3D打印技術輔助置釘治療骶髂關節結核

張晨威,費 駿,曹天一,胡金平

結核病是臨床上較常見的傳染性疾病，骨骼和關節結核約占肺外結核的10%～15%，骶髂關節結核約占骨骼結核的10%[1-2]。骶髂關節結核目前多采用能維持骨盆后環生物力學特性及骨盆后環強度效果較佳的骶髂螺釘固定方式治療[3]。因骶髂關節特殊的解剖結構，故置釘時存在神經及血管損傷風險[4]。傳統影像學檢查并不能在術前制定出精準化、個體化的手術及置釘方案，并且由于透視角度和次數的限制，術中透視難以直觀下觀察到骨質破壞與需清除的病灶范圍。對于骶髂關節結核患者，在全身支持治療、局部制動、足程和足量應用抗結核藥物的同時，采用3D打印技術輔助置釘可優化術前手術方案規劃，提供個體化及精準化的治療方案[5]。2014年2月～2018年2月，我科采用3D打印技術制作30例骶髂關節結核患者的術前等比例骨盆模型，輔助術前設計及應急預案的選擇，規劃詳細的個體化手術方案，效果滿意，報道如下。

1 材料與方法

1.1 病例選擇納入標準: ① 確診為骶髂關節結核；② 影像學結果顯示骶髂關節有關節間隙增寬模糊、骨質破壞、伴或不伴關節處膿腫形成；③ 患者主訴下腰部及臀部疼痛，以站立及行走時為甚。排除標準：① 化膿性關節炎等感染性疾病；② 類風濕關節炎及強直性脊柱炎等自身免疫性疾病；③ 致密性骨炎；④ 無法堅持常規抗結核治療方案。

1.2 病例資料本研究共納入30例，男12例，女18例，年齡26～73(42.35±15.76)歲。病程2～13(3.35±2.01)個月。骶髂關節受累:左側19例，右側11例。合并癥：18例合并脊柱結核，2例合并恥骨結核。本研究經醫院倫理委員會批準，患者均簽署知情同意書。

1.3 術前準備① 常規抗結核治療：入院即給予四聯抗結核藥物(異煙肼 0.3 g/d，利福平 0.45～0.60 g/d，乙胺丁醇 0.75 g/d，吡嗪酰胺 1.5 g/d)治療3周以上；有合并癥者請相關科室會診協助治療。② 治療目標：患者結核中毒癥狀和全身情況明顯改善，連續3 d體溫≤38 ℃，紅細胞沉降率≤60 mm/1 h 且呈下降趨勢，白蛋白≥30 g/L，血紅蛋白≥100 g/L，肺功能正常或稍低，肝、腎功能以及電解質基本正常。③ 影像學檢查并用3D打印設備制作等比例骨盆模型，具體實施步驟如下：a) CT掃描：行64層螺旋CT掃描，掃描層厚設置為0.625 mm，對掃描結果以DICOM格式進行保存，并導入Mimics 10.01軟件中分割閥值進行三維重建和簡單光滑處理; b) 設計骨折3D模型：基于Edit Mask in 3D軟件對三維蒙版進行編輯、修補，設計骨折3D模型，獲得3D模型后從Mimics 10.01軟件中導出，以.stl格式保存。將.stl數據信息輸入Marker Bot系統，調整打印角度及位置后完成等比例實物模型的3D構建打印。④ 設計、模擬手術方案：根據3D打印模型明確骨破壞、骨缺損情況以及膿腫部位及范圍，分析骨破壞部位與血管、神經的位置關系，確定最佳病灶清除范圍與骶髂螺釘型號、置釘方向及進釘深度，模擬手術方案，制定個性化內固定及病灶清理方案。

1.4 治療方法全身麻醉下手術。患者俯臥位。根據病灶位置及3D打印模型，在骶髂關節部做長約10 cm斜行切口，逐層分離暴露皮下組織、筋膜直至病灶，清除病灶干酪樣組織、炎性肉芽組織、游離死骨及病灶膿性分泌物。根據病灶范圍選取自體髂骨皮質骨或同種異體骨對骨缺損部位進行植骨。取患側髂前上棘與髂后上棘連線的中后1/3為進針點，將? 2 mm克氏針根據術中透視及術前設計的進針角度、方向、深度插入，確定導針位置及角度正確后予以攻絲，經髂骨至S1椎體置入適當長度的骶髂關節中空拉力螺釘。生理鹽水反復沖洗后止血，病灶內注入鏈霉素，放置1根引流管1～2 d預防殘腔形成擴大，逐層縫合切口。術后繼續原有抗結核方案。

1.5 療效評價① 采用疼痛VAS評分評估患者腰臀部疼痛程度。② 采用Majeed評分標準評估骨盆功能。

2 結果

患者均獲得隨訪，時間12～43(19.5±5.4)個月。手術時間50～82(63.00±4.39)min。腰臀部VAS評分術后12個月1～4(1.98±1.25)分，明顯低于術前1周的5～9(7.12±1.68)分，差異有統計學意義(P<0.05)。Majeed評分術后12個月79～92(83.45±6.94)分，明顯高于術前1周的48～70(53.68±7.25)分，差異有統計學意義(P<0.05)。末次隨訪時均未出現結核復發情況。

典型病例見圖1～4。

圖1 患者，女，67歲，左側骶髂關節結核合并恥骨結核，行3D打印技術輔助左側骶髂關節結核病灶清除+左側骶髂螺釘置入 A、B.術前X線片及CT，顯示左側骶髂關節面毛糙,左側骶髂關節半脫位，骨質破壞，邊緣不齊，周圍軟組織明顯腫脹；C、D.術后9個月X線片及CT，顯示左側骶髂關節骶髂螺釘內固定在位，膿腫及死骨清除，關節面較平整 圖2 患者，女，60歲，左側骶髂關節結核合并腰椎結核，行3D打印技術輔助左側骶髂關節結核病灶清除+左側骶髂螺釘置入 A、B.術前X線片及CT，顯示左側骶髂關節面毛糙，關節間隙不均勻增寬，邊緣不齊，骨質破壞；C、D.術后6個月X線片及CT，顯示左側骶髂關節骶髂螺釘內固定在位，膿腫及死骨清除，關節面較平整 圖3 患者，男，28歲，左側骶髂關節結核合并腰椎結核，行3D打印技術輔助左側骶髂關節結核病灶清除+左側骶髂螺釘置入 A、B.術前X線片及CT，顯示左側骶髂關節間隙不均勻增寬，邊緣不齊，關節面毛糙，骨質破壞；C、D.術后4個月X線片及CT，顯示左側骶髂關節2枚骶髂螺釘內固定在位，關節間隙減小，關節面膿腫及死骨清除 圖4 患者，女，65歲，右側骶髂關節結核合并腰椎結核，行3D打印技術輔助右側骶髂關節結核病灶清除+右側骶髂螺釘置入 A.術前X線片，顯示右側骶髂關節面毛糙，關節間隙變窄;B.術后40個月X線片，顯示右側骶髂關節骶髂螺釘內固定在位，關節面較平整，骨面愈合情況良好

3 討論

3.1 骶髂關節結核的臨床特點骶髂關節位于骶椎與髂骨連接處，是由骶骨、髂骨耳狀面以及周圍軟組織連接構成的關節。連接骶髂關節的軟組織可分為前下部的滑膜結構及后1/3或2/3的韌帶結構。滑膜結構由完整的關節囊、關節軟骨及關節間隙構成，屬于真性關節[6-7]。當結核菌進入血液后，經血液循環系統滲透入血管分布豐富的骨松質、關節滑膜內而引起骶髂關節結核[8]。由于骶髂關節特殊的解剖學結構及結核菌的傳播特點，導致骶髂關節結核的首發病變部位為關節滑膜部。滑膜部菌群及膿液可使關節軟骨潰破并侵蝕骨性結構，進而破壞關節面及骨組織，累及骨性結構的病變多發生在前下部的骶骨側[9]。骶髂關節結核早期病變可見關節邊緣不清、關節間隙增大、局部出現骨破壞病灶；晚期可進一步出現關節間隙狹窄甚至消失，同時伴有死骨及膿液形成。骶髂關節嚴重破壞者可并發骨盆前環向上脫位[10]。骨盆的形態為環狀，位于人體承重的中部，具有力學支撐及保護重要臟器及軟組織的作用。從解剖生物力學角度來說，骨盆是人體整體力量及重量傳導的重要結構，其中骨盆后環約占總體功能的70%，而骨盆后環主要由骶骨及骶髂關節共同組成，具有支撐軀體重量，通過兩側耳狀面與髂骨相連的重要作用[11-12]。因此，當發生骶髂關節結核伴關節骨質破壞時，采用抗結核藥物控制及病灶清除的同時予以牢固的內固定也是治療的關鍵。

3.2 現有影像學檢查對骶髂螺釘置入的限制臨床上常用骶髂螺釘治療伴有骨盆破壞及不穩的骶髂關節結核，尤其對骨盆后環破壞的治療效果更佳。Padalkar et al[13]比較了S1椎體置入2枚骶髂螺釘與張力帶鋼板固定的臨床療效，前者對骨盆后環穩定性的改善更佳明顯。文獻[14]研究顯示，骶髂螺釘固定是骨盆后環固定的較堅固方式。骶髂關節解剖較為復雜且個體差異較大，其中骶髂部有重要的器官及血管神經伴行，僅憑X線、CT、MRI等影像學檢查都只能顯示骨折部位的二維圖像，存在非動態連續化、提供信息量有限等缺點。傳統二維透視因缺少三維立體定位，同時受骶骨變異等因素[15-16]影響，使得術者在術前難以全面了解病變骶髂關節全部骨質破壞的情況，術中極有可能發生神經血管損傷及病灶清除不完全等嚴重后果，故極大限制了骶髂螺釘的應用。

3.3 3D打印技術在骶髂關節結核治療中的應用3D打印技術是一種完全不同于傳統材料制作加工的新型技術[17]。近年來3D打印技術在生物工程領域的應用取得不斷進步[18]，其在骨科疾病中的應用也日益增多，特別是在骨科術前手術計劃方面。王德偉 等[19]治療骨盆骨折時采用3D打印技術，可針對不同病例進行個性化術前設計、模擬手術和應急預案的設置，具有明顯縮短手術時間的優點。魏新旺 等[20]采用3D打印模型設計個性化的修復方案治療20例骨盆骨折患者，臨床療效良好。由于骶髂關節結核疾病的特殊性，術后療效常與患者期望不符，導致醫患糾紛發生概率急劇上升[21]。3D 打印技術可將復雜的骶髂關節損傷破壞轉變為病變部位實體模型，便于手術醫師進行動態觀察，并在術前將手術的難點在3D模型上模擬，明確術中各項操作的注意事項以及預估術中可能出現的情況，規劃詳盡的術前個體化方案，確立相對的應急處理方案，降低手術風險，提升治療效果[22-23]。同時以直觀的模型向患者及家屬講解病情、手術的必要性及風險，能夠取得患者最大程度的信任，提高其依從性。3D打印技術輔助置釘及病灶清除提高了骶髂關節結核手術成功率及效果，但由于3D打印無法顯示軟組織結構，醫師不能直觀評估骶髂關節周圍軟組織的損傷。另外，打印材料成本偏高以及完成所需時間長等問題也限制了其應用。

綜上所述， 3D打印技術輔助置釘治療骶髂關節結核，具有縮短手術時間、緩解患者疼痛、恢復患者站立行走能力等優點，更利于病灶完全清除，建立良好的醫患關系，為獲得理想手術效果提供新的技術保障。