軌跡高度一致，兩者進(jìn)釘角度差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，進(jìn)一步證明3D打印導(dǎo)板輔助置入骶髂螺釘準(zhǔn)確，安全性高，療效確切。

3.3 3D打印導(dǎo)板輔助骶髂螺釘置釘?shù)木窒扌?采用該方法也有一定的缺陷，力學(xué)穩(wěn)定性要弱于髂腰釘棒固定，也存在螺釘內(nèi)固定把持不足風(fēng)險(xiǎn)，僅適用于骶骨垂直骨折通過(guò)牽引能基本復(fù)位者；復(fù)位不佳的骶骨解剖結(jié)構(gòu)錯(cuò)亂，置釘?shù)陌踩缘?，需要行切開(kāi)復(fù)位后才能行骶髂螺釘固定；如果骶骨骨折同時(shí)合并骶神經(jīng)癥狀，需先行骶管切開(kāi)減壓骶神經(jīng)探查才能置釘；一些特殊的病例不宜采用該方法：如骶骨變異、骶骨骨缺損、嚴(yán)重的骨質(zhì)疏松等。而且導(dǎo)板的正確放置至關(guān)重要，如導(dǎo)板與骨面貼服有誤差，也可能會(huì)導(dǎo)致螺釘位置偏移引起醫(yī)源性血管神經(jīng)損害，且放置導(dǎo)板時(shí)需切開(kāi)剝離導(dǎo)板底座骨面的軟組織，顯露髂后上棘骨性標(biāo)志，較傳統(tǒng)經(jīng)皮置釘創(chuàng)傷更大。同時(shí)也需要結(jié)合術(shù)中C型臂透視確認(rèn)導(dǎo)針位置，才能實(shí)現(xiàn)一次性置釘。

總之，3D打印導(dǎo)板引導(dǎo)骶髂螺釘置釘治療骶骨縱行骨折，準(zhǔn)確、安全、有效、降低了手術(shù)難度，操作簡(jiǎn)便，實(shí)現(xiàn)了此種類型骨折的快速、微創(chuàng)、精準(zhǔn)治療，但本研究病例數(shù)不多，還需進(jìn)一步積累手術(shù)量和觀察遠(yuǎn)期療效。