3D打印骨折模型在復雜髖臼骨折治療中的臨床應用

黃佳軍，黃智勇，郭強，藍孝全，馬建林，趙敦旭，辛澤團

(青島市城陽區人民醫院，泰山醫學院附屬青島醫院骨科，山東 青島 266109)

復雜髖臼骨折多由車禍傷、高空墜落傷等引起，因解剖結構的復雜性，臨床復雜髖臼骨折的處理具有很大挑戰。一般而言，復雜髖臼骨折仍以切開復位內固定為主要治療方案，但因術中需要反復復位且術前缺乏模型等原因，手術存在著創傷大、手術時間長、術后恢復慢等缺點[1-2]。近年來3D打印技術在創傷骨科中的應用越來越多，該技術允許醫務人員通過一比一模型實現術前的虛擬復位練習，且術者可以在3D打印模型上設計手術步驟、評估手術風險[3]。本研究組將3D打印骨折模型技術應用于復雜髖臼骨折的治療，以近年收治的若干復雜髖臼骨折患者為研究組并與傳統手術組進行了對比，發現3D打印骨折模型技術有助于復雜髖臼骨折的治療及患者肢體功能恢復，現報告如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料 選取自2015年2月至2017年2月青島市城陽區人民醫院因復雜髖臼骨折就診的患者為研究對象，將符合要求并愿意參與研究的92例患者實施常規入路手術。隨機選出46例患者采用術前輔助3D打印技術(3D組)及橋接組合式內固定系統進行治療，另46例患者采用傳統治療方案(傳統組)。診斷標準參照《實用骨科學》[4]中復雜髖臼骨折標準。傳統組：男31例，女15例；年齡30～65歲，年齡(48.31±14.28)歲。致傷原因：車禍19例，砸傷11例，墜落16例。受傷部位：左側21例，右側25例。受傷至手術時間(5.93±1.27)d。Letournel-Judet分型：后柱+后壁24例，前柱+后半橫形12例，橫形+后壁4例，“T”型骨折6例。3D組：男28例，女18例；年齡30～65歲，年齡(49.31±15.72)歲。致傷原因：車禍17例，砸傷10例，墜落19例。受傷部位：左側20例，右側26例。受傷至手術時間(6.02±1.38)d。Letournel-Judet分型：后柱+后壁22例，前柱+后半橫形13例，橫形+后壁6例，“T”型骨折5例。兩組組間一般資料比較，差異無統計學意義(P>0.05)，具有可比性。本研究經我院醫院倫理委員會批準。

1.2 納入和排除標準 納入標準：a)受傷時間在10d內；b)以往無骨折手術或重大手術史；c)符合手術指證；d)精神狀態正常，對疼痛反應正常，可正確表達意識；e)單側手術；f)18～69歲；g)患者同意手術方式并簽署知情同意書。排除標準：a)手術禁忌；b)合并其他部位或類型的嚴重骨折；c)盆腔大血管神經發生損傷；d)不能定期復查；e)期間使用本研究以外的藥品或醫療器械；f)身體本身存在殘障、器官功能異常；g)術前凝血異常。

1.3 治療方法

1.3.1 傳統組手術方法 入院后給予積極抗休克等處理，以X線和CT結果為參照，根據骨折分型選擇合適的手術入路方案。全身麻醉后指導患者半側臥位后實施重建鋼板手術，術后X線檢查復位情況。術畢常規放置引流管，防治感染和抗凝。術后前3周需牽引患側股骨髁上骨，然后開始下床活動，視情況逐漸增加活動力度。

1.3.2 3D組手術方法 手術為橋接組合式內固定系統，該系統包含固定棒、連接塊、鎖定螺釘三個部分。將CT掃描的骨折部位的二維圖像轉換為DICOM格式，導入Mimics系統進行重建，再將其轉換成STL的格式文件。使用3D打印機采用熔融沉積成型法技術，根據同比例將髖臼骨折的三維模型打印出來。在實際手術前醫生可先在該三維模型上進行操作演示，以提前預知可能發生的問題，掌握骨折塊的結構、復位順序，以便合理的制定手術入路方案、確定固定棒數量、提前塑型等。術前準備和術后注意事項均和對照組保持一致。

1.4 指標分析及評價 a)手術相關指標：手術時間、術中出血量、住院時間、術后引流量。b)影像學指標：術后即刻評價骨折復位情況，根據Matta評級以骨折位移距離低于1 mm為解剖復位，1～3 mm之間為滿意復位，否則為不滿意復位，將前兩者相加為復位滿意率。c)術后6個月髖關節功能Merle D’Aubigne評分：從三個方面進行評價，分別為術后疼痛、運動幅度、步行，各評價項目的最高分均為6分，表示效果最佳，最后合計總分。d)術后6個月內相關并發癥。

2 結 果

2.1 手術相關指標比較 與傳統組相比，3D組手術時間用時較短，術中出血較少，術后引流量也較少，術后出院較快，差異均具有統計學意義(P<0.05，見表1)。

表1 兩組手術相關指標比較

2.2 術后骨折復位Matta評級比較 術后即刻對兩組骨折復位情況進行評價，兩組總體復位滿意度均較高，3D組略高于傳統組，但差異無統計學意義(P>0.05，見表2)。

表2 兩組術后骨折復位Matta評級比較[例(%)]

2.3 術后髖關節功能Merle D’Aubigne評分比較 術后6個月對兩組髖關節功能情況進行Charnley評分，在疼痛、運動幅度和步行能力三個方面得分上，3D組均略高于傳統組，但差異無統計學意義(P>0.05)；但3D組和傳統組在總分上比較，差異有統計學意義(P<0.05，見表3)。

表3 兩組術后髖關節Merle D’Aubigne評分比較分)

2.4 術后6個月內并發癥比較 統計兩組術后6個月內的并發癥發生情況，3D組總發生率4.35%，較傳統組13.04%略低，差異無統計學意義(P>0.05，見表4)。

2.5 典型病例 38歲男性患者，因高處墜落入院，Letournel-Judet分型為“T”型骨折。左側胸廓壓痛，腹部平軟，骨盆擠壓征陽性，左側腰臀部及左下肢腫脹畸形，有異常活動。骶骨骨折，骨盆多發骨折。X線片示左側髂骨粉碎性骨折，髖臼骨折，左右恥骨上下支骨折，左側股骨粉碎性骨折，左側脛骨粉碎性骨折。入院后行左下肢骨牽引，首先常規行股骨及左脛骨切開復位鋼板內固定術，患者情況穩定后再行骨盆及髖臼骨折復位固定。骨盆及髖臼骨折術前采用輔助3D打印技術，術后骨折復位固定良好。手術時間1.5 h，出血量約600 mL，術后引流量約100 mL。患者20 d后出院，2個月復查見骨折愈合良好。手術前后影像學資料見圖1～5。

表4 兩組術后6個月內并發癥比較[例(%)]

圖1 術前X線片示骨盆及髖臼骨折 圖2 3D打印骨折模型直觀顯示骨折情況 圖3 3D骨折模擬復位模型進行手術固定設計

圖4 術后X線片顯示骨折復位固定良好 圖5 術后2個月復查X線片顯示骨折愈合良好

3 討 論

復雜髖臼骨折多由高能量損傷所致，尤其是粉碎性的復雜髖臼骨折，如何保證手術效果存在較大困難。對于復雜髖臼骨折而言，準確的分型及術前評估是確保手術順利的關鍵之一，雖然傳統的X線、CT等能顯示出骨折的相對位置，為評估病情帶來一定幫助，但因局限于二維圖像，骨折部位的立體結構并不能直觀顯示出來[5]。CT重建雖然屬于三維技術，但重建后存在靜態化，對術者空間想象力有較高要求。3D打印骨折模型技術核心是制作一比一實物模型，能客觀、直觀的將髖臼骨折情況呈現在術者面前，這就彌補了傳統影像學檢查方法的缺陷[6]。Zeng等[7]報道將3D打印骨折模型技術用于髖臼骨折的診斷，發現該技術能顯著提高復雜髖臼骨折的分型準確度。Chanarodríguez等[8]的研究報道指出，3D打印骨折模型技術能全面、立體的顯示出髖臼骨折的骨塊大小、移位、反轉等情況，為手術提供幫助。橋接組合式內固定系統是近年來廣泛用于治療復雜髖臼骨折的新型固定技術，與傳統固定術相比，該固定技術有以下幾個突出優點[9-10]：首先，該固定技術根據骨折類型可以調換棒、釘等數量，具有相當高的靈活性及適應性；其次，該技術在無需或較少剝離骨膜的情況下能完成特殊部位固定，而對骨折斷端血供幾乎無影響，有利于骨折術后愈合。

本研究組將3D打印骨折模型技術及橋接組合式內固定系統應用于復雜髖臼骨折治療，發現3D組患者具有手術時間短、術中出血較少、術后引流量少等特點，此結果與王鵬飛等[11]研究結果一致。分析其原因，本研究組認為這主要與以下原因有關[12-13]：其一，3D打印骨折模型技術可以完整復原髖臼骨折骨塊，允許術者通過1︰1模型設計手術方案，提前確定手術入路、鋼板尺寸、螺釘長度等；其二，本研究組術前在髖臼3D打印模型上進行了鋼板預彎，因此術中無需處理鋼板，且術前已經進行了骨折的復位模擬，大大減少了手術操作時間，為減少手術操作損傷提供了有利幫助；其三，橋接組合式內固定系統術中剝離骨膜少，對骨折斷端血供影響小。本研究組對兩組患者術后關節功能恢復情況進行了對比，發現在疼痛、運動幅度和步行能力總分上，3D組和傳統組比較差異有統計學意義。此結果與關翔等[14]研究結果一致，提示采用橋接組合式內固定系統技術有助于促進復雜髖臼骨折患者術后髖關節功能恢復。本研究組認為這可能主要與3D組患者術中損傷更小進而促進了患者術后提前下床有關。促進患者術后功能恢復一直是復雜髖臼骨折治療的關鍵之一，陳偉雄等[15]研究發現異位骨化、骨神經牽拉痛等術后并發癥是影響復雜髖臼骨折患者術后髖關節功能恢復的主要原因之一。本研究組發現3D組患者異位骨化、骨神經牽拉痛等術后并發癥相較于對照組并無顯著性減少，但有減少的趨勢，分析其原因可能與納入病例數少有關。

綜上所述，本研究組認為3D打印骨折模型技術及橋接組合式內固定系統治療復雜髖臼骨折，在減少手術出血及時間方面有著顯著優勢，值得臨床進一步研究和應用。