數(shù)字骨科技術輔助個性化手術治療骨盆髖臼骨折

王朝暉 楊 杰 曾敏川 劉建偉 何波涌 趙快平 唐艷平 曹書杰

南華大學附屬郴州市第一人民醫(yī)院創(chuàng)傷骨科，湖南省郴州市 423000

骨盆髖臼骨折是臨床中較為常見的嚴重創(chuàng)傷，多由高能量暴力所致，近年來有逐漸上升趨勢。盡管發(fā)病率僅占所有骨折的3%～8%，但其致死率卻高達20%，且50%以上伴隨其他并發(fā)損傷[1]。由于處于特殊的部位，周圍解剖關系復雜，為力學傳導樞紐，手術恢復骨盆環(huán)的穩(wěn)定性和解剖復位堅強固定髖臼骨折，是獲得較好療效和降低致殘率的關鍵。傳統(tǒng)手術方案主要基于X線及CT等影像學資料設計，具有一定局限性，往往難以精確再現(xiàn)骨折空間構象及移位，而通過數(shù)字技術設計手術方案和3D打印1∶1骨盆髖臼骨折模型，可直觀立體地觀測及操作骨折模型，進行術前模擬手術、預塑形鋼板及確定鋼板螺釘?shù)睦硐胛恢?，實現(xiàn)個性化精準治療，使骨盆和復雜髖臼骨折的復位固定更高效，更安全[2-3]。2016年1月—2019年10月我科應用數(shù)字骨科技術輔助完成了52例骨盆及復雜髖臼骨折的個性化治療，取得了滿意的療效，回顧分析總結如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料 選取2016年1月—2019年10月我院收治的骨盆髖臼骨折患者52例作為觀察對象，其中男32例，女20例，年齡18～70歲，平均年齡46.3歲；受傷原因：交通事故傷21例，重物砸傷11例，高處墜落傷20例；新鮮骨折48例，陳舊骨折4例；髖臼骨折：T型骨折6例，后柱伴后壁骨折13例，橫斷伴后壁骨折2例，雙柱骨折26例；骨盆骨折：TileC1.2 3例，TileC1.3 2例；受傷到手術時間4～31d；合并顱腦損傷16例，脊柱、四肢骨折21例，肋骨骨折肺挫傷14例，坐骨神經(jīng)損傷3例，腹內臟器損傷7例。入院后常規(guī)行患側下肢骨牽引，請相應科室會診協(xié)助處理合并損傷，待病情平穩(wěn)后再考慮骨盆髖臼骨折手術治療。同期或分期處理其他部位骨折。

1.2 選擇標準 (1)納入標準：①術前經(jīng)X線片檢查及三維CT掃描確診為骨盆、髖臼骨折者；②術前采用數(shù)字技術3D打印骨盆髖臼骨折模型者。(2)排除標準：①髖臼簡單骨折者；②骨盆骨折保守治療者；③因基礎疾病不能耐受手術或其他原因未能手術者。

1.3 計算機輔助分析、3D打印實體模型并模擬手術 所有患者入院后均采用西門子64排螺旋CT掃描，獲取DICOM 數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)導入MIMICS 10.0 軟件，通過閾值分割及區(qū)域增長功能，重建骨盆的三維圖像，通過Simulation模塊的切割、合并分離、鏡像及布爾工具設計并模擬手術，將模型文件以STL格式導入3D打印機，打印出實體1∶1大小個體化骨盆三維模型。部分雙柱骨折利用數(shù)字技術復位骨折后圖像或健側的鏡面圖像設定最佳后柱通道螺釘位置并設計打印相應導板模型(圖1)。在3D打印模型上模擬手術并對重建鋼板進行預塑形。術前應用低溫等離子消毒打印的模型，術中應用模型指導骨折復位及鋼板螺釘?shù)闹踩隱4-5]。

圖1 數(shù)字技術模擬骨折復位和設計后柱螺釘導板

1.4 手術方法 全身麻醉，髖臼骨折患者采取漂浮體位，骨盆骨折患者采取俯臥位或仰臥位。(1)髖臼骨折：后柱伴后壁骨折(13例)和橫斷伴后壁骨折(2例)，采取患側髖部Kocher- Langenbeck (K-L)入路；雙柱骨折(23例)，11例采取腹直肌外側入路，12例采取髂腹股溝入路；T型骨折(6例)和雙柱骨折(3例)，采取后方K-L入路聯(lián)合前方髂腹股溝入路(5例)或Stoppa入路(4例)。切開皮膚，逐層分離顯露髖臼骨折部位，參照術前規(guī)劃及3D 打印模型進行髖臼骨折復位及預塑形重建鋼板固定。前入路處理雙柱骨折時，遵循“由近向遠，先前柱再后柱”順利進行，用預塑形鋼板固定前柱骨折，以螺釘/預塑形的髂坐支撐鋼板固定后柱骨折，其中10例在3D打印導板輔助下置入后柱螺釘。合并坐骨神經(jīng)損傷的予以探查松解。(2)骨盆骨折：參照術前規(guī)劃及3D 打印模型，2例經(jīng)骶骨骨折者取俯臥位倒八字切口，完成后環(huán)骨折復位及預塑形重建鋼板聯(lián)合骶髂螺釘水平三角固定。3例經(jīng)骶髂關節(jié)骨折脫位者取仰臥位，髂腹股溝入路或Stoppa入路聯(lián)合髂窩入路，完成骨折復位及預塑形重建鋼板跨骶髂關節(jié)固定。前環(huán)骨折視具體情況予以預塑形重建鋼板固定、內/外支架固定或非手術治療。

1.5 術后處理 術前30min及術后24h內預防性應用抗生素，圍術期應用低分子肝素鈉防靜脈血栓，術后1～2d拔除引流管。術后第2天開始下肢主動功能鍛煉。術后行前后位、出口位、入口位、髂骨斜位、閉孔斜位X線片檢查，部分患者行三維CT檢查。定期復查X線片，視骨折愈合情況指導下地負重行走時間。

1.6 療效評價標準 記錄手術時間、術中出血量、并發(fā)癥。術后1周以Matta 評分標準評估骨折復位質量：測量骨折塊分離最大距離，優(yōu)<4mm；良4～10mm；可11～20mm；差>20mm。6個月后按改良的Merle D’Aubigne和Postel評分系統(tǒng)評價髖關節(jié)功能：疼痛2～6分，行走1～6分，關節(jié)活動范圍1～6分，優(yōu)18分，良15～17分，可13～14分，差<13分。

2 結果

所有患者均順利完成手術，均獲隨訪，時間0.5～2.5年，均獲骨性愈合，愈合時間8～12周。手術時間85～255min，術中出血量：350～1 600ml，自體血回輸200～800ml。股外側皮神經(jīng)牽拉損傷2例，2周后大腿前方麻木感逐步恢復正常。腹直肌外側入路傷口感染1例，經(jīng)擴創(chuàng)VSD聯(lián)合敏感抗生素治療后愈合；3例術前坐骨神經(jīng)損傷患者隨訪1年后2例完全恢復，1例有所改善。無血管損傷、深靜脈血栓、腹股溝疝、復位丟失、內固定失效等。術前3D打印1∶1模型與術中所見骨折情況基本一致。術前在3D打印模型上的手術模擬與術中實際手術操作非常相似。術后1周按Matta標準評估骨折復位質量：優(yōu)36例，良12例，可4例，優(yōu)良率92.3%。術后6個月采用改良的Merle D’Aubigne 和Postel 評分系統(tǒng)評價髖關節(jié)功能：優(yōu)23例，良20例，可8例，差1例，優(yōu)良率82.7%，其中差的1例合并同側坐骨神經(jīng)損傷和Pilon骨折，神經(jīng)損傷恢復不理想。

3 典型病例

男性患者，65歲，高處墜落傷，診斷為右髖臼雙柱骨折，常規(guī)予以右下肢骨牽引，術前利用數(shù)字技術3D打印1∶1骨盆模型，以及后柱螺釘導板，模擬手術和預塑形鋼板，傷后13d經(jīng)腹直肌外側入路行右髖臼雙柱骨折開放復位內固定術。具體見圖2。

4 討論

骨盆髖臼骨折常為高能量沖擊所致的復雜骨折，對骨盆髖臼穩(wěn)定性影響大，易損傷周圍組織，致a～c術前X線片示右髖臼雙柱骨折 d～f 術后X線片示前后柱骨折均復位優(yōu)殘率高。且髖臼骨折為關節(jié)內骨折，保守治療中的二次匹配會導致臼頂區(qū)域的高應力狀態(tài)，易于發(fā)生創(chuàng)傷性關節(jié)炎，對于不穩(wěn)定的骨盆髖臼骨折建議手術治療，目的在于重新恢復骨盆環(huán)結構的穩(wěn)定性，恢復頭臼的匹配關系，以利后期獲得滿意的功能恢復[6]。21世紀以來，創(chuàng)傷骨科朝個性化、精確化、微創(chuàng)化發(fā)展，由于骨盆髖臼骨折其解剖部位及結構的復雜性，使得骨盆髖臼骨折的精準個性化治療頗為困難，但是數(shù)字技術的發(fā)展使得這個目標得以實現(xiàn)。

圖2 典型病例手術前后X線片

4.1 手術入路的選擇 骨盆髖臼骨折治療中選擇恰當?shù)氖中g入路是確保骨折良好暴露、精確復位固定和避免血管神經(jīng)損傷等并發(fā)癥發(fā)生的極其重要的一環(huán)[7]。前方的髂腹股溝入路、后方的K-L入路以及兩者聯(lián)合使用的前后聯(lián)合入路是治療髖臼骨折的經(jīng)典入路[8]。Stoppa入路、腹直肌外側入路因其解剖操作相對簡單，可直視下處理四方體骨折，近年來成為骨盆髖臼骨折應用研究的熱點[9-10]。對于復雜髖臼骨折，我們均采取飄浮健側臥位，這樣便于術中根據(jù)入路需要在俯臥和仰臥位之間隨意大幅度調整。對于后柱伴后壁骨折、橫斷伴后壁骨折，本組均采用K-L入路。對于髖臼雙柱骨折要求雙柱均需復位固定，前后聯(lián)合入路可充分暴露前后柱骨折，便于骨折復位固定，是治療累及髖臼雙柱骨折的經(jīng)典入路，但存在創(chuàng)傷大、手術時間長、并發(fā)癥多等不足。研究發(fā)現(xiàn)雙柱骨折以前柱移位為主，后柱移位是伴隨前柱和髖臼頂移位發(fā)生，往往移位不大，一旦髖臼頂和前柱復位，后柱一般也自行復位或很容易復位，近年來通過單一前方入路完成髖臼雙柱骨折復位固定成為創(chuàng)傷骨科的一個研究熱點[10]。本組應用發(fā)現(xiàn)絕大部分髖臼雙柱骨折單一前方入路就能很好地完成骨折復位固定，26例中3例后柱骨折移位較大，前入路未能獲得滿意的后柱骨折復位，加作了后方K-L入路。T形骨折也累及髖臼前柱和后柱，均需復位固定，由于后柱是漂浮狀態(tài)，單一前入路往往難以獲得后柱骨折理想復位固定，仍建議采取前后聯(lián)合入路。至今前后入路的先后選擇仍存在爭議，通常認為應先前路復位前柱、再后路復位后柱，否則難以獲得滿意的骨折復位固定效果，也有學者認為髖臼后側解剖相對簡單，容易進行后柱骨折復位固定，且后柱良好的復位固定也利于前柱骨折的復位，建議先后路再前路。本組病例對于雙柱骨折，均采取先前路，必要時加作后路的方法，遵循“由近向遠，先前柱再后柱”順序進行骨折復位固定[11]。對于T形骨折則參考術前CT 圖像和3D打印模型，以骨折移位最大側為先入路。骨盆骨折則根據(jù)骨折類型和軟組織情況采取前方髂腹股溝入路、Stoppa入路聯(lián)合髂窩入路或后方倒八字切口完成骨折復位固定。

4.2 數(shù)字骨科技術應用體會 復雜骨盆髖臼骨折手術復雜，技術要求高，充分熟悉骨盆髖臼解剖并做好術前設計，可選擇出最恰當?shù)氖中g入路提供充分地暴露。數(shù)字骨科技術輔助治療復雜骨盆髖臼骨折是基于高性能CT掃描及3D打印機等實現(xiàn)的計算機技術與骨科手術間的完美結合，是實施骨科個體化精準治療的有效手段。3D打印骨盆髖臼骨折1∶1實體模型，可以幫助術者更充分直接認識骨折的類型及骨折移位情況，通過計算機建模并模擬骨折復位以及規(guī)劃骶髂螺釘、后柱螺釘?shù)睦硐胫踩敕较蚝烷L度，再在3D打印模型上進行模擬復位、預塑形鋼板、確定鋼板放置的位置以及骶髂螺釘、后柱螺釘植入的方向和長度，可明顯縮短手術時間、減少內固定相關并發(fā)癥、實現(xiàn)精準復位固定，療效滿意[12-13]。Pierannunzii等[14]建議后柱螺釘進釘點約為骶髂關節(jié)前方1cm和骨盆緣上方2.5cm交點，朝向坐骨棘和閉孔后緣的中點。王鋼等[15]通過骨盆CT掃描三維重建測量發(fā)現(xiàn)理想的后柱螺釘進釘點為骶髂關節(jié)前方(13.6±2.2)mm與骨盆緣上方(15.3±4.0)mm的交點，進釘方向與冠狀面呈(15.4±4.1)°，與髂骨翼平面呈(132.3±6.3)°，并且在基于CT掃描數(shù)據(jù)設計并3D打印的后柱螺釘植入導板輔助下實驗室及臨床應用均全部精準植入了后柱拉力螺釘。本組病例應用兩種方法均成功植入后柱螺釘，但導板輔助下一次成功植入明顯要高，也成功植入骶髂螺釘，沒有發(fā)生坐骨神經(jīng)及血管損傷，認為良好的骨折復位以及術中透視監(jiān)視下參考術前計劃是后柱螺釘、骶髂螺釘精準植入的關鍵。本組依據(jù)數(shù)字骨科技術進行的術前手術模擬與術中實際手術操作非常相似，術后評估骨折復位質量優(yōu)良率92.3%，半年后髖關節(jié)功能評估優(yōu)良率82.7%，說明應用數(shù)字骨科技術可以優(yōu)化手術方案，術中操作也相對簡易，提高了手術安全性、精準性和療效，是實施個性化手術治療的理想方法。甚至還可通過對動脈造影，將動脈和骨盆一并打印，從而將血管也納入術前設計中，可減少對骨盆髖臼周圍重要血管的損傷，從而更完善手術方案，實現(xiàn)對復雜骨盆髖臼骨折安全精準的手術治療[16]。

數(shù)字技術在輔助治療骨盆髖臼骨折中具有很好的應用前景。基于數(shù)字技術導航系統(tǒng)的使用使經(jīng)皮精準微創(chuàng)螺釘固定骨盆髖臼骨折逐步成為創(chuàng)傷骨科的熱點，大有替代開放復位鋼板內固定的趨勢。對于毀損性髖臼骨折，可以通過數(shù)字技術3D打印髖臼植入物，取代傳統(tǒng)的關節(jié)置換，具有更好的生物相容性[17]。本組病例使用的是預塑型鋼板，如通過3D打印出個性化的骨盆髖臼接骨板，可與骨盆結構完全匹配，實現(xiàn)精準的個性化定制，如再加以使用與人體組織相容吸收的材料，則可避免再次手術取出內固定的損傷或因金屬鋼板螺釘長期處于體內發(fā)生炎癥等不良反應的可能[13]。另外，通過3D打印1∶1實物模型還利于術前臨床醫(yī)師與患者及其家屬進行溝通交流，增加患者的信任度和依從性，有助于提高療效和構建和諧醫(yī)患關系。當然數(shù)字骨科技術也存在不足，它要求骨科醫(yī)生掌握相關軟件操作，3D打印耗時限制其急診應用，忽略了軟組織影響，也會額外增加住院費用。