3D打印點式接觸導板輔助骶髂螺釘經(jīng)皮微創(chuàng)置入一例

張仕劍 祝茂松 夏進先 方強 周禮兵 鄧楊

骨盆骨折一般為高能量損傷，占全身骨折1%～3%[1]，涉及骨盆后環(huán)的不穩(wěn)定型骨折，骶髂螺釘固定具有較好的生物力學強度[2]，是目前治療骨盆骨折后環(huán)損傷、降低致殘率的首選方案之一[3-5]。然而，臨床骶髂螺釘置入過程中神經(jīng)血管損傷病例時有發(fā)生。計算機導航系統(tǒng)等技術手段雖然可以輔助精準置入骶髂螺釘，然而投入成本過高，基層醫(yī)院難以普及[6]。為了探索適宜于基層醫(yī)院的骶髂螺釘置入輔助技術，我科采用3D打印導板技術輔助骶髂關節(jié)骨折/脫位骶髂螺釘經(jīng)皮微創(chuàng)置入治療骶髂關節(jié)骨折，取得了較好效果，現(xiàn)報告如下。

男性病人，55歲，因“高處墜落傷后雙髖臀部疼痛伴活動受限半小時”入院，既往體健。查體：生命體征穩(wěn)定，神志清楚，精神可，頭、胸(-)，雙側骶尾部及恥骨聯(lián)合處淤青，骨盆擠壓分離試驗(+)。

入院后完善X線、CT+3D等輔助檢查，予以骨盆兜外固定及穩(wěn)定血流動力學等對癥支持治療。該病人骨盆損傷的情況為左側恥骨上下支骨折、左側骶骨骨折(Denis Ⅱ區(qū)骨折)伴骶髂關節(jié)脫位、右側骶骨骨折(Denis I區(qū)骨折)(圖1)。

A 病人術前CT平掃 B 病人術前三維CT重建圖像

同時，將CT數(shù)據(jù)導入mimics軟件重建骨盆三維圖像，于3-matic軟件中設計骶髂螺釘置釘導板，交付我院3D數(shù)字醫(yī)療工作室3D打印機打印成型骨盆模型及導板實物，在模型上進行模擬預手術操作，驗證與軟件中設計一致，將導板低溫等離子消毒備用(圖2)。

圖2 3D打印骨盆病損模型及置釘導板術前模擬

于入院后第7天，在全身麻醉下行經(jīng)皮微創(chuàng)左側骶髂螺釘置入術，手術時間約38分鐘，出血量約為40 ml，置入過程中使用C臂X光機透視5次，手術切口一期愈合。術后X線片及CT復查顯示經(jīng)皮微創(chuàng)置釘導板輔助下置入骶髂螺釘?shù)倪M釘點、進釘方向都與術前設計方案一致，骶髂螺釘在骶髂關節(jié)內位置良好，未見螺釘穿出骶骨前側皮質。術后3個月隨訪，骨盆骨折臨床愈合，按Majeed功能評分系統(tǒng)評價骨盆骨折術后功能情況為優(yōu)，骶髂螺釘無松動、斷裂、穿出，骨折愈合良好(圖3)。

圖3 術中操作圖及術后影像學資料

討論

骨盆后環(huán)的不穩(wěn)定骨折一般涉及骶髂關節(jié)的骨折及脫位，常用的手術方式有前方入路的骶髂關節(jié)切開復位內固定、后方入路的閉合復位內固定、經(jīng)皮骶髂螺釘內固定等技術。前后入路的復位內固定術創(chuàng)傷大、并發(fā)癥多、感染等手術風險較大[7]。骶髂螺釘固定因其創(chuàng)傷小，生物力學強度高等優(yōu)勢，逐漸成為治療骶髂關節(jié)脫位及骨折的主要手段[8]。然而,由于骶骨的解剖結構較特殊，骶髂螺釘?shù)闹萌胍话汶y達到精準的理想位置。螺釘置入?yún)^(qū)域狹小，骶髂螺釘置入的通道前方毗鄰骶神經(jīng)及盆腔內臟等重要結構，如果螺釘穿出可導致毗鄰重要神經(jīng)、血管及內臟的損傷，從而造成嚴重的并發(fā)癥。因此在骶髂螺釘置入過程往往需要反復透視以確定螺釘?shù)倪M釘點及釘?shù)婪较?，以免螺釘置入位置偏移，導致嚴重并發(fā)癥。傳統(tǒng)的經(jīng)皮骶髂螺釘內固定手術存在手術時間較長、反復透視導致病人及手術人員的放射線暴露，置釘失誤率較高等缺點，在基層醫(yī)院開展較困難[9-10]。

因此，我們探尋借助3D打印及其導板技術如何減少該類手術的創(chuàng)傷，實現(xiàn)經(jīng)皮微創(chuàng)置釘，縮短此類手術學習曲線[11-12]。

研究骶髂螺釘經(jīng)皮微創(chuàng)置釘導板的意義在于：(1)減少手術創(chuàng)傷，實現(xiàn)經(jīng)皮微創(chuàng)，為同時合并骨盆其他部位骨折的復雜手術減少整體創(chuàng)傷及節(jié)約整體手術時間。(2)借助導板指向的安全區(qū)域置釘，再結合術中必要的透視，基本杜絕因置釘誤差所致的骶前動靜脈叢及骶叢神經(jīng)損傷，提高準確性的同時也減少了術中因X光機透視所致放射線暴露。(3)縮短年輕醫(yī)師對此類手術的學習曲線，借助導板技術積累經(jīng)驗。

我們研究了如下內容：(1)導板以哪些骨盆骨性標志作為定位點以達到穩(wěn)定性。(2)如何避免或減少因體位的變化導致定位誤差。(3)術中如果出現(xiàn)導向偏差如何糾正。(4)導板穩(wěn)定性與有效性的平衡，如何借助有限的定位點達到導板的穩(wěn)定，不因術者的主觀因素導致置釘位置偏差。(5)導板能否應用現(xiàn)有消毒滅菌技術處理而不發(fā)生形變。(6)導板的簡易化。(7)不作手術切口的經(jīng)皮微創(chuàng)置釘導板的可能性。

術前常規(guī)行患處CT平掃+三維重建，將平掃數(shù)據(jù)導入mimics軟件，分別從冠狀位、水平位、矢狀位觀察骨折形態(tài)，以此作為分型依據(jù)；再生成三維圖像，用于術前討論、模擬內置物置入及醫(yī)患溝通。再將數(shù)據(jù)導入軟件生成3D打印文件并交付我院數(shù)字醫(yī)療工作室3D打印機打印骨骼病損模型，同時在軟件中完成骨折模擬復位及導板設計，將導板打印文件交付3D打印機打印成形以備術中使用。導板打印材料為PLA型材，可用低溫等離子消毒滅菌，整個過程成本投入及技術硬件要求適宜于在基層醫(yī)院開展。

本導板設計思路為帶3～5個固定位點的腰圍式導板及其置釘導孔，在軟件中模擬標準及安全的骶髂螺釘置入，沿螺釘軸線延伸至皮膚外，生成導孔，對側同樣設計，選取第5腰椎棘突、雙側髂后上棘3個定位點，必要時添加雙側髂后下棘或雙側髂前上棘為輔助定位點，延伸為定位導孔，設計腰圍狀翼面為連接各導孔的導板主體。實際應用中發(fā)現(xiàn)，無論是因為體位的變化，還是定位點的微小偏差，都能將導針置入安全區(qū)域內，即便出現(xiàn)較大偏差，我們以偏差的導針作參考，也能調整導針進入安全區(qū)域。

該置釘導板的優(yōu)點有：(1)精確和標準的骶髂螺釘置釘輔助，無需完全依賴術者經(jīng)驗及反復X光透視。(2)個性化設計，依據(jù)病人不同的骨盆形態(tài)設計。(3)簡易的制作工藝，從設計到打印成形一般不超過24小時。(4)實現(xiàn)經(jīng)皮微創(chuàng)骶髂螺釘置入，既避免了徒手經(jīng)皮微創(chuàng)置釘?shù)娘L險及術中反復X光透視的射線暴露，也彌補了傳統(tǒng)骶髂螺釘導板創(chuàng)傷較大的不足。

本研究骶髂螺釘置釘釘?shù)赖脑O計是基于數(shù)字骨科相關軟件的三維測量，可從多個維度進行觀察及測量，測量工具精度較高，確定的最佳骶髂螺釘通道范圍較精確，可重復性較高。

該導板在設計及應用中也可能存在一些偏差，主要原因有CT掃描層厚、軟件中骨盆模型與真實病損骨骼的細微差距、導板固定位點與骨性標志的契合程度、術中導板穩(wěn)定性等。

因此，我們建議：(1)盡可能俯臥位CT掃描，CT掃描的層厚一般為1 mm以下，可以降低誤差；(2)導板定位位點的骨性標志應多點、立體選擇，可以增加導板的穩(wěn)定性，導板的置釘導向通道內徑可設計與導針直徑匹配，通道長度可以適當加長，以增加導針導向的準確性。(3)導板設計過程中，臨床醫(yī)生應與工程師反復溝通，以確保互相理解設計方案[13]。

本方法目前的局限性：適用于骶髂關節(jié)骨折及脫位移位不明顯的病人。本例病人因為骨盆后環(huán)骨折移位不明顯，所以術中未進行復位操作。設計時，我們嘗試以健側鏡像為依據(jù)確定置釘通道，但骨盆兩側的骨性解剖標志不一定完全對稱，所以存在誤差，因此我們嘗試確定多個導板定位點。

此類手術術前常規(guī)獲取的影像資料為X線片及二維CT圖像，雖然影像科提供的三維重建圖像對于骨折情況的了解有一定幫助，但僅靠幾個方位的截圖仍然不足以提供十分有效的幫助。利用3D打印技術，術前可打印出骨折部位的病損模型，提供了一個看得見摸得著的實物，對于手術醫(yī)生詳細了解骨折病損情況、骨折分型、術前的病情討論、手術方案設計以及醫(yī)患溝通等方面都提供了有效的幫助。

綜上所述，對于無移位或移位較小的骶髂關節(jié)骨折及脫位需要進行骶髂螺釘固定的病人，應用3D打印及其導板技術能夠一定程度的簡化手術操作，縮短手術時間，降低相關手術風險，也能縮短年輕醫(yī)生對該類手術的學習曲線。鑒于目前研究病例較少及導板相關缺陷，該導板技術還有待于積累更多病例及長期隨訪來進一步驗證[14]。