3D 打印導航模板在股骨頸骨折輔助置釘中的應用研究

萬文輝，高正凡，康鄒華，江有華，袁夢龍，鄭義海

（景德鎮(zhèn)市第四人民醫(yī)院中西醫(yī)結合科，江西 景德鎮(zhèn) 333000）

股骨頸骨折（femoral neck fracture）為股骨頭下至股骨頸基底部之間的骨折。近年來臨床骨科就診率不斷增長，骨折發(fā)生后不僅導致骨折位置的疼痛以及腫脹情況，還會影響患者正常的行動，影響其正常生活，因此必須施以及時的治療[1-3]。股骨頸骨折治療原則在于復位以及內(nèi)固定，盡量避免髖關節(jié)受損，且部分患者存在骨折移位的情況，股骨頸支持帶動脈也會受損，進而損傷股骨頭內(nèi)血供，導致術后出現(xiàn)股骨頭壞死、骨不連等情況，因此選擇合適的術式十分必要[4-6]。空心釘內(nèi)固定是目前治療股骨頸骨折主要術式，空心釘優(yōu)勢在于其不會對股骨頭血供造成過大的干擾，并且有著極高的穩(wěn)定性[7]。術中應用3 枚空心釘對骨折部位進行固定，且固定方向與髖關節(jié)力線保持一致，能提升固定效果；置釘形狀選擇倒三角，使螺釘有著理想的抗旋轉性[8]。但是該術式也存在缺點，其中最主要的缺點在于置釘難度大，且術中需要透視多次，增加了輻射[9]。目前，3D 打印導航模板被應用至多種骨折疾病的內(nèi)固定術輔助置釘中，研究均提示此輔助方法提高了置釘精準度，但臨床上關于此輔助手段對股骨頸骨折患者的應用研究較少。為此，本研究選擇60例患者為研究對象，觀察3D 打印導航模板在股骨脛骨骨折輔助置釘中的應用，現(xiàn)報道如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料 選取2020 年1 月-2021 年1 月經(jīng)景德鎮(zhèn)市第四人民醫(yī)院骨科臨床確診為股骨頸骨折的60例患者，均以空心釘內(nèi)固定的術式進行治療。根據(jù)螺釘置入方式的不同，將患者分為對照組和觀察組，每組30例。兩組患者性別、年齡、Garden分型比較，差異無統(tǒng)計學意義（P＞0.05），具有可比性，見表1。本研究經(jīng)我院倫理委員會審批同意，患者知情同意并簽訂知情同意書。

表1 兩組一般資料比較（n，±s）

表1 兩組一般資料比較（n，±s）

1.2 納入及排除標準 納入標準：①18～80歲；②臨床資料完善者；③患者精神無異常，未合并精神疾病或是心理疾病，語言功能及聽力正常，大腦意識清晰，認知無異常，可與醫(yī)護人員進行正常的溝通。排除標準：①不耐受此療法者；②攜帶HIV 病毒、乙型肝炎病毒等傳染性強的病毒患者；③研究開展途中對該次研究提出異議，或因其他原因退出此研究者。

1.3 方法

1.3.1 對照組 所有患者均以腰硬聯(lián)合形式進行麻醉，然后在牽引架輔助下進行牽引復位，于C型透視機輔助下，觀察復位情況，如果復位情況理想，則將皮膚切開，再沿切口將肌肉和皮下組織分離，充分的將股骨大粗隆暴露，然后在C型臂X 線機透視下徒手進行置釘，以C型臂透視機對置釘情況進行觀察，若無異常，常規(guī)縫合、包扎。

1.3.2 觀察組 以3D 導引導航模板輔助置釘。前期準備工作與對照組一致，在充分的將股骨大粗隆暴露后，將模板與其進行完整敷貼，沿導管置入導針，取下模板后擴孔，置釘。以C型臂透視機對置釘情況進行觀察，若無異常，常規(guī)縫合、包扎。模板的制作：①導航模板的設計：術前均以薄層CT 對患側及健側進行三維重建，獲取數(shù)據(jù)后，組內(nèi)模板設計人員以DICOM 格式將CT 數(shù)據(jù)保存并導入Mimics，進行三維編輯，以獲取三維數(shù)據(jù)。再在手術置釘導航需求引導下，以健側作為原像，通過鏡像化模擬患側置釘過程中所需的三維模型。之后，利用軟件模擬3枚空心釘置入通道，并在模型上對模擬的置入通道進行適當調(diào)整，在各個方位對置入通道進行觀察，保證其合理性、安全性，無異常后，測量置入通道長度，從而選用長度適宜的空心釘。定位導向孔形狀為空心圓柱，預留平行于導向孔方向的2.0 克氏針導向孔在此孔內(nèi)側壁上。通過蒙版設計在骨面設計與其相貼合的反相模板，將模擬置入通道在骨面后的通道與模板進行融合，通過布爾運算得到導航模板，將無關的部分去除，對模塊進行修整；②打印導航模板：利用SLT 格式將制作完成的數(shù)字化模板輸入LCD 光固化3D Jenny Printer 打印機中，選取LCD光敏樹脂405 nm 波長材料為打印材料，通過光固化成型（stereo lithography apparatus，SLA）對模板進行打印，打印比例為1∶1；③模擬手術：敷貼導航模板與骨折模型，經(jīng)預留通道按預先測量長度將3 枚導針置入，擴孔后置釘，以X 線確認置釘情況。

1.4 觀察指標 比較兩組復位情況，統(tǒng)計手術耗時、術中失血情況、X 線透視情況，同時，對患者進行隨訪，統(tǒng)計末次隨訪的髖關節(jié)功能。髖關節(jié)功能的評價以Harris 評分[10]進行，評價內(nèi)容共有4 個，即疼痛、關節(jié)活動度、急性、活動功能，總分范圍為0～100分，患者髖關節(jié)功能好壞與評分分值的高低呈正比。

1.5 統(tǒng)計學處理 采用統(tǒng)計學軟件SPSS 22.0 處理數(shù)據(jù)，計數(shù)資料以（%）表示，行χ2檢驗，計量資料以（±s）表示，行t檢驗。P＜0.05 為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結果

2.1 復位情況 對照組解剖復位、功能復位各有23例、7例，觀察組各有25例、5例。

2.2 術中失血及手術耗時比較 觀察組手術時間短于對照組，差異有統(tǒng)計學意義（P＜0.05）；兩組失血量比較，差異無統(tǒng)計學意義（P＞0.05），見表2。

表2 術中失血及手術耗時比較（±s）

表2 術中失血及手術耗時比較（±s）

2.3 兩組術中X 線透視次數(shù)、Harris 評分比較 觀察組術中X 線透視次數(shù)少于對照組，差異有統(tǒng)計學意義（P＜0.05）；兩組均接受5～8 個月的隨訪，末次隨訪時髖關節(jié)Harris 評分比較，差異無統(tǒng)計學意義（P＞0.05），見表3。

表3 術中X 線透視次數(shù)、Harris 評分比較[n（%）]

3 討論

股骨頸骨折是骨科常見的骨折類型，老年人群是其主要發(fā)病群體，該骨折疾病不僅會損傷骨折處的骨組織，更會對周圍血運情況造成不良影響，所以患者極易出現(xiàn)股骨頭壞死的情況，因此需及時展開治療。保守治療目前對此類患者療效有限，且患者有較高風險出現(xiàn)各類并發(fā)癥，因此手術是目前主要治療形式，常見的手術方法有關節(jié)置換和內(nèi)固定兩種[11]。隨著醫(yī)學研究的深入，臨床對髖關節(jié)功能以及股骨頸血運有了更為深入的認知，因此目前臨床對于超過60歲的GardenⅠ、Ⅱ患者，以及60歲以下的GardenⅠ～Ⅳ型患者，多以股骨頸段置入空心螺釘內(nèi)固定技術進行治療[12，13]。雖然該術式療效佳，但由于股骨頸局部解剖結構復雜，以及術者操作技術的限制，空心螺釘置入的準確性仍是臨床面臨的一大難題[14]。

隨著科技的發(fā)展，3D 打印材料得到了不斷的升級，3D 的操控技術也得到了完善，因此最初僅應用至工業(yè)行業(yè)的3D 打印技術逐漸應用至臨床范圍內(nèi)。3D 打印是指利用模板對所想獲取的物品進行快速成型，該技術又被稱之為增材制造，是一項在三維數(shù)字模型數(shù)據(jù)基礎上、利用可粘合材料，通過打印機的逐層累積，進而從三維空間制造出實體的一種技術[15，16]。

骨科手術是目前3D 打印技術主要的應用領域，其應用的內(nèi)容大致包括術前對復雜骨折的診斷，以及術前對手術操作進行模擬等。相較于臨床既往使用的二維影像學技術而言，例如：CT、MRI等，3D 打印技術為手術操作者提供了可靠的模板，使手術操作者在術前通過模型明確骨折情況、設計手術操作從想象變成了現(xiàn)實，不僅可以避免術前的誤診，也提高了術中操作的準確度，使醫(yī)者更直觀、清晰的認識到患者骨折的情況，進而對病情進行進一步的分析，制定出療效更佳、安全性更高的手術操作方案[17，18]。

本次研究結果顯示，觀察組手術操作時間更短，術中受X 線透視次數(shù)更少，原因分析：在利用3D 打印導航模板實施手術時，手術操作者可對打印出的三維模板進行直接的觸摸以及直觀的觀察，進而可以對某些結構復雜或是不正常的部位進行更精準的觀察、分析，最后，術者可以在模型上進行標記，確定手術的操作細節(jié)，從而可以對術中所需使用的固定物的大小、置入的位置進行確定，進而縮短了手術時間，減少了患者的術中暴露時長，降低了感染風險，以減少了術中輻射，有效提高了手術的安全性[19，20]。

綜上所述，對于股骨頸骨折患者行空心螺釘內(nèi)固定術治療時，術中以3D 打印導航模板輔助置釘，能實現(xiàn)手術操作精準化，減少手術操作時長及失血，避免患者及醫(yī)護長時間受X 線輻射，提高了手術安全性，值得臨床應用。