3D打印技術在髖臼骨折手術中的應用

陸儉軍+秦豪+陸聲榆+李曉+甘智+何錦威+林鑫欣+李穎+譚海濤

【摘要】目的探討3D打印技術輔助治療髖臼骨折的療效。方法選取2014年1月至2016年6月診治的髖臼骨折患者70例，按隨機數字表分為A組（3D打印輔助手術組）35例和B組（傳統手術組）35例， 比較兩組的手術時間、術中出血量、術后引流量、復位效果、髖關節功能等。結果所有患者獲得隨訪，隨訪時間6～24個月，平均12.6個月。A組手術時間（115.0±25.3）min、術中出血量（350.0±126.5）ml、術后引流量（120.0±15.1）ml均少于B組，A組用改良Matta影像學評分標準評價復位效果，優良率為94.3%，按照改良 Merle DAubigné and Postel評分標準評估髖關節功能優良率為88.6%，均優于B組，差異有統計學意義（P<0.05）。結論3D打印技術應用于髖臼骨折手術可提升髖臼骨折整體手術效果。

【關鍵詞】髖臼骨折；3D 打印；術前規劃

中圖分類號：R683.42文獻標識碼：ADOI：10.3969/j.issn.10031383.2016.05.006

【Abstract】ObjectiveTo evaluate the effect of 3D printing technology in the adjuvant therapy of acetabular fracture.Methods70 cases of acetabular fractures receiving treatment from January，2014 to June，2016 were selected，and they were divided into group A（3D printing assisted surgical group） and group B（traditional surgery group） according to random number table with 35 cases in each group.And then，operative time，bleeding volume，postoperative drainage volume，reset effect and the function of hip joint，etc.were compared between the two groups.ResultsAll patients were given followup visit for 6～24 months with an average of 12.6 months.In the group A，operation time was（115.0±25.3）min，intraoperative bleeding volume was（350.0±126.5）ml，account of postoperative drainage was（120.0±15.1）ml，all significantly less than those in the group B.In the group A，Matta radiographic scoring criteria was used to evaluate reduction effects，and fineness rate was 943%，and modified Merle Merle D'Aubigné and Postel scoring criteria showed that fineness rate of hip joint function was 88.6%，all significantly better than those of the group B，so difference was statistically significant（P<0.05）.Conclusion3D printing technology for acetabular fracture surgery can improve the overall surgical results of acetabular fractures.

【Key words】acetabular fracture；3D printing；preoperative planning

髖臼骨折為高能量損傷所致的關節內骨折，髖臼解剖的復雜性及功能的重要性使髖臼骨折診斷分型及治療較為困難，成了創傷骨科醫生的一個挑戰，也一直是臨床研究的熱點[1]。髖臼骨折發生后，由于髖臼解剖位置深，形態復雜，常難以有效復位與固定，手術過程中易出現螺釘進入關節、骨折塊移位等并發癥[2]。傳統的手術方案設計中術者對骨折線的判斷以及重建鋼板的植入位置、螺釘的選擇，缺少三維空間的判斷，完全依賴于醫生個體的外科臨床經驗與技能，手術創傷大、術中出血多、康復周期長。因此，完善的術前方案制定與手術效果密切相關，可以決定手術成敗。隨著數字醫學與3D打印技術的發展，2006年我國首先提出了“精準外科”的概念，得到了國內、國際醫學界的認可[3]，實現了從虛擬到現實的轉變，醫生可直接根據3D打印模型對骨折線進行分型，術前虛擬復位手術方案設計，確定個體化、最優化的手術方案及模擬操作，以確保手術的成功，減少并發癥的發生。我院自2014年1月至2016年1月使用3D打印技術輔助治療髖臼骨折，并與傳統手術方法進行比較，現報道如下。

1資料與方法1.1一般資料2014年1月至2016年1月髖臼骨折病例70例，經醫院醫學倫理學委員會批準，受試對象或其親屬知情同意并簽署同意書，按隨機數字表分為A組（3D打印輔助手術組）35例和B組（傳統手術組）35例。其中A組男25例，女10例，平均年齡（45.2±5.3）歲；致傷原因：車禍擠壓傷20例，高處墜落傷9例，壓砸傷6例；合并休克、內臟損傷5例，伴其他部位骨折4例，坐骨神經損傷2例；按照AO分型進行分類，A型10例，B型14例，C型11例；受傷距手術時間平均（6.8±1.2）天。B組男24例，女11例，平均年齡（46.1±4.8）歲；致傷原因：車禍擠壓傷21例，高處墜落傷10例，壓砸傷4例；合并休克、內臟損傷6例，伴其他部位骨折5例，坐骨神經損傷1例；按照AO分型進行分類，A型11例，B型15例，C型9例；受傷距手術時間平均（7.0±11）天。兩組病例在性別、年齡、受傷原因及骨折分型、手術時機方面的差異無統計學意義（P>0.05），具有可比性。

1.2手術方法所有病例術前均進行X線檢查，并用荷蘭飛利浦公司生產的64排螺旋CT進行薄層掃描骨盆及股骨上段，掃描螺距0.5 mm，掃描電流100 mAs，掃描電壓100 kV。

1.2.1手術入路所有病例均采用氣管插管全身麻醉，手術由同一手術組、同一主刀醫師完成。根據不同的骨折類型采用不同的手術入路：（1）KL入路用于后壁、后柱骨折及簡單橫行骨折、橫行骨折合并后壁、后柱骨折；（2）髂腹股溝入路用于髖臼前壁、前柱骨折、橫行骨折、“T”形骨折及前壁、前柱骨折合并髖關節中心型脫位、恥骨聯合分離或同側骨盆環骨折；（3）KL及髂腹股溝聯合入路用于復雜橫行、“T”形骨折、前柱伴后半橫行骨折、雙柱骨折。髂腹股溝入路、KL入路及聯合入路精準修改及相互配合。

1.2.23D打印組將64排螺旋CT薄層掃描數據以DICOM格式導入到醫學3D圖像編輯處理Mimics14.0軟件中，對髖臼骨折進行三維重建（Calculate 3D from Mask），根據三維重建圖像觀察骨折塊的相對空間位置確認分型，并虛擬手術復位（見圖1）。利用復位骨折模型，以骨折的AO治療原則為準，選擇合適手術入路，在復位骨折模型上畫線確定預設鋼板位置及每個釘孔位置。利用創建圓柱體功能創建直徑為2.5 mm圓柱體進行虛擬釘道模擬，按照實際術中情況調整每顆虛擬螺釘方向及長度，并測量每顆螺釘長度。同時，運用“創建曲線”（Create Spline）在模型上布置一條紅色曲線即最佳鋼板植入位置，三維切割（Cut）預設鋼板位置骨折模型，切割模塊大小等于現實重建鋼板的長度和寬度，得到預設鋼板位置骨面模型，文件以STL格式導入3D打印軟件markware中調整打印方位，3D打印出實物模塊（見圖2）。根據3D打印模型進行術前重建鋼板的折彎，選擇合適孔數的鋼板，先折彎大的弧度，再折彎小弧度，爭取一次到位，避免反復折彎，折彎標準為離骨面平均距離<1 mm，亦可在骨盆模型上預彎鋼板（見圖2）。術中按照所預定的復位方案進行復位并以預彎好的重建鋼板進行比對，實現重建鋼板與某處骨面的完全服貼，該位置即為手術設計的鋼板置入位置（見圖3）。A：骨折三維圖像；B：復位后的三維圖像。

1.2.3傳統手術組術者術前根據患者X線片及CT掃描結果對骨折分型進行判斷，根據骨折分型及自己的經驗進行術前手術方案設計并進行手術。

1.3術后處理術后傷口放置引流管，持續引流48～72 h。麻醉藥效果過后檢查患側下肢的感覺、運動、血運情況。術后復查X線片及64排三維重建CT。針對不同的骨折類型和復位效果，根據術后X線片或者CT檢查判斷骨折愈合情況，進行康復鍛煉，以獲得髖關節更好的功能。出院后對兩組病例進行隨訪。

1.4評價指標記錄并比較兩組病例手術時間、術中出血量、術后引流量。評價兩組復位效果，根據術后改良Matta影像學評分標準評價[4]：優為小于1 mm解剖復位；良為小于3 mm滿意復位；差為大于3 mm不滿意復位。按照改良 Merle DAubigné and Postel評分標準評估兩組髖關節功能[5]，使用疼痛、行走、活動范圍來對術后髖關節進行功能評定，總分是三部分得分相加，優秀18分，良好15～17分，可13～14分，差<13分。

1.5統計學方法采用SPSS 16.0統計學軟件對數據進行分析，計數資料比較采用χ2檢驗，計量資料以（±s）表示，組間比較應用兩獨立樣本t檢驗，檢驗水準：α=0.05。

2結果3D打印組手術時間、術中出血量、術后引流量均少于B 組，差異有統計學意義（P<0.05）。見表1。所有患者獲得隨訪6～24個月，平均12.6個月，根據術后改良Matta影像學評分標準評價：3D打印組的優良率為94.3%，傳統手術組的優良率為74.3%，3D打印組優于傳統手術組（P<0.05）；按照改良 Merle DAubigné and Postel評分標準評估髖關節功能：3D打印組優良率為88.6%，傳統手術組的優良率為657%，3D打印組優于傳統手術組（P<0.05）。見表2。

3討論髖臼骨折屬于高能量暴力損傷。髖臼位置深，解剖形態復雜，毗鄰重要血管神經，這些因素常導致髖臼骨折診斷分型、手術治療較為困難。普通X線片由于髖臼前后柱、股骨頭影像重疊，可提供的信息有限，臨床上容易出現漏診及誤診[6]。而螺旋CT的應用，大大提高了髖臼骨折診斷的準確性，通過CT室工作站進行三維重建，提供二維圖像供手術醫師參考，有助于手術醫師了解病情并構建手術計劃。但CT室影像學專業醫師三維重建出來的模型對骨折塊沒有復位，術者對骨折線的判斷以及重建鋼板的植入位置、螺釘的選擇，只是憑經驗進行判斷，沒有三維空間的判斷，由此制定出來的手術方案質量的高低，完全依賴于醫生個體的外科臨床經驗與技能，無法將手術全貌與成員組交流。

近20多年來，“數字醫學”概念的提出及在醫療領域的逐步應用，使外科手術發生了重要變革。通過現代計算機技術，外科醫生可以建立解剖的人體結構模型，用于評估治療效果的模型、術式評估的入路模型、手術練習的現場模型等[7]。在數字化技術的指導下，數字化醫學成像系統及計算機系統對患者的影像可以任意變形或再修飾，完成手術前的數字化規劃，使得手術更加精準及個體化。3D打印技術在醫學領域的應用，進一步解決了術前規劃方案精準再現的難題，可實體化地呈現骨折模型，克服了傳統影像學方法難以直觀了解的缺點，并允許對3D骨折塊模型進行模擬手術操作，從而減少術中X線透視次數，節省手術時間，減輕手術創傷，解決了髖臼骨折治療的臨床標準化、精準化、個體化的難題。

當然，3D打印技術應用于髖臼骨折也存在其局限性。如3D模型打印周期較長、費用較高，技術尚未得到廣泛應用；3D打印技術作為一種相對較新的技術手段應用于臨床骨科，其效果還需要大量臨床數據的進一步驗證；另外，3D打印技術的應用無相關的技術規范、人文倫理和政策法規等方面的理論支持，多數應用處于初級、試驗性的臨床階段，涉及的理論和法律法規問題亟待解決。

總體而言，髖臼骨折治療對術者的技術要求高，術前手術方案的規劃和設計對手術快速準確的完成起著決定性作用。3D打印技術可實體化地對髖臼骨折進行分型，并允許對3D骨折塊模型進行模擬復位及預彎鋼板，從而縮短了手術時間，減少手術損傷及術中出血量，進一步改善手術效果，有助于患者早期進行功能鍛煉，提高患者生活質量。參考文獻[1]Tripathy SK，Goyal T，Sen RK.Nonunions and malunions of the pelvis[J].Eur J Trauma Emerg Surg，2015，41（4）：335342.

[2]周東升.髖臼骨折的治療進展及思考[J].中國骨傷，2016，29（4）：293296.

[3]李鑒軼.3D打印技術促進臨床醫學發展[J].中國臨床解剖學雜志，2014，32（3）：241242.

[4]Matta JM，Tornetta P 3rd.Internal fixation of unstable pelvic ring injures[J].Clin ORthop Res，1996（329）：129140.

[5]DAubigné RM，Postel M.Functional results of hip arthroplasty with acrylic prosthesis[J].J Bone Joint Surg（Am），1954，36A（3）：451475.

[6]李濤，陳卓夫，龔輝，等.3D打印技術在復雜髖臼骨折術中的初步臨床應用[J].中國骨與關節損傷雜志，2016，31（4）：387388.

[7]唐雷. 數字醫學技術與精準外科手術[J]. 中國實用婦科與產科雜志，2012，28（1）：79.

（收稿日期：2016-08-08修回日期：2016-10-25）

（編輯：潘明志）