3D打印模型與CT三維重建影像輔助手術治療復雜髖臼骨折的療效

強廷會,趙家瑞,牟 歡,郭忠尚,杜興國,薛 超,周新立

漢中市中心醫院骨關節外科，陜西 漢中 723100

復雜髖臼骨折[1]的骨折幾何形狀較復雜，包括T形骨折、后壁伴后柱骨折、橫行伴后壁骨折、前方伴后半橫行骨折、雙柱骨折，多系高能量損傷所致，創傷后因髖臼形態本身不規則、解剖復雜、骨折移位明顯且波及關節面，臨床手術中較難處理。傳統方法依賴骨折部位CT三維重建影像行術前計劃及術中參考，在實施手術時普遍存在創傷大、手術時間長、術中出血多、術中透視次數多、容易出現術后并發癥等缺點[2]。如何在手術時避免上述弊端，仍是目前創傷骨科醫師關注的熱點問題[3]。筆者科室目前術前及術中應用3D打印模型輔助手術，可在術前設計手術方案、體外預手術、3D模型可消毒后上手術操作臺，術中參考更直觀，在縮短手術時間及減少手術創傷方面取得了一定效果。本研究回顧性分析2017年10月—2020年12月筆者醫院手術治療復雜髖臼骨折患者60例，比較圍術期使用3D打印模型與不使用模型患者的手術療效，探討使用3D模型輔助治療復雜髖臼骨折的優缺點。

臨床資料

1 一般資料

納入標準:(1)年齡20～70歲；(2)Judet-Letournel分型[4]復合型骨折，包括T形骨折、后壁伴后柱骨折、橫行伴后壁骨折、前方伴后半橫行骨折、雙柱骨折；(3)受傷前雙側髖關節活動正常。排除標準：(1)陳舊性骨折、病理性骨折，合并其他部位骨折；(2)合并不可逆性血管神經損傷影響下肢肢體功能。

本組復雜髖臼骨折病例60例，男性36例，女性24例，年齡25～64歲，平均41.8歲。根據是否使用3D打印模型分為3D組(34例)及對照組(26例)，3D組術前應用3D打印模型進行術前計劃、預手術復位及鋼板體外塑型，對照組未使用3D打印技術。兩組患者一般資料比較差異均無統計學意義(P>0．05)，見表1。

表1 兩組患者一般資料比較

2 術前計劃及準備

所有患者入院后常規行三大常規、生化、凝血、血栓篩查、心肺功能評估、骨盆正位、髂骨斜位及閉孔斜位片、骨盆CT+三維重建檢查。髖關節后脫位及中心性脫位者行股骨髁上骨牽引，糾正貧血及低蛋白血癥改善全身情況。合并傷者處理其他部位損傷，穩定后行髖臼骨折手術治療。

3D組：術前對骨折部位實施3D打印，行骨盆CT掃描+三維重建，將CT掃描及重建數據輸入Minics軟件進行計算，以STL格式輸入打印機進行3D打印，將健側髖臼數據鏡像成患側正常髖臼模型并進行3D打印獲得患側髖臼骨折模型及患側正常髖臼模型；術前在模型上實施預手術，根據3D模型所示骨折部位、波及范圍及骨折塊移位情況決定手術入路、復位方法，在健側鏡像模型上結合骨折位置確定鋼板長度并進行鋼板塑型，在鏡像模型上預手術，將塑形后的鋼板固定于鏡像模型上預估螺釘方向、角度及長度。將塑形好的鋼板與3D模型滅菌術中備用。

對照組：患者依據骨盆X線片、CT及三維重建等影像學檢查結果進行術前計劃，根據患者的損傷具體情況選擇不同的手術入路、復位順序、內固定方法等。

3 體位及手術入路選擇

實施插管全麻后，漂浮體位，術區常規消毒鋪巾。手術入路根據骨折類型選擇，后壁及后柱骨折選用后方K-L入路，前壁及前柱骨折選用髂腹股溝入路，四方區骨折伴中心性脫位選用改良Stoppa入路或腹直肌旁入路，雙柱骨折選用前后聯合入路，T形骨折根據骨折波及范圍及移位情況設計手術入路[5]。

4 手術方法

兩組患者手術由同一組手術醫師完成，術中常規備自體血回輸。3D組根據模型預手術情況指導入路選擇及骨折復位：根據術前體外模型設計的區域置入提拉螺釘或Schanz針，應用頂棒、Farabeuf鉗及牽引撬撥復位骨折斷端，克氏針臨時固定，將體外預手術時根據健側鏡像模型塑形的重建鋼板置入相應骨折區域。以健側鏡像模型塑形鋼板是否貼附作為是否解剖復位的依據，如果放置的位置和術前設計一致且貼附良好，證明骨折達到有效復位。根據預手術設計的螺釘位置、方向及長度置入螺釘，旋轉髖關節無阻擋感，透視證實骨折復位及鋼板螺釘位置長度，防止螺釘進入髖臼關節面。

對照組入路選擇及顯露同3D組，術中使用相同方法及手術器械輔助復位固定。復位后以鋁制模板結合骨折局部形態體外即時塑形鋼板直至鋼板與局部骨質貼附良好，鉆孔后測深確定螺釘長度，透視后調整鋼板螺釘位置、方向及長度以避免螺釘進入髖關節。術中髖臼雙柱骨折進行復位順序是先復位和固定前柱，再到后柱及后壁，術中操作避免損傷坐骨神經、臀上動脈、股血管神經等鄰近重要組織。透視確認后沖洗傷口，置引流管關閉傷口。

5 術后處理

術后無需牽引或外固定，術后24h內使用抗生素預防感染，術后48～72h拔除引流管，無抗凝禁忌者術后12h開始使用低分子肝素鈣或利伐沙班抗凝預防血栓至術后3周；術后6h開始下肢肌肉等長收縮，術后2周平臥位練習下肢直腿抬高、屈髖屈膝功能鍛煉，術后4～6周開始不負重下地活動鍛煉，8周開始扶拐行走，術后3個月根據X線片所示骨折愈合情況，骨折線消失即可正常行走。

6 觀察指標

觀察記錄手術時間、術中出血量、術中術后輸血量、術中透視次數、Matta評分、Merle D’Aubigné & Postel評分等評價手術情況，術后復查X線片，使用Matta評分系統[6]評價髖臼骨折復位影像學效果，其具體評價標準為：骨折無移位為優，骨折移位<1mm為良，1～3mm為一般，>3mm為差。末次隨訪采用改良Merle D’Aubigné & Postel評分系統[7]評估髖關節功能，該評分從疼痛、行走、活動范圍來對患側髖關節進行功能評分，滿分為18分，其中18分為優，15～17分為良，13～14分為可，<13分為差。

7 統計學分析

結 果

患者傷口均一期愈合，3D組和對照組比較，手術時間縮短，術中出血量、術中術后輸血量及術中透視次數減少，差異有統計學意義(P<0.05)。見表2。兩組患者術后門診隨訪12～30個月，平均18.0個月，骨折均獲得骨性愈合。術后影像學資料Matta評分及骨折愈合后最后一次隨訪獲得的改良Merle D’Aubigné & Postel評分比較，差異無統計學意義(P>0.05)。見表3。典型病例見圖1。

表2 兩組患者手術時間、術中出血量、透視次數及術中術后輸血量比較

表3 兩組患者Matta評分及Merle D’Aubigné & Postel評分比較[n(%)]

圖1 患者女性，41歲，交通事故致傷。a～c.術前影像；d、e.鏡像模型塑形鋼板、預手術植入螺釘；f～h.術后X線片

討 論

髖臼骨折的解剖復位是獲得良好髖關節功能的基礎，充分的術前準備、術中清晰顯露骨折、解剖復位以及穩固的內固定對術后髖關節功能的恢復具有重要意義[8]。因復雜髖臼骨折多系高能量暴力所致，骨折移位大、位置深在、周圍重要血管神經多且血管神經肌肉解剖結構復雜，致使術中顯露及復位困難，鋼板塑型貼附欠佳。臨床上多采用術前CT三維重建成像檢查髖臼骨折及移位情況，評估骨折移位情況、選擇手術入路及制定手術方案，手術時為清晰顯露骨折斷端常需要擴大切口及剝離范圍，創傷大、出血較多；手術過程中需要反復透視調整復位、鋼板位置及長度，鋼板塑型需要借助模板反復調整貼附，導致術中透視次數較多、手術時間延長[9]。隨著3D打印快速成型技術廣泛應用于骨科手術[10]，術者可在體外更加直觀、精確地獲取骨折碎裂、移位信息，制定更加精確的手術方案，并可在模型上進行體外預手術，復位骨折、塑型鋼板，選擇鋼板螺釘位置及長度，從而極大提高復位質量，顯著減少術中透視次數，縮短手術時間[11-12]。但是全骨盆3D打印模型制作價格相對較昂貴，制作時間較長，模型上的骨折復位難以恢復達到解剖復位的形態，體外骨折模型上塑型的鋼板無法貼附至解剖復位。筆者利用骨盆髖臼解剖形態的對稱性，將健側CT掃描三維重建數據利用軟件制作成鏡像模型，形成患側完全解剖復位狀態，在鏡像模型上塑型鋼板，判斷鋼板置入位置及螺釘方向和長度，術前計劃更為精準，減少術中對鋼板形態、位置、螺釘長度和方向的調整，大大縮短手術時間，減少術中出血及圍術期輸血，也減少透視次數[13]。

本研究中3D組將健側鏡像模型應用于術前計劃及體外預手術，根據患側骨折模型選擇手術入路，制定復位方法；將健側鏡像模型上預彎的鋼板置于骨折部位，可以作為骨折是否解剖復位的標志[14]。術中不需再塑形鋼板及調整螺釘位置和方向，手術時間顯著縮短，因而術中出血量及術中術后輸血量較常規組顯著減少，術中透視次顯著減少，從而也降低了術后感染風險，減少手術人員的輻射損傷[15]。3D模型僅需制作兩個患側半骨盆模型，縮短了制作時間，降低了模型制作費用，較全骨盆制作節省時間，價格經濟，便于臨床推廣應用。

本研究的不足之處為回顧性研究樣本量較小，證據等級不高。研究著重對手術期指標及近期關節功能做了觀察對比，遠期療效仍需進一步隨訪觀察。

作者貢獻聲明：強廷會：論文撰寫、修改及審校、參與手術、資料搜集；趙家瑞：資料收集、論文撰寫、文獻檢索；牟歡、郭忠尚、杜興國、薛超：術前評估及手術操作/病例資料整理及統計學分析/研究(內容)設計；周新立：研究指導、論文修改、經費支持、病例隨訪、數據整理