3D打印技術在復雜髖臼骨折治療中的應用

李智浩,張紹安,李 真,賀喜順,遠東濤,王松茂

·臨床論著·

3D打印技術在復雜髖臼骨折治療中的應用

李智浩,張紹安,李 真,賀喜順,遠東濤,王松茂

目的 探討3D打印技術在復雜髖臼骨折治療中的應用價值。方法 回顧性分析46例行手術治療的復雜髖臼骨折患者資料,按是否采用3D打印技術分為3D組(18例)和常規(guī)組(28例)。分別記錄兩組患者的手術時間、術中出血量及輸血量。結果 46例均獲得隨訪,時間12～24個月。手術時間:3D組為(3.5±0.5)h,常規(guī)組為(4.5±0.9)h;術中出血量:3D組為(1 000.5±253.3)ml,常規(guī)組為(1 450.2±231.4)ml;圍手術期輸血量:3D組為(6.9±4.8)U,常規(guī)組為(10.3±2.4)U;3D組3項指標均少于常規(guī)組，差異均有統(tǒng)計學意義(P<0.05)。兩組患者均無醫(yī)源性血管損傷、骨不愈合、內固定失效等并發(fā)癥。結論 3D打印技術應用于復雜髖臼骨折可在術前進行充分計劃,使術中操作更加準確有效,并縮短手術時間。

髖臼骨折; 骨折固定術,內; 3D打印技術

髖臼位置的特殊性以及解剖關系的復雜性大大增加了髖臼骨折治療的難度。用于髖臼骨折內固定的髖臼前柱、后柱鋼板有固定風險,螺釘一旦穿入關節(jié),將造成盆腔內血管或神經損傷,且會引起嚴重的并發(fā)癥。臨床上采用髂腹股溝入路、Stoppa入路等前方入路固定髖臼骨折時,由于無法看到對側的關節(jié)面,螺釘一旦發(fā)生方向偏離或位置錯誤,將會導致螺釘誤入髖關節(jié),造成軟骨溶解或骨關節(jié)炎等嚴重的并發(fā)癥;若術中未被發(fā)現,術后因影響髖關節(jié)的活動而導致災難性后果。髖臼骨折解剖復位與非解剖復位情況下臨床療效按 Postel-d′Aubigné 評分其優(yōu)良率相差30%[1],可見髖臼骨折對于復位的要求很高。近年來,3D打印技術為實現骨折患者的個性化治療提供了依據[2]。通過3D打印技術進行精細的術前設計,可縮短手術時間、減少術中出血量。筆者回顧性分析2014年2月～2015年12月在我院行切開復位內固定術治療的46例復雜髖臼骨折患者資料,比較術前使用3D打印技術和未使用3D打印技術對復雜髖臼骨折術中操作及術后治療效果的影響,報道如下。

1 材料與方法

1.1 病例資料 本組46例,男36例,女10例,年齡27～56歲。骨折按Judet-Letoumel分型:后柱伴后壁骨折6例,橫行伴后壁骨折13例,前方伴后半橫行骨折5例,雙柱骨折22例。10例伴有不同程度的髖臼邊緣或關節(jié)面壓縮骨折。致傷原因:交通傷33例,高處墜落傷8例,重物砸傷5例。合并傷:四肢骨折21例,胸腹部損傷2例,顱腦損傷12例。按術前是否采用3D打印技術分為兩組:① 3D組:采用3D打印技術,18例,男14例,女4例,年齡31～54歲。② 常規(guī)組:未采用3D打印技術,28例,男22例,女6例,年齡27～56歲。兩組患者術前一般資料比較差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05)。傷后至手術時間為6～12 d。

1.2 術前處理 9例伴髖關節(jié)后脫位者入院后立即行髖臼脫位手法復位。患者入院后均給予患肢股骨髁上牽引,重量為6～8 kg;均行骨盆正位、閉孔斜位、髂骨斜位X線及CT平掃和三維重建檢查。待患者病情穩(wěn)定后給予手術治療。備血400～800 ml;術前0.5～2 h應用抗生素預防感染。

1.3 手術設計 常規(guī)組依據影像學檢查結果進行術前設計,根據患者的具體損傷情況選擇不同的手術入路、復位順序、內固定方法等。3D組根據影像學檢查結果對患者骨折部位進行3D打印:患者進行CT三維掃描,導入數據進行三維計算,獲得骨折區(qū)域的三維圖像并打印出模型。在3D打印的髖臼骨折模型上觀察骨折形態(tài),確定手術方案,進行模擬手術(即進行髖臼骨折復位,盡量恢復髖臼解剖形態(tài),確定內固定方式,預置鋼板、預估螺釘方向及角度)。

1.4 手術入路 氣管插管全身麻醉。根據術前設計的手術入路選取體位,患者可平臥位或側臥漂浮體位。后柱伴后壁、橫行伴后壁骨折選用K-L入路,前方伴后半橫行骨折選用髂腹股溝入路,雙柱骨折選用前后聯(lián)合入路。

1.5 術后處理 常規(guī)應用抗生素28 h。36～72 h拔除引流管后立即攝骨盆正位、閉孔斜位、髂骨斜位X線片復查。術后3 d即行股四頭肌等長收縮鍛煉,4～6周行髖關節(jié)屈伸功能鍛煉,6～8周增加髖關節(jié)內收、外展功能鍛煉,8～12周部分負重(<15 kg),術后3個月逐漸下地行走。

2 結果

術中出血量、輸血量、手術時間3D組均少于常規(guī)組,差異均有統(tǒng)計學意義(P<0.05 )。見表1。 患者均獲得隨訪,時間12～24個月。兩組均無醫(yī)源性血管損傷、骨不愈合、內固定失效等并發(fā)癥。

表1 兩組手術指標比較±s)

3D組典型病例見圖1。

3 討論

3.1 傳統(tǒng)方法的局限性 X線、CT檢查為觀察骨折形態(tài)學的傳統(tǒng)方法,雖然便于醫(yī)師仔細觀察骨折情況并分類,但難以真正做到全面、細致地了解骨折形態(tài),對于復雜的髖臼骨折更是如此。盡管CT三維重建可以清晰地觀察骨折的形態(tài)學改變,但依舊是二維平面的圖片,醫(yī)生對骨折情況缺少三維立體感觀,難以在術前做詳盡的手術計劃。髖臼骨折的不確定性決定了骨折內固定需要個性化的特點,傳統(tǒng)手術無法做到精確的術前設計,更多依賴術者的經驗,因此無法做到設計思路及過程準確、共享。

圖1 患者,男,53歲,高處墜落致全身多發(fā)傷,失血性休克,右側髖臼粉碎性骨折 A、B.術前CT,顯示髖臼形態(tài)喪失;C～E.術前制作3D打印骨折模型,觀察骨折形態(tài)及模擬手術,顯示骨折Judet-Letoumel分型為雙柱骨折,骨折粉碎性;F～H.根據3D打印模型及模擬手術方案行前、后路聯(lián)合入路,術后X線片顯示骨折復位良好,內固定物位置佳

3.2 3D打印技術的優(yōu)勢 3D打印技術是一種基于三維數字模型,使用粉末狀或者液體的金屬等可以粘合的材料,通過逐層打印的方式來構造患者的受傷部位,形成實體模型。本組通過3D打印實體模型可立體顯示骨折塊的大小、走形方向、移位程度,可以明確髖臼邊緣或關節(jié)面壓縮情況,通過觀察壓縮的面積及程度可擬定術中使用骨刀型號及需要撬撥的深度。我們在臨床中發(fā)現,撬撥過深容易造成新的骨折,撬撥過淺又不能完整復位。本研究中有10例伴有不同程度的髖臼邊緣或關節(jié)面壓縮骨折通過術前CT平掃及三維重建檢查確診2例,通過3D打印模型確診7例。術前根據3D打印模型,反復操作進行置釘及預彎、修剪鋼板,精確模擬螺釘、鋼板的長度及角度置入,選取最優(yōu)術前設計方案,術中可減少甚至避免內固定的調整,既縮短了手術時間,又提高了內固定效果,同時還可減少術中透視次數。李健宏 等[3]通過3D打印技術反復模擬手術過程,減少了手術失誤,實現了個體化精確的手術設計,避免了以往一次定型的手術弊端。此外,在臨床中我們還發(fā)現,結合個性化3D打印模型可以更直觀、清晰地向患者闡述損傷情況、手術細節(jié)及可能出現的并發(fā)癥,使患者更好地了解手術方案及風險,有利于醫(yī)患溝通。3D打印技術作為骨科一種輔助手段,有利于各種髖臼骨折的診斷及治療,尤其對于復雜、伴有關節(jié)面壓縮的髖臼后壁骨折。

3.3 本研究的不足之處 ① 為回顧性資料分析;② 由于我科數字骨科實驗室建立不久,3D打印技術尚未得到廣泛應用,存在設備、材料貴,打印耗時長,精度低等問題;③ 研究的樣本量偏少,部分患者隨訪時間偏短,對骨折復位質量、遠期并發(fā)癥等的分析可能存在偏倚。

[1] 游景揚,王 鋼,鄭 勇,等. 復雜髖臼骨折手術療效的影響因素分析[J]. 中國骨與關節(jié)損傷雜志,2012,27(10):873-875.

[2] Guy P,AI-Otaibi M,Harvey E J,et al．The“safe zone” for extra-articular screw placement during intra-pelvic acetabular surgery[J]．Orthop Trauma,2010,24(5):279-283．

[3] 李健宏,鐘 磊,吳丹凱,等.3D打印應用于兒童髖內翻矯形術后接骨板折斷[J].臨床骨科雜志,2016,19(6):708.

(接收日期:2017-04-23)

The application of 3D printing technique in the treatment of complex acetabulum fractures

LIZhi-hao,ZHANGShao-an,LIZhen,HEXi-shun,YUANDong-tao,WANGSong-mao

(SectionⅢ,DeptofOrthopaedics,theSecondAffiliatedHospitalofLuoheMedicalCollege,Luohe,Henan462300,China)

Objective To investigate the application value of 3D printing technique in the treatment of complex acetabulum fractures. Methods The 46 patients with complex acetabulum fractures after surgical treatment were analyzed in a retrospective way. The patients were divided into two groups: those cases who

3D printing technique (3D group,18 cases) and those cases who received conventional surgery (conventional group,28 cases).The operation time, bleeding volume during operation and the blood input volume during perioperative period were separately recorded. Results All 46 patients were followed up for 12～24 months.The operation time: the 3D group was (3.5±0.5) h, and conventional group (4.5±0.9) h; the intraoperative bleeding volume was respectively (1 000.5±253.3) ml and (1 450.2±231.4) ml in the 3D group and conventional group; the perioperative blood input volume of 3D group was (6.9±4.8) U and the conventional group was(10.3±2.4) U. These 3 indexes were less than conventional group, and the difference had statistical significance (P<0.05). No patient in both groups had complications like non-iatrogenic vascular damage, nonunion or failed internal fixation. Conclusions The application of 3D printing technique can guarantee a good preoperative preparation, a more accurate and effective operation, and shorten operation time.

acetabulum fractures;fracture fixation,internal;3D printing technique

10.3969/j.issn.1008-0287.2017.03.026

漯河醫(yī)學高等專科學校第二附屬醫(yī)院骨三科,河南 漯河 462300

李智浩,男,主治醫(yī)師,主要從事創(chuàng)傷骨科研究,E-mail:416602003@qq.com

R 683.3；R 687.32

A

1008-0287(2017)03-0335-03