3D打印數字化技術輔助治療髖臼骨折術后康復分析

陳家耀　陸儉軍譚海濤　陸聲榆　甘智　何錦威

摘要：目的：探討3D打印數字化技術輔助手術治療髖臼骨折的臨床效果。方法：2014年1月至2016年1月采用傳統切開復位內固定術31例和3D打印數字化技術輔助手術治療髖臼骨折32例，術后兩組患者采用相同康復計劃，比較兩組患者康復功能評分及康復時間。結果：兩組術后2周和3個月VAS、Harris評分比較有統計學意義（P<0.05）；術后6個月兩組髖關節VAS、Harris評分比較無統計學意義（P>0.05）。結論：3D打印技術應用于髖臼骨折手術可縮短患者康復周期，使患者早日進行功能康復鍛煉，減少住院日。

關鍵詞：髖臼骨折；3D打印；康復

中圖分類號：R445.3；R681.6 文獻標志碼：A 文章編號：1008-2409（2016）05-0027-05

髖臼骨折為高能量損傷所致的關節內骨折，髖臼解剖復雜性使髖臼骨折診斷分型及治療較為困難，成為創傷骨科醫生的一個挑戰，也一直是臨床研究的熱點。由于髖臼解剖位置深、形態復雜，復位與固定極為困難，手術過程中易出現螺釘進入關節、骨折塊移位等并發癥。傳統的手術方案設計，術者對骨折線的判斷以及重建鋼板的植入位置、螺釘的選擇沒有三維空間的判斷，完全依賴于醫生的臨床經驗與技能，手術創傷大、術中出血多、患者康復周期長。因此，完善的術前方案制定與術后康復密切相關，可以決定手術成敗。隨著數字醫學與3D打印技術的發展，2006年我國首先提出了“精準外科”的概念，得到了國內、國際醫學界的認可，實現了虛擬到現實的轉變，醫生可直接根據3D打印模型對骨折線進行分析分型，術前虛擬復位手術方案設計，確定個體化、最優化的手術方案及模擬操作，以確保手術的成功，減少并發癥的發生，縮短手術時間。我院自2014年1月至2016年1月使用3D打印技術輔助治療髖臼骨折，并與傳統手術方法術后采用相同康復鍛煉計劃，對兩種治療效果進行比較。現報告如下。

1資料與方法

1.1一般資料

髖臼骨折患者共63例，按照患者入院順序隨機分為傳統切開復位內固定手術組31例和3D打印數字化技術輔助手術組32例。其中男36例，女27例；左側髖臼29例，右側髖臼34例；新鮮骨折38例，陳舊性骨折25例；年齡22～56歲，平均43.2歲；按照AO分型進行分類，A型27例、B型21例、C型15例；兩組患者性別、年齡、受傷情況、分型等比較差異無統計學意義（P>0.05），具有可比性。63例患者均獲得超過6個月隨訪。

1.2手術方法

1.2.1術前準備 術前對所有患者髖關節疼痛（VAS評分）和Harris評分進行記錄評估。所有患者均采取全身麻醉，由同一組醫生進行手術。根據不同的骨折類型采用不同的手術入路：髂腹股溝入路、K-L入路及聯合入路的精準修改及相互配合。

1.2.2 3D打印組 將64排螺旋CT薄層掃描數據以DICOM格式導入到醫學3D圖像編輯處理Mimics14.0軟件中，對髖臼骨折進行三維重建，根據三維重建圖像觀察骨折塊的相對空間位置確認分型，并虛擬手術復位。利用復位骨折模型，以骨折的AO治療原則為準，選擇合適手術入路，在復位骨折模型上劃線確定預設鋼板位置及每個釘孔位置。利用創建圓柱體功能創建直徑為2.5 mm圓柱體進行虛擬釘道模擬，按照實際術中情況調整每顆虛擬螺釘方向及長度并測量每顆螺釘長度。同時，運用“創建曲線”（Create Spline）在模型上布置一條紅色曲線即最佳鋼板植入位置，三維切割（Cut）預設鋼板位置骨折模型，切割模塊大小等于現實重建鋼板的長度和寬度，得到預設鋼板位置骨面模型，文件以STL格式導入3D打印軟件markware中調整打印方位，3D打印出實物模塊。根據3D打印模型進行術前重建鋼板的折彎，選擇合適孔數的鋼板，先折彎大的弧度，再折彎小弧度，爭取一次到位，避免反復折彎，折彎標準為離骨面平均距離<1mm，亦可在骨盆模型上預彎鋼板。術中按照所預定的復位方案進行復位并與預彎好的重建鋼板進行比對，實現重建鋼板與某處骨面的完全貼合，該位置即為手術設計的鋼板置入位置。

1.2.3傳統手術組 術者術前根據患者X線片及CT掃描結果對骨折分型進行判斷，根據骨折分型及自己的經驗進行術前手術方案設計并進行手術。

1.2.4術后康復計劃 術后傷口放置引流管，持續引流24～48 h。麻醉藥效過后檢查患側下肢的感覺、運動、血運情況。術后復查X線片及64排三維重建CT。針對不同的骨折類型和復位效果，根據術后X線片或CT檢查判斷骨折愈合情況，進行康復鍛煉，以獲得髖關節更好功能。出院后對兩組病例進行隨訪。康復治療步驟：第一階段（術后2周內）：目的：促進患肢血液循環，消除腫脹；方法：患側髖關節置于屈曲30°、外展15°體位，術后首日行臀大肌、髖外展肌、股四頭肌、胭繩肌等長收縮及踝關節屈伸活動，100～150次/d，分3組完成，早、中、晚各訓練1組，每組于1 h內完成。去引流管后，CPM機治療，自30°開始，2次/d，50～60 min/次，隔日關節活動度增加5°。鼓勵髖關節適度后伸及外展運動（≤30°），3～4次/d，30 min/次。髖、膝關節主動屈伸運動，避免過度內收、內旋活動，循序漸進，配合借力運動及理療。第二階段（術后2周至骨折臨床愈合）：目的：逐步恢復患肢功能；方法：健肢與軀干維持正常活動范圍，主動髖關節后伸、外展、下肢屈伸、股四頭肌鍛煉和床邊站立，做床上保健操。術后5～6周擴大活動范圍及力量。術后8～12周依骨折愈合情況，行扶拐不負重及適度負重行走練習。配合理療及按摩等治療。第三階段（骨折臨床愈合期）：目的：逐步恢復日常活動能力及工作能力；方法：加強患肢關節主動活動和負重練習，最大限度恢復關節活動范圍及肌力，通過主動運動、助力及被動運動恢復髖、膝關節的活動范圍，以不引起明顯疼痛為度，循序漸進，每日練習數次。逐步增加肌肉的工作量，引起肌肉適度疲勞，配合理療及按摩等治療。

1.3臨床隨訪及療效評價標準

患者出院后3個月內每周隨訪1次，3～6個月每1個月隨訪1次，6個月至1年后每3個月隨訪1次，1年以后每6個月隨訪1次。隨訪內容：患者一般情況，包括術后有無神經血管損傷、切口愈合情況、髖關節活動度和肌力恢復情況。采用VSA評分、Harris評分對患髖恢復情況進行評價。

1.4統計學處理

采用SPSS 17.0統計學軟件對數據進行分析，計數資料采用X²檢驗，計量資料用x±s表示，采用t檢驗，P<0.05為差異有統計學意義。

2結果

兩組患者切口均一期愈合，無髖關節創傷性關節炎等嚴重并發癥發生。63例患者術后均獲得6～12個月隨訪，平均9.7個月。在術后2周和3個月兩組髖關節VAS、Harris評分3D打印手術組優于傳統手術組，兩組比較有統計學意義（P<0.05）。詳見表1～2；在術后6個月髖關節VAS、Harris評分兩組比較無統計學意義（P>0.05）。詳見表3。

3討論

髓關節是人體重要的活動關節和負重關節，髖臼解剖結構復雜、位置較深。Judet等將髖臼臨近結構劃分為前柱、后柱，前柱（即髂恥柱）由髂嵴前上方斜向前內下方，經恥骨支止于恥骨聯合，由髂嵴、髂棘、髖臼前半部和恥骨組成。后柱（即髂坐柱1由坐骨大切跡經髖臼中心至坐骨結節，包括坐骨、坐骨棘、髖臼后半和形成坐骨切跡的密質骨組成。髖臼后壁和髂骨下部是髖臼主要負重區。髖臼骨折的治療目的是通過恢復解剖結構、加強內固定、術后早期功能鍛煉等積極治療來恢復髖關節功能。隨著內固定技術更新，手術治療髖臼后壁骨折已是大多數創傷骨科醫生的共識，而個性化、最優化的術前設計是臨床手術不可或缺的一部分。3D打印技術又稱“快速成型技術”，是一種與傳統“減材制造”技術相反、在三維數字模型的基礎上采用逐層制造方式將材料堆積起來的新型“增材制造”技術。1986年，Chuck Hull發明了光固化立體印刷技術（SLA），并產生第一臺3D打印機。

本研究32例患者采用數字化結合3D打印技術設計個性化的髖臼后壁修復方案，術中解剖復位，固定牢靠，無并發癥，效果理想。此方案和傳統方法相比，具有以下優勢：①術前可按1：1比例3D打印出骨盆模型，有助于骨科醫生了解局部解剖與骨折情況，還能進行現實手術模擬。這有助于手術醫生術前熟悉手術操作，發現術中潛在風險并提前預防，使手術更加精準、安全。提高了手術效率，縮短手術時間，減少手術出血。②在醫學教育方面有很好的應用。對年輕醫生而言，3D打印技術可以彌補解剖標本缺乏的空白，幫助醫生更好地理解解剖結構。年輕醫生通過3D打印模型得到了反復訓練手術機會，快速提高青年醫生的手術技能。③3D打印技術輔助傳統醫療技術，為患者提供個性化的服務。治療模式變成術前預演、術中實踐、術后復查治療模式，降低治療盲目性，保證了治療效果，縮短了手術時間，降低創傷程度。④通過3D打印實物模型可以更好地與患者及家屬溝通、解釋和交流病情。三維模型可以很好地顯示復雜病變的解剖形態，提高疾病診斷率，同時使醫生對病情有更直觀、清楚的了解，并且在臨床上還可用于與患者溝通談話，使患者及其家屬更易于理解病情、手術方式、并發癥，有利于減少醫療糾紛。

相同康復計劃可直觀比較出兩種方式對髖臼骨折的術后康復情況。因3D打印輔助髖臼骨折手術創傷小，沒有二次損傷，不影響神經、肌肉的功能及本體感覺，患者無疼痛等不適。患者可早日重返工作崗位，從而減少了住院日，降低了醫療成本。筆者應用髖關節創傷后功能評分標準對患者進行隨訪，以評估遠期效果。根據隨訪數據可見，3D打印輔助髖臼骨折手術組術后2周、3個月康復及功能評分均較傳統術式滿意。因術后6個月髖臼骨折已愈合，患者已可自行下地活動，所以髖關節VAS、Harris評分兩組比較無統計學意義（P>0.05）。

綜上所述，髖臼后壁骨折的手術治療采用3D打印技術輔助，可縮短術后康復時間，有助于患者術后功能康復鍛煉，促進骨折愈合。