3D打印技術在骶骨骨折治療中的臨床應用

郇科 蘇菲 王飛

[摘要] 目的 探討3D打印技術在骶骨骨折治療中的作用。 方法 選擇2010年1月～2015年1月陜西省第四人民醫院骨科收治的骶骨骨折合并骶神經受損患者19例。Denis分類：Ⅱ型7例，Ⅲ型12例，均合并不同程度的骶神經受損。根據術前CT掃描三維重建，充分了解骨折移位程度及骶神經走行區受壓情況，根據三維重建立體結構及術者經驗，進行軟件預置螺釘，測量內固定的相關指標（直徑、長度、角度），進行預手術，觀察可能產生的效果，是否需要術者行擴大減壓。按照計劃進行手術治療，術后定期拍X線平片、CT掃描三維重建，了解椎弓根螺釘及髂骨釘有無松動、骨折愈合情況；進行Gibbons評分及Mjeed療效標準評分，評價術后神經功能和臨床療效，進而評價該技術的可行性和有效性。 結果 所有患者均行3D打印模型輔助下的手術規劃、骨折復位、植骨融合內固手術治療，手術順利，無切口感染、壓瘡等并發癥出現。均獲得1年以上隨訪。術后X線片或CT顯示骶骨骨折均固定穩定，愈合良好。術后所有患者神經功能較術前均有不同程度改善，Gibbons評分由術前（5.21±0.49）分恢復至術后（2.18±0.51）分，差異有統計學意義（P < 0.05）。Mjeed療效達到優良率84.2%。 結論 術前3D打印技術可充分了解骶骨骨折的損傷程度、骶神經走行區受壓情況，進而指導減壓范圍及置釘節段，術前更加精確的設計手術方案有助于減少手術時間，提高骨折復位及神經減壓的準確性，有利于骶神經的恢復，降低內固定失敗的發生率，對臨床治療具有一定的指導意義。

[關鍵詞] 3D打印；骶骨骨折；復位；內固定；骶神經；手術規劃

[中圖分類號] R683.3 [文獻標識碼] A [文章編號] 1673-7210（2018）08（c）-0067-05

[Abstract] Objective To disscuss the effect of 3D printing technique in treating sacral fracture. Methods From January 2010 to January 2015， in Department of Orthopaedics， Shaanxi Fourth People′s Hospital， 19 patients with sacral fracture accompanied with sacral nerve injury were selected. According to the Denis classification， 7 cases were type Ⅱ and 12 cases were type Ⅲ. All patients had varying degrees of sacral nerve damage symptoms. According to the three-dimensional reconstruction of CT scan before operation， the degree of fracture displacement and the compression of the sacral nerve were fully understood. According to the three-dimensional reconstruction of the three-dimensional structure and the experience of the operator， the software preposition screw was carried out to measure the relevant indexes （diameter， length and angle） of internal fixation， and to observe the possible effect and whether it was needed， that surgeon expanded the decompression. According to the plan， the surgical treatment was performed. After the operation， the X-ray plain film and CT scan were regularly taken. The pedicle screw and the iliac bone nail had no loosening and the fracture healing. The Gibbons score and the Mjeed curative effect standard score were carried out to evaluate the postoperative nerve function and clinical efficacy， and then the feasibility and effectiveness of the technique were evaluated. Results All patients were treated with the aid of 3D printing model， fracture reduction， bone graft fusion and internal fixation， the operation went well， and there were no incision infection， pressure sore and other complications. And all of them were followed up for more than 1 year. Postoperative X-ray or CT showed that sacral fractures were stable and well healed. The neurological function of all the patients after operation was improved in different degrees. The Gibbons score was recovered from （5.21±0.49） points before operation to （2.18±0.51） points after operation， the difference was statistically significant （P < 0.05）. The effective rate of Mjeed was 84.2%. Conclusion Preoperative 3D printing technology is helpful not only on fully understanding the degree of sacral fracture damage， sacral nerve compression area， but also on supervising decompression range and placement of nail segments. These technologies can help surgeons make accurate preoperative design of surgical procedures plan， decrease operation time， improve fracture reduction and nerve decompression accuracy， which will help the recovery of sacral plexus， reduce the incidence of failure of internal fixation. In a word， these technologies have a certain guiding significance for clinical treatment.

[Key words] 3D-priting； Sacral fracture； Reduction； Internal fixation； Sacral nerves； Surgical procedure

骶髂關節是軀干與下肢負荷傳遞的樞紐，占整個骨盆功能的60%[1-2]。近年來，骶骨骨折的患者逐漸增多，常合并骨盆骨折，常常容易忽視[3-4]。骶骨骨折常常為高能量損傷，損傷嚴重往往合并神經損傷的發生，據統計，在不穩定性骶骨骨折中25%～50%的患者同時伴隨神經損傷[5]，具有較高的致殘率，主要原因為骨片壓迫或者牽拉神經所致。因此，早期的手術復位、減壓及內固定是治療骶骨骨折的重要方法[6]。近年來，數字骨科的飛速發展，尤其是3D打印技術的成功應用，給我們規劃更合理的手術方案及給此類損傷的治療帶來了新的機遇。因此如何采用新的數字化輔助手段在術前充分了解損傷情況的同時，又能有效地指導外科手術治療，降低手術并發癥，一直是此類問題臨床研究的熱點。本研究對陜西省第四人民醫院（以下簡稱“我院”）骨科收治的19例骶骨骨折合并神經損傷的患者，采用3D打印技術輔助下的后路減壓、骨折復位、髂腰內固定手術，進行至少1年以上的隨訪，取得良好的臨床療效，現報道如下：

1 資料與方法

1.1 一般資料

選擇2010年1月～2015年1月我院收治的骶骨骨折患者19例，男12例，女7例；年齡24～46歲，平均（35.3±8.1）歲；均為新鮮骨折；受傷原因：10例高處墜落傷，8例車禍傷，1例砸壓傷；骶骨骨折按骨折形態分型：U形7例，H形4例，T形3例，橫形骨折3例，垂直形2例；Denis分類：Ⅱ型7例，Ⅲ型12例；合并休克6例，膀胱破裂2例，胸外傷5例，腦外傷6例，多發骨折4例，無直腸損傷病例；所有患者均存在不同程度的會陰部及肛門或者下肢皮膚感覺減退或消失，其中15例存在下肢肌力不同程度降低，11例存在膀胱括約肌、肛門括約肌或性功能障礙；受傷至手術時間為3～13 d，平均（9.31±1.63）d。本研究經醫院醫學倫理委員會批準，所有患者和/或家屬均知情同意并簽署知情同意書。

1.2 相關檢查

入院后行骶骨X線、CT及CT三維重建以明確骨折類型及粉碎程度，結合MRI及3D打印模型能夠清晰顯示神經損傷及其周圍損傷出血，能及早發現硬膜囊受壓和椎管內占位。肌電圖檢查可明確神經有無損傷。

1.3 治療方法

采用西門子Picker 6000螺旋CT掃描機，層厚1 mm，螺距1.0，掃描骨折區域，將Dicom數據導入Mimics 16.0軟件，分割閾值后，進行三維重建。經過進一步修整，并行平滑處理后得到骶骨、骨盆及周圍結構的三維模型。觀察骶骨及骨盆骨折情況，包括骨折塊的大小及移位方向，觀察骶孔的卡壓情況，并測量腰椎椎弓根直徑、髂骨置釘部位數據及進釘角度，選擇相應長度及直徑的椎弓根螺釘及髂骨釘。根據規劃的手術方案模擬骨折復位和脊柱穩定性重建過程。將準備好的數據導入3D打印機（北京殷華公司MEM-300-E 熔融擠壓3D打印機）。以丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（ABS）為材料在3D打印機上完成模型制造過程。系統參數設置：加工層厚0.1 mm，加工速度500 mm/s，溫度（40±2）℃，整個成型過程為7～21 h，平均10 h。重建模型經戊二醛熏蒸消毒4 h后直接在手術臺上使用，直觀指導手術操作[5]。

手術過程：手術在氣管插管全身麻醉下進行，患者取俯臥位。①腰骶部后正中切口，逐層顯露L4、L5關節突及整個骶骨椎板、髂后上棘。②根據術前設計方案和3D打印模型植入椎弓根螺釘，于雙側髂后上棘水平方向置入髂骨螺釘，透視確定螺釘位置良好。③根據術前設計方案及3D打印模型，如需減壓的患者進行椎板切除，探查骶神經；如不需要減壓者，僅行內固定復位骨折，達到理想復位即可。④小心保護骶叢神經后進行骨折復位，再次仔細探查各神經根有無挫傷和機械性壓迫因素。⑤根據術前設計的穩定性重建方案，預彎后安裝連接棒。⑥術畢，反復沖洗、嚴密止血；減壓產生的自體骨和人工骨行腰椎至骶骨椎板處植骨；傷口置負壓引流管，關閉手術切口。

1.4 術后處理及隨訪

術后48～72 h引流管引流量<5 mL/h后拔除引流管，常規預防感染48 h，補液、支持對癥治療；術后即刻開始床上行雙下肢被動功能鍛煉和氣壓輔助治療，預防肌肉萎縮、下肢深靜脈血栓、壓瘡等形成。復查X線片及CT三維重建，確定骨折復位滿意及內固定位置良好。術后1、3、6、12、24個月定期復查，拍X線平片，必要時CT掃描三維重建，了解椎弓根螺釘及髂骨釘有無松動，骨折愈合情況；進行相關功能評分，評價臨床療效和神經功能情況。

1.5 觀察指標

臨床觀察指標包括手術時間、術中出血量、術后48～72 h引流量、術后并發癥（如切口感染、壓瘡等）、骨折愈合時間。依據Gibbons標準[6]進行神經功能改善程度評分：1分，神經功能完全恢復；2分，單純下肢感覺減退；3分，下肢活動存在障礙，但括約肌功能完好；4分，存在膀胱、直腸功能障礙。采用Majeed療效標準[7]：按照疼痛、工作、坐、性交、站立等5個標準進行評估，評分0～100分，優≥85分，良70～84分，可55～69分，差<55分。

1.6 統計學方法

采用統計軟件SPSS 19.0對數據進行分析，正態分布的計量資料以均數±標準差（x±s）表示，兩組間比較采用t檢驗。以P < 0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 患者治療一般情況

所有患者均獲得1年以上隨訪，平均隨訪時間為（2.65±0.51）年。所有患者均在受傷后2周內行外科手術治療，受傷至手術時間平均為（9.31±1.63）d。所有患者均一期行3D打印模型輔助下的后路減壓、骨折復位、植骨融合內固手術治療，手術順利，無切口感染、壓瘡等并發癥出現。平均手術時間為（178.6±25.8）min，平均術中出血量為（510.0±54.5）mL，平均術后引流量為（185.0±37.1）mL。

2.2 影像學復查骨折愈合、神經功能及療效評估

術后X線片或CT顯示骶骨骨折均獲得愈合和穩定固定，骨折愈合的平均時間為（14.1±1.6）周。所有患者神經功能較術前均有不同程度改善，Gibbons評分由術前（5.21±0.49）分恢復至術后末次隨訪（2.18±0.51）分，差異有統計學意義（P < 0.05）；Mjeed療效：優14例，良2例，中2例，差1例，優良率為84.2%。

2.3 典型病例

患者，女，35歲，“車禍傷后全身多處疼痛伴下肢活動障礙2 d”于2014年9月18日我院骨科急診收治。平車推入，強迫側臥位，腰椎明顯的后凸畸形，腰骶部壓痛明顯；會陰部及雙膝關節下感覺明顯減退，足底感覺喪失。雙側髂腰肌、腘繩肌、股四頭肌3級，雙側脛前肌、伸拇肌、屈趾肌力、脛后肌、腓骨長短肌、小腿三頭肌0級。雙側膝腱反射及跟腱反射消失。X線片及CT提示骶骨骨折，L5/S1脫位。行后路L4～S1椎板切除減壓、骨折復位、L4～S2椎弓根螺釘內固定術。術后1年半復查，患者腰骶部疼痛及雙下肢麻木癥狀消失，會陰部感覺基本正常，雙下肢肌力基本恢復至正常，肛門括約肌力量基本正常，大小便控制良好，Gibbons評分由術前6分恢復至術后2分，Mjeed療效為優。術后1年半復查骶骨正側位X線片示骨折復位情況良好，內固定牢固，無螺釘松動、穿入骶孔及骶管等情況（圖1）。

3 討論

近年來，隨著高能量損傷導致骶骨骨折的患者逐漸增多，常合并骶神經損傷，單純根據X線片進行診斷，往往會造成漏診，而骶骨CT、三維重建以及高場強MRI[8]的使用可提高診斷準確性。近年來3D打印技術已廣泛應用于臨床，其中以骨科的應用最為廣泛。對于骶骨骨折合并骶叢神經損傷而言，單純通過X線、CT、MRI等二維圖像，很難全面了解骨折情況。本研究采用3D打印技術，術前通過Mimics軟件將二維CT數據進行三維重建，并打印模型，可顯著改善準確度和視覺效果[9-10]。可以通過三維重建圖像以原始比例真實重現骨及周圍區域結構，從任何角度、任意方向和任意平面觀察骨折的大小、移位、角度以及骶叢神經走行區受損情況，從而可以更加詳細地設計手術方案。術前可以明確術中使用內固定的大小、長度、置釘角度、預彎程度，術中骨折的復位方法等，最大限度地實現骨折的功能復位甚至解剖復位，以及骶叢神經的充分減壓。本組19例患者術中所見與術前三維重建和模型顯示結果一致，參照模型及術前設計的手術方案，可使骨折情況簡單明了化，縮短了手術時間及出血量，手術效果滿意。

目前骶骨骨折常用的分型方法有Denis分型[11]和Tile分型[12]。對于骶骨骨折的診斷及治療存在一定的爭議，手術指征、手術時機和手術方式沒有統一標準。對于骶骨骨折治療的關鍵是通過骨折的復位、固定，重建骨盆穩定性，進而改善神經功能。骶骨骨折合并神經損傷的手術時機及處理方式，目前尚存在爭議，但大多數學者還是趨于早期行神經探查及減壓[13]。吳新寶等[14]認為骶骨骨折如不影響骨盆環的穩定性，無神經損傷癥狀，不引起患者無法忍受的疼痛，可以行保守治療。不穩定骶骨骨折的早期急救可采取外固定支架固定治療，如C形鉗[15]。在治療不穩定型骶骨骨折及合并腰骶結合部損傷中，可以有效恢復腰骶復合體的解剖關系，重建腰骶段穩定性[16]。針對骨盆后環不穩定合并腰骶結合部損傷的患者，腰椎-骨盆固定是穩定脊柱骨盆的有效方式[17]。李輝等[18]認為三角固定系統中腰椎-骨盆固定可以提供縱向穩定，聯合骶髂螺釘或跨骶骨接骨板橫向固定將縱向受力從下位腰椎轉移到髂骨，可以獲得非常好的固定強度。結合骶髂螺釘固定或骶骨接骨板，就是上面提到的三角固定，使穩定腰椎骨盆的同時固定了骶椎，有利于神經損傷的恢復[19]。有學者認為[20]，對有移位、不穩定性骶骨骨折的治療除行骶孔擴大、骶椎板切除減壓外，更強調后外側植骨融合，只有滿意的植骨融合才不會造成內固定物松動或斷裂而失敗。Berber等[21]研究發現，髂腰釘棒系統固定的生物力學強度高于其他術式。本組19例骶骨骨折患者均采用了髂腰釘棒系統固定術，取得了良好的穩定骨盆的效果，所有病例均未出現內固定松動、螺釘拔出等情況。

關于骶叢神經損傷在術中是否減壓問題，一直存在爭議。有研究[22]主張先保守治療，待數周后神經癥狀未見明顯緩解時，再考慮手術減壓。Zelle等[23]認為早期手術減壓將促進神經損傷恢復，可解壓迫，防止神經根的長期牽拉。本研究通過術前影像學資料，借助3D打印模型，判斷骨折移位情況及骶神經走行區域受壓嚴重程度，均采取了一期骶骨骨折減壓、復位、內固定手術，術后患者神經功能恢復良好。19例患者Gibbons評分由術前（5.21±0.49）分恢復至術后（2.18±0.51）分；Mjeed療效優良率為84.2%。

綜上所述，利用術前三維重建和3D打印骶骨骨折模型有助于：充分了解骶骨骨折的損傷情況，有無骶孔、骶管骨折等；根據臨床癥狀和體征[24]，預判骶叢神經受壓部位、嚴重程度以及可能出現的各種情況，設計好減壓范圍，做好充分的術前準備；術前設計手術方案，選擇內固定種類，確定椎弓根螺釘及髂骨釘的直徑、長度、置釘角度，連接棒的預彎程度，骨折的復位方法等，增加螺釘置入的準確性與骨盆結構的穩定性，可有效避免術中螺釘穿入骨盆、骶孔或骶管等情況發生；可以將術前模擬、3D打印模型、外科手術三者緊密結合、互相驗證、相輔相成，更好地指導臨床實際工作。

[參考文獻]

[1] 劉建軍.骨盆環重建內固定治療不穩定骨盆骨折[J].中國矯形外科雜志，2006，14（5）：399-400.

[2] 王秋根.鎖定加壓鋼板在骨盆后環損傷中的臨床應用[J].中華創傷骨科雜志，2006，8（1）：34-37.

[3] Canale ST. Campbell′s operative orthopaedics [M]. 11st Ed. St. Louis Missouri：C.V. Mosby Company，2009：1449.

[4] 班開洪，王慶華，黃敬，等.腰5骶1骨折伴滑脫合并神經損傷手術治療1例[J].西部醫學，2008，20（4）：810.

[5] Diesinger Y，Charles YP，Bouaka D，et al. Preoperative phlebography in anterior L4-L5 disc approach. Clinical experience about 63 cases [J]. Orthop Traumatol Surg Res，2012， 98 （8）：887-893.

[6] 黃南翔，林宏，李偉.骶管減壓髂腰固定治療復雜DenisⅢ型骶骨骨折[J].西部醫學，2017，29（1）：110-112，116.

[7] 樊勇，吳子祥，張揚，等.術前數字化設計及3D快速成型技術輔助治療完全脫位型胸腰椎骨折[J].中華創傷雜志，2016，32（1）：35-40.

[8] 張卓，劉濤，李永軍，等.高場強MRI診斷急性骶髂關節損傷的價值[J].中華實用診斷與治療雜志，2012，26（1）：62-63.

[9] Nakajima A，Kawakami N，Imagama S，et al. Three-dimensionalanalysis of formation failure in congenital scoliosis [J]. Spine，2007，32（5）：562-567.

[10] Lehman RA，Lenke LG，Keeler KA，et al. Computed tomography evaluation of pedicle screws placed in the pediatric deformed spine over an 8-year period [J]. Spine，2007，32（24）：2679-2684.

[11] Denis F，Davis S. Comfort Sacral fractures：an important problem. Retrospective analysis of 236 cases [J]. Clin Orthop Relat Res，1988，227（1）：67.

[12] Tile M. Pelvicring fractures：should they be fixed？ [J]. J Bone Joint Surg，1988，70（1）：1-12.

[13] Lindahl J，Makinen TJ，Koskinen SK，et al. Factors associated with outcome of spinopelvic dissociation treated with lumbopelvic flxation [J]. Injury，2014，45（12）：1914-1920.

[14] 吳新寶，孫旭.骶骨骨折的治療[J].中國醫刊，2016，51（10）：2-8.

[15] 許海峰，王建東，王謙，等.不穩定骨盆后環骨折內固定治療現狀[J].國際骨科學雜志，2015，36（4）：281-284.

[16] 孫建軍，許楠健，陳啟旺，等.骶管減壓腰髂固定后外側植骨融合治療不穩定骶骨骨折伴神經損傷療效分析[J].現代實用醫學，2015，27（4）：529-531.

[17] 劉兆杰，賈健，胡永成，等.不穩定型骶骨骨折合并腰骶結合損傷的臨床診治[J].中華骨科雜志，2016，36（9）：513-520.

[18] 李輝，易成臘，白祥軍，等.微創腰椎骨盆三角固定技術在不穩定型骶骨骨折治療中的應用[J].創傷外科雜志，2015，17（6）：518-521.

[19] 柳超，田紀偉.創傷性脊柱-骨盆骨折脫位的診療進展[J].中華醫學雜志，2015，95（21）：1707-1709.

[20] He S，Zhang H，Zhao Q，et al. Posterior approach in treating sacral fracture combined with lumbopelvie dissociation [J]. Orthopedics，2014，37（11）：1027-1032.

[21] Berber O，Amis AA，Day AC. Biomechanical testing of a concept of posterior pelvic reconstruction in rotationally and vertically unstable fractures [J]. J Bone Joint Surg，2011，93（2）：237-244.

[22] Sabiston CP，Wing PC. Sacral fractures：classification and neurologic implications [J]. J Trauma，1986，26（12）：1113-1115.

[23] Zelle BA，Grnen GS，Hunt T，et al. Sacral fractures with neurological injury is early decompression beneficial [J]. Int Orthop，2004，28（4）：244-251.

[24] 王洪超，孫建.3D建模聯合血管重建打印在骨盆髖臼骨折中應用[J].中國醫藥科學，2017，7（18）：226-228.

（收稿日期：2018-04-23 本文編輯：蘇 暢）