多層螺旋CT三維重建輔助3D打印技術對復雜髖臼骨折手術的應用價值研究

陳華東，尚學紅，趙宇，尹坤

（大理大學第一附屬醫院 創傷骨科，云南 大理 671000）

髂骨、坐骨與恥骨共同組成了髖臼，此部位骨折常常是由高能量損傷（間接或擠壓暴力）引發的伴有髓關節局部疼痛、下肢畸形及活動局限等癥狀的一類骨折。雖然髖臼骨折發病率并不高（所占比例甚至未達全身骨折的2%），但通常可累及周圍大血管及神經，特別是復雜髖臼骨折為關節內骨折，位置深、解剖結構復雜，現階段髖臼骨折手術風險并未顯著降低，術后可能出現多種不良事件（如早期內固定失效、脂肪感染或液化、坐骨神經損害、下肢靜脈血栓等），這就要求手術治療復雜髖臼骨折時，在術前對骨折形態、骨盆結構有全面而準確的判斷[1-2]。隨著數字醫學不斷發展，3D打印技術也逐漸成熟，其是以數字模型為基礎，借助可粘合材料（如粉末塑料、金屬等）完成逐層打印來構建實物的技術[3]。現階段，借助CT后處理技術可實現復位骨折三維模型建立，為3D打印提供了條件，使得骨科手術更為精確和具有個性化[4]，多層螺旋CT（multislice spiral computed tomography,MSCT）三維重建輔助3D打印技術已在髖臼骨折手術中得到一定應用[5]，但推廣應用仍較局限。基于此背景，本文回顧性分析MSCT三維重建輔助3D打印技術對復雜髖臼骨折手術的應用價值。

1 資料與方法

1.1 一般資料

回顧性分析2017年4月—2019年3月大理大學第一附屬醫院骨科收治的復雜髖臼骨折患者83例臨床資料。其中，以MSCT三維重建輔助3D打印技術進行術前計劃的38例為指導組，以傳統方法行術前計劃的45例為常規組。兩組患者性別、年齡、體質量指數、復雜髖臼骨折分型及手術入路比較，差異無統計學意義（P＞0.05）。見表1。

表1 兩組患者一般資料的比較 例

1.2 納入與排除標準

納入標準：①年齡≥20歲；②明確診斷為復雜髖臼骨折，即髖臼前后柱移位超過3 mm，合并后柱嚴重粉碎骨折或后壁骨折，合并股骨頭脫位或半脫位，合并關節內游離骨塊；③復雜髖臼骨折分型：前柱+后半橫形骨折、雙柱骨折、T形骨折；認知功能正常，可正常溝通交流；④臨床診治、手術資料詳實。排除標準：①合并脊髓損傷及胸部、頭頸部部位的骨折；②既往接受過其他盆骨、髖部關節手術；③有股骨頭壞死、關節炎病史；④術前明確存在重要臟器功能障礙與重大心腦血管病變；⑤合并骨巨細胞瘤、骨軟骨瘤、骨肉瘤等影響局部骨質的疾病；⑥嚴重視聽障礙，無法正常交流者；⑦伴發腰椎間盤突出、繼發性腰椎椎管狹窄等影響下肢功能的腰部疾病。本研究經醫院醫學倫理委員會批準，患者及家屬均知情并簽署知情同意書。

1.3 術前規劃及手術方法

1.3.1 指導組先行MSCT檢查，采用GE Medieal Systems/Lightspeed 64排螺旋CT機（美國通用公司），平臥位下掃描，范圍自髂前上棘至坐骨結節；先行薄層掃描（參數：電壓/電流130 kV/120 mA，層距與間隔均為3.0 mm，螺距0.625，準直器寬度1.2 mm），后行圖像薄層重建（層厚改為0.75 mm，增量3.0 mm），借助CT后處理技術包括多平面重建（multiplanar reformation,MPR）、表面遮蓋顯示技術（shaded surface display,SSD）及虛擬現實技術（virtual reality,VR）等實現三維重建成像，結合術前三維重建成像評估髖臼骨折情況。然后結合MSCT三維重建結果建立復位骨折模型，將骨折模型與各單一骨折塊以STL格式導入3D打印軟件（3D打印機及配套3D-OR-THO骨科三維手術規劃系統購自常州華森醫療器械有限公司），確認打印方位后打印實物模型。觀察模型并明確骨折塊形態、移位情況，確定手術體位、入路方式（取髂腹股溝入路或Stoppa入路）。逐一取單一骨折塊打印模型按照復位步驟借助強力膠水逐一粘合以模擬術中復位，于模型上標記骨折線形狀與走形，確定鋼板、螺釘放置部位，并結合虛擬設計螺釘方向完成模擬螺釘植入，對應記錄螺釘長度、方向等信息，最終確定理想的髖臼骨折復位與固定計劃。

1.3.2 傳統組術前獲取并分析骨盆前后位及患側髖臼雙斜位X射線片、MSCT掃描等影像學資料，確定髖臼骨折手術入路等計劃，結合醫師經驗確定并預彎接骨板。

1.3.3 手術方法兩組手術均由同一組醫護人員進行，均給予全身麻醉，常規進行術區與患肢消毒、鋪單，均借助骨盆復位器械完成髖臼骨折復位操作。取髂腹股溝入路或Stoppa入路以良好顯露髖臼前柱、前壁、髖臼后柱內側面等區域，術中注意避免傷及股動脈、靜脈與神經等。顯露滿意后，優先復位股骨頭（通常表現為向內側移位），采取縱向牽引患側肢體的方式；明確髖臼前柱骨折線，經髂骨脊上置入Schanz釘后進行內旋髂骨，并復位髖臼前柱，然后以重建接骨板完成固定。其次于直視下復位發生移位的髖臼后柱及方形區，滿意后以克氏針固定；真骨盆緣下予以鋼板彈性支撐及穩固方形區。再次，于骨盆前后位、患側髖臼透視明確復位滿意即可。術后傷口常規內置引流管，配合給予抗生素48 h，24 h后即可進行股四頭肌、屈髖與屈膝訓練等功能鍛煉，4周左右扶拐下地，8周左右可嘗試負重，之后可結合骨折愈合情況行負重訓練。

1.4 觀察指標及評估方法

①術中出血量、手術時間、術中透視時間及骨折愈合時間。②術后第3天采用Matta標準[6]評估骨盆及髖臼復位質量。通過測量X射線片上骨折斷端分離移位的最大距離評估骨盆復位質量，分為優（距離＜4 mm）、良（距離4～10 mm）、可（距離＞10～20 mm）、差（距離＞20 mm）；通過測量X射線片上（必要時進行CT檢查，于CT圖像上測量）移位程度評估髖臼復位質量，分為解剖復位（移位＜1 mm）、滿意復位（1～3 mm）、不滿意復位（＞3 mm）。③術前、術后3個月、6個月隨訪時采用Majeed骨盆量化評分[7]、Harris髖關節評分[8]評定骨盆功能、髖關節功能恢復情況，前者從疼痛、工作、就座、性生活和站立5方面評估，后者評分內容為髖關節疼痛、功能狀態、活動范圍、下肢畸形，分數均為0～100分，分值越高，功能越好。④隨訪、統計術后不良事件。

1.5 統計學方法

數據分析采用SPSS 19.0統計軟件，計量資料以均數±標準差（±s）表示，比較用t檢驗或重復測量設計的方差分析；計數資料以例或例（%）表示，比較用χ2檢驗或Fisher確切概率法；等級資料以等級表示，比較用秩和檢驗。P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 兩組患者手術指標比較

兩組患者術中出血量、手術時間、術中透視時間及骨折愈合時間比較，差異有統計學意義（P＜0.05），指導組較常規組術中出血量減少，手術時間、術中透視時間及骨折愈合時間縮短。見表2。

表2 兩組手術指標比較（±s）

表2 兩組手術指標比較（±s）

組別指導組常規組t值P值n 38 45術中出血量/mL 353.30±55.46 400.05±67.15 3.418 0.001手術時間/min 105.30±21.08 123.61±25.66 3.510 0.001術中透視時間/s 21.15±5.05 27.30±6.61 4.692 0.000骨折愈合時間/d 82.64±12.45 95.57±15.51 4.135 0.000

2.2 兩組患者骨盆及髖臼復位質量的比較

兩組患者骨盆復位質量和髖臼復位質量情況比較，差異無統計學意義（P＞0.05）。見表3。

表3 兩組骨盆及髖臼復位質量比較 例

2.3 兩組患者各時間點骨盆功能、髖關節功能恢復情況比較

指導組與常規組術前、術后3個月、術后6個月Majeed骨盆量化評分及Harris髖關節評分比較，采用重復測量設計的方差分析，結果：①不同時間點的Majeed骨盆量化評分和Harris髖關節評分有差異（F=34.571和36.096，均P=0.000）。②兩組的Majeed骨盆量化評分和Harris髖關節評分有差異（F=5.279和5.823，P=0.006和0.004），術后3個月指導組評分較常規組高。③兩組的Majeed骨盆量化評分和Harris髖關節評分變化趨勢有差異（F=16.826和17.748，均P=0.000）。見表4。

表4 兩組各時間點骨盆功能、髖關節功能恢復情況比較（分，±s）

表4 兩組各時間點骨盆功能、髖關節功能恢復情況比較（分，±s）

組別指導組常規組n 38 45 Majeed骨盆量化評分術前33.01±5.92 32.93±6.12術后3個月68.45±6.65 63.94±5.71術后6個月90.16±8.02 88.32±7.29 Harris髖關節評分術前37.59±4.79 38.11±4.58術后3個月77.20±4.69 73.58±4.18術后6個月84.80±6.59 82.33±5.62

2.4 兩組術后不良事件發生情況比較

指導組、常規組患者均獲得隨訪，平均隨訪時間分別為9.5個月和10.2個月，期間指導組與常規組不良事件發生率比較，差異無統計學意義（χ2=0.613，P=0.434），未有合并2種以上不良事件的患者，且均未出現股外側皮神經損傷、深靜脈血栓等其他并發癥。見表5。

表5 兩組術后不良事件發生情況比較 例（%）

2.5 MSCT三維重建輔助3D打印技術指導手術典型病例

患者男，58歲；左側胸廓有壓痛，左側腰臀部腫脹，左下肢畸形；術前X射線片、MSCT示左髖臼骨折（見圖1A、B）；MSCT三維重建輔助3D打印技術，VR三維成像可直觀觀察到骨折線、骨折范圍、骨折碎片移位等空間信息（見圖1C），3D打印骨折模型直觀顯示髖臼骨折情況（見圖1D）；3D骨折模擬復位模型完成手術固定計劃（見圖1E）；取髂腹股溝入路，先常規行股骨、左脛骨切開復位鋼板內固定術，之后行髖臼骨折復位固定，術后X射線片示髖臼骨折整體復位與固定較好，后柱復位相對欠佳，考慮繼續隨訪復診（見圖1F）。

圖1 MSCT三維重建輔助3D打印技術指導手術典型病例

3 討論

隨著醫療技術不斷發展、骨折手術經驗不斷充實，髖臼手術時間進一步縮短，手術風險不斷下降，手術效果也較為滿意，可以幫助患者恢復正常的骨盆、髖關節功能，但受骨折位置、解剖結構、患者實際情況（合并傷、年齡等）的影響，現階段復雜髖臼骨折手術的順利進行及取得理想效果并不容易，而術前對于髖臼骨折的全面理解、認識，制訂完善的計劃、準確塑形接骨板，以及術中準確透視對獲得滿意的骨折復位及良好的固定至關重要[9]。事實上，即使是經驗豐富的骨科醫師，在復雜骨折手術中做到解剖復位和固定也有一定難度，特別是復雜髖臼骨折，有可能為了爭取滿意復位，須獲得較大的手術切口，且長時間的暴露往往伴隨更高的并發癥風險[10]。

3D打印技術能夠幫助骨科醫師全面地了解髖臼骨折情況，如粉碎、骨折塊移位程度，以便做出準確的術前診斷與評估，幫助做出完備的術前規劃。本研究回顧性分析了近2年83例復雜髖臼骨折患者的臨床資料，發現采用MSCT三維重建輔助3D打印技術進行術前指導，較傳統術前計劃明顯縮短手術時間和術中透視時間，減少術中出血量，加快骨折愈合，與國內柳鑫[11]等、黃佳軍[12]等的結果類似。這是因為基于MSCT三維成像使得3D打印技術能夠滿足構建3D模型的需求，其屬于實物模型，有報道[13]證實其與三維數字模型比較，更加直觀、形象，能夠幫助術者在充分考慮術中可能存在的風險基礎上于術前作出更準確的診斷，給出更多可行、詳細的手術計劃，并在實物模型上練習操作，可準確預測術中情況與最終手術效果。毫無疑問，復雜的外科手術進行術前演練可一定程度確保手術成功與效果。對于復雜髖臼骨折而言，3D打印技術結合鋼板、手術輔助器械能實施模擬手術，在充分了解每例患者術中髖臼骨折復位固定要點的條件下，結合骨折移位個性化情況，提前確定入路方式、鋼板尺寸、螺釘長度等，模擬術中骨塊復位固定思路，復位后明確鋼板理想位置，并進行術前精確預彎鋼板，能夠避免術中因反復預彎導致手術時間延長等[14]；其中選擇最佳手術入路和固定方法尤為重要，入路主要基于術前正確的骨盆髖臼骨折分型，相比髂腹股溝入路，Stoppa入路無需暴露股神經、髂外血管束、髂腰肌，且操作簡單、穩定性高，但由于無法直視后方結構，不能直接對其進行處理，故不適宜應用于后壁骨折，對骨盆髖臼骨折后部的復位較困難，往往需另作入路或選擇髂腹股溝入路。基于MSCT三維成像的3D打印技術能夠為手術入路選擇提供指導。傳統術前手術計劃多在骨科醫師腦中進行，通常帶有明顯的局限性與主觀性，且術中復位多基于個人經驗，存在較大的不確定風險。

本研究顯示，兩組間骨盆及髖臼復位質量未見顯著差異，且指導組術后3個月Majeed骨盆量化評分、Harris髖關節評分高于常規組，而術后6個月無差異，提示MSCT三維重建輔助3D打印技術進行術前指導并未顯著改善骨盆及髖臼復位質量，但可促進骨盆、髖關節功能恢復進程，與MSCT三維重建輔助3D打印技術進行指導的手術更具個性化、術后骨折愈合時間短等有關。而漆啟華等[15]的報道顯示MSCT維重建輔助3D打印技術能顯著改善骨盆、髖臼復位質量及髖關節功能，與本研究結果有所出入，可能與入選樣本量、隨訪評估時間、患者的個體差異等有關。孟羿彬等[16]研究與本研究結果一致，認為MSCT三維重建輔助3D打印技術并不能顯著提高復雜髖臼骨折復位質量，但認為其有助于經驗不足的年輕或新手醫師對手術過程的理解，縮短學習曲線。此外，隨訪期間指導組不良事件發生率略低于常規組，差異不顯著的原因可能為樣本量較小，仍可提示MSCT三維重建輔助3D打印技術進行術前指導有望減少不良事件發生。有文獻[17]指出，借助3D打印技術，結合模擬鋼板固定常規操作，還能夠詳細地記錄螺釘的長度、位置等信息，繼而有效地避免螺釘植入關節腔等事件。手術入路選擇時要同時綜合考慮髖臼的恥骨聯合、界線、骶骨情況，盡可能以單一的體位和最少的入路完成手術，否則可能因不同的手術入路切口增加感染和壞死的風險，影響切口的愈合；還需要指出的是，MSCT三維重建輔助3D打印技術增加了治療費用，且需要較長的準備時間，有可能貽誤最佳手術時機，建議術前盡可能縮短準備時間，高危患者由經驗豐富的醫師手術以減少不良事件發生。本研究隨訪時間較短，MSCT三維重建輔助3D打印技術進行術前指導對復雜髖臼骨折手術患者遠期功能恢復的影響還需進一步明確，且相關結論仍需擴大樣本量、多中心的研究論證。