3D打印導航模塊輔助股骨頸骨折空心螺釘置入的應用

甘 智，陸儉軍，譚海濤，陸聲榆，李 曉，秦 豪

（貴港市人民醫院創傷運動骨科，廣西 貴港 537100）

股骨頸骨折常見于老年患者，占全身部骨折的3.6%[1]。隨著交通的快速發展，高能量損傷導致年輕人發生股骨頸骨折發生率增高，髖關節活動不良、股骨頭缺血壞死和骨折不愈合等并發癥仍是目前治療的難點。目前閉合復位空心螺釘內固定仍是年輕人股骨頸骨折的首選治療[2]。由于手術醫師經驗差異和股骨頸局部解剖的影響，空心螺釘精確置入股骨頸仍是臨床難題。同時，術中多次透視增加手術時間，增加患者及醫護人員射線暴露風險。隨著數字醫及3D打印技術的發展，3D打印導航模塊為股骨頸骨折螺釘精準置入帶來了巨大幫助。因此，對我科入院的51例股骨頸骨折患者，術前CT掃描采集數據，通過數字化技術模擬手術，再打印輔助股骨頸螺釘置入的導航模塊，研究3D打印導航模塊引導在股骨頸骨折手術中空心螺釘精確置入的效果。現報告如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選取我院2015年1月～2016年6月治療的股骨頸骨折患者51例，男28例，女23例，年齡21～55歲，平均33．6歲，左側26例，右側25例。損傷原因：車禍傷30例，摔傷20例，高處跌落傷1例。患者術前使用64排螺旋CT掃描股骨頸并收集數據，掃描標準：電流160 mA，電壓120 kV，層厚1 mm。

1.2 數字化設計

將股骨頸CT數據導入Mimics 17.0軟件，編輯股骨頸骨折三維模型，切割分離骨折塊，然后虛擬復位骨折塊，完成股骨頸虛擬復位。螺釘固定使用倒三角方式排列，在股骨近端確立空心螺釘的最佳入點及角度，測量每個螺釘在股骨頸內的合適長度和直徑，并記錄下來。用同樣直徑的圓柱體代替螺釘，將數據保存為STL格式。

1.3 設計并打印導航模塊

打開Mimics軟件中股骨頸的數據，按照數字化設計，導航模塊釘道外徑擬定為8 mm，釘道導管內徑為2.2 mm，高為30 mm。將導板與股骨大轉子遠端骨性相敷貼，并反向增厚5 mm，同時置入釘道模型數據，合并成導航模塊。使用布爾運算，打通模塊釘道，制作導板完成。將導板數據導入3D打印機，使用聚乳酸材料打印模型和導航模塊。

1.4 模擬手術

術前模擬手術，將導航模塊與股骨頸骨折模型敷貼后，通過導航模塊預留孔道鉆入3枚2.0 mm導針，導針長度按照預先測量的長度置入，使用空心鉆頭擴孔，沿導針方向置入合適的7.2 mm空心螺釘。行X線拍片檢查螺釘位置及長度是否合適，與數字化設計是否一致。

1.5 手術操作及療效評價

患者行腰硬聯合麻后，使用牽引床牽引復位，沿皮膚切口分離皮下組織和肌肉，顯露股骨大粗隆，將導航模塊與股骨大粗隆完整敷貼，使用電鉆沿導管方置入導針，取下模塊，用空心鉆頭擴孔，將術前選好的空心螺釘置入后，C型臂透視驗證。隨訪1年根據Harri評價標準評價髖關節術后功能情況。

2 結 果

2.1 術前模型、釘道設計及導航模塊制作

骨折CT數據導入計算機后，虛擬復位骨折，通過測量和計算后，設計螺釘進釘方向及長度，選擇直徑合適的空心螺釘。同時結合股骨大轉子解剖，設計出導航模塊。

2.2 用導航模塊與模型模擬術前操作

導航模塊與股骨模型完全敷貼后，沿模塊導孔鉆入直徑2.0 mm導針，空心鉆頭擴孔，選擇合適的直徑7.2 mm空心螺釘，沿導針方向擰入股骨頸，X線檢測螺釘位置是否合適，與數字化設計結果一致。

2.3 手術結果

在骨科牽引床下閉合復位股骨頸骨折，C臂透視滿意后，在導航模板引導下置入3枚空心螺釘，術中使用C臂透視6次，手術時間約20 min，術中未發生麻醉意外及不良并發癥。明顯減少術中X線透視次數及縮短手術時間。術后X線片顯示股骨頸骨折復位良好，空心螺釘置入位置與術前設計一樣。術后12個月Harris評分為（87.35±4.8）分，未發生股骨頭缺血壞死及骨不連。

表1 患者術后12個月Harris評分

3 討 論

年輕人股骨頸骨折[3]是致殘性較嚴重的骨折，目前空心螺釘[4]仍是首選治療。股骨頸解剖特殊，存在前傾角、頸傾角與頸干角，給手術帶來較大的困難[5]。因此，想要在術中將空心螺釘精確檸入股骨頸準確的部位，需要術者有豐富的經驗和熟練的手術技術，同時需多次透視調整導針在股骨頸內的合適位置，導針在股骨頸內反復調整會影響骨質質量，進而影響空心螺釘固定的穩定性[6]；此外患者和醫護人員放射暴露增加，且增加腫瘤等相關疾病的發生風險[7]。本研究經過數字化技術設計，并骨折虛擬復位后，制作導航模塊，最后3D打印出導航模塊及骨折模型，術前可模擬手術，檢驗是否與設計一致。股骨大轉子是重要的解剖標志，螺釘通常在股骨近端外側置入，故以股骨大轉子為標志制作導航模快[8]。本研究在導航模快與股骨大轉子近端完全敷貼后，一次性置入三枚導針，C臂透視滿意后，再經空心鉆擴孔，置入術前已選擇合適的空心螺釘。這與傳統手術下透視相比，避免了反復透視修正針道的過程，手術過程更加節儉、有效。用3D導航模塊置入螺釘的時間比傳統手術平均時間明顯減少，X線透視次數與針道不理想的風險大大減少。通過所有手術的經驗總結，使用導航模塊置入股骨頸螺釘有以下優勢：一是可以通過3D設計及測量螺釘的大小、角度及長度，使固定效果最穩定，同時避免內植物穿出股骨頭，損傷股骨頸血供，降低關節炎、股骨頭壞死等并發癥發生率；二是術中操作簡單、方便、實用性強，只需將導航模塊緊密敷貼大轉子上，螺釘的定位和定向即可完成；三是減少透視次數，縮短手術時間，減少麻醉意外，減少患者及醫護人員的X線暴露次數；四是制作簡單，成本低，不需要昂貴設備[9]，易于推廣應用。盡管如此，在導航模塊設計方面也遇到較多瓶頸，包括：骨性標志單一，應多點、立體選擇[10]，以增加導航模塊與骨性敷貼程度及穩定性，模塊針道內徑設計應與實際導針直徑相配，以增加導針導向的穩定性和準確性。總之，3D打印導航模塊可精確置入股骨頸空心螺釘，縮短手術時間，減少麻醉意外，減少患者及手術操作人員的X線暴露次數，值得推廣應用。在未來臨床應用中中，需擴大3D打印技術的使用領域，如經皮固定的個性化導板治療小兒股骨頭骺滑脫的固定，以及導航模塊用于股骨遠端骨折閉合復位的固定等。

[1] Lantada AD,Morgado PL.Rapid prototyping for biomedical engineering:current capabilities and challenges.Annu Rev Biomed Eng.2012;14:73-96.

[2] 付 鑫,韓 哲,馬信龍,等.移位型股骨頸骨折空間移位三及其臨床意義[J].中華創傷雜志,2015,31(1):37－41.

[3] Varshney MK,Kumar A,Khan SA,etal.Functional and radiological outcome after delayed fixation of femoral neck fractures in ediatric patients[J].J OrthopTraumat ol,2009,10(4):211-216.

[4] 徐 剛,郭 源.空心釘治療兒童股骨頸骨折早期手術結果分析[J].中華小兒外科雜志,2012,33(12):932-935.

[5] Spence D,DiMauro JP,Miller PE,etal.Osteonecrosis After Femoral Neck Fractures in Children and Adolescents:Analysis of Risk Factors[J].J Pediatr Orthop,2015,26.

[6] 韋積華.計算機輔助骨科手術系統在股骨頸骨折經皮空心拉力螺釘技術中的實驗研究[D].廣西醫科大學,2012.

[7] SooHoo NF, Farng E, Chambers L,etal.Comparison of complication rates between hemiarthroplasty and total hip arthroplasty for intracapsular hip fractures.Orthopedics.2013;36(4):e384-e389.

[8] TarantinoR,Donnarumma P,Mancarella C,etal.Posterolateral arthrodesis in lumbar spine surgery using autologous platelet-rich bone substitute:an osteoinductive and osteoconductiveeffect[J].Global Spine J,2014,4(3):137-142.

[9] Ye N,Long H,Zhu S,etal.The Accuracy of Computer Image-Guided Template for Mandibular Angle Ostectomy[J].Aesthetic Plast Surg,2015,39(1):117-123.

[10] Huang X,Li F,Zhang F,etal.A cadaveric study on establishing individualized navigation templates for axis laminar screw insertion by using a printing technique[J].Chinese Journal of Spine adn Spinal Cord,2014,24(4):366-371.