采用3D打印技術(shù)輔助治療陳舊髖臼骨盆骨折的療效觀察

王陶 李宇能 滕星 楊勝松 曹奇勇 黃雷 吳新寶

骨盆骨折相對其他部位骨折較為少見，約占全身骨折的0.3%～6%。但骨盆髖臼骨折大多由高能量損傷所致，患者多損傷嚴重，合并損傷多且嚴重[1-3]，手術(shù)難度較大。而陳舊骨盆髖臼骨折的手術(shù)治療更加復(fù)雜,需要延展擴大入路，手術(shù)創(chuàng)傷大;手術(shù)時間長，圍術(shù)期出血多，增加了感染風險。3D打印為創(chuàng)傷骨科醫(yī)師提供了一個相對簡單易得的更好的術(shù)前評估與計劃手段。近年來，3D為醫(yī)生術(shù)前計劃的制定提供了良好的支持，臨床應(yīng)用也越來越廣泛。本研究旨在觀察3D打印技術(shù)輔助治療陳舊髖臼骨盆骨折的臨床療效。

資料與方法

一、資料

1.病例納入與排除標準：(1) 納入標準：①2013年2月至2013年12月期間入院患者;②主要診斷為陳舊性骨盆、髖臼骨折；③傷后長期保守治療；④身體狀況良好，能夠耐受手術(shù)。(2)排除標準：①新鮮骨盆髖臼骨折; ②身體狀況不佳，不能耐受手術(shù)；③認知功能障礙；④拒絕隨訪或手術(shù)。

2.病例來源：按上述標準進行篩選，共20例陳舊性骨盆髖臼骨折患者納入本研究；其中例中男8例,女12例；平均年齡39. 5(20～67) 歲，平均隨訪時間11個月(3個月～6年)；其中骨盆骨折6例，髖臼骨折14例。骨盆骨折均為C型；髖臼雙柱骨折8例；復(fù)雜T型骨折4例。所有入組患者均簽署知情同意。本研究經(jīng)北京積水潭醫(yī)院倫理委員會批準。

二、方法

1.術(shù)前模擬及手術(shù)：(1)術(shù)前規(guī)劃：所有患者入院后行全骨盆CT掃描(Sensation 64,Siemens Medical Solutinogs，Erlangen,Germany)，層高1 mm；CT數(shù)據(jù)以DICOM格式保存以Materialise's interactive medical image control system (MIMICS) 14.0應(yīng)用圖像處理軟件對掃描結(jié)果進行處理重建與編輯。而后利用Guangruide公司提供的CANVBOT- D900MN，對圖像數(shù)據(jù)進行分析整合后進行3D打印。將所有患者骨盆打印為實體模型。術(shù)前1～3天，根據(jù)患者仿真骨盆模型模擬術(shù)中操作，直視下尋找選擇重建骨盆環(huán)完整性與重建骨盆對稱性的最佳截骨平面并確定截骨平面角度以得到較為傾斜的切骨面緣以術(shù)后獲得較好的手術(shù)愈合。在模擬手術(shù)中，采用2.0克氏針來定位截骨平面方向。在確定截骨平面后，使用多根克氏針延預(yù)定軸向鉆入模板，后經(jīng)由多個鉆孔正中以骨刀進行截骨。在折端兩邊以克氏針把持后進行模擬復(fù)位；一旦復(fù)位滿意就使用多根克氏針進行臨時固定。再以重建鋼板進行預(yù)先彎折，與模型上確定放置位置。當預(yù)彎鋼板滿意與確定好鋼板放置位置后，確定所需釘長，以克氏針標記放置位置。確定后，所有所需的預(yù)彎好的鋼板和螺釘都進行常規(guī)高溫高壓消毒。使用這一術(shù)前模擬技術(shù)，可以在術(shù)前就對整個手術(shù)的包括截骨、復(fù)位、鋼板螺釘最佳位置設(shè)計、鋼板預(yù)彎、克氏針及螺釘置入方向等關(guān)鍵步驟獲得較好的準備。(2)依規(guī)劃行切開復(fù)位內(nèi)固定術(shù)：入室時攜帶預(yù)手術(shù)時臨時以克氏針固定之復(fù)位好的骨盆。根據(jù)術(shù)前計劃的手術(shù)入路進行常規(guī)消毒鋪巾。術(shù)中利用C形臂協(xié)助確定截骨平面。根據(jù)術(shù)前模擬規(guī)劃以2.0 mm克氏針進行截骨平面的軸線定位。通過與攜帶入室的3D骨盆模型確定截骨平面無誤按照預(yù)定截骨方案進行截骨復(fù)位。術(shù)中要利用C型臂確認與三個平面的的復(fù)位都滿意。直視下截骨平面得到良好的骨-骨的平面接觸。一旦獲得良好的骨折復(fù)位，以克氏針臨時固定后用術(shù)前預(yù)彎好的已消毒的預(yù)彎鋼板與螺釘對骨折進行固定。要注意對截骨平面行良好的加壓以防止骨不連的發(fā)生。術(shù)前0.5 g頭孢替安。術(shù)后使用0.5 g頭孢替安每天2次，48 h抗生素預(yù)防感染。術(shù)后對患者進行功能鍛煉宣教。囑患者適當功能鍛煉，定期門診復(fù)查。

2.術(shù)后療效評價：術(shù)后隨訪由2名未參加手術(shù)的醫(yī)師完成。將髖臼手術(shù)術(shù)后X線平片髖臼骨折移位<1 mm定義為解剖復(fù)位。將髖關(guān)節(jié)對位良好、骨折復(fù)位滿意定義為手術(shù)復(fù)位滿意。將陳舊骨盆骨折術(shù)后雙下肢長度得以恢復(fù)、骨盆環(huán)結(jié)構(gòu)得以恢復(fù)定義為手術(shù)復(fù)位滿意。患者術(shù)前，術(shù)后3、6、12個月采用視覺疼痛模擬評分(visual analogue scale,VAS)對患者疼痛情況進行評定，采用Harris評分和EQ-5D評價患者髖部功能及生活質(zhì)量。EQ-5D包含：行動能力、自己照顧自己能力、日?；顒幽芰Α⑻弁椿虿皇娣?、焦慮或抑郁。每個維度又包含沒有任何困難、有些困難、有極度困難3個水平。

3.統(tǒng)計學(xué)處理：所有數(shù)據(jù)采用SPSS 17.0進行統(tǒng)計分析。各組資料分別進行統(tǒng)計學(xué)描述。由于本研究計量資料不符合正態(tài)分布，因此采用秩和檢驗進行統(tǒng)計分析。P<0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

結(jié) 果

所有患者均順利完成手術(shù)。平均手術(shù)時間240(180～360)min。平均出血量2 392(600～5 750) ml。3D模型的制作平均需用時7(6～9)h。所有病例都可以于術(shù)前根據(jù)打印出的3D模型進行良好的術(shù)前規(guī)劃。術(shù)前規(guī)劃所做的對于手術(shù)入路的選擇，截骨平面的選擇以及鋼板的預(yù)彎與放置位置的確定于實際手術(shù)中的應(yīng)用都非常吻合。手術(shù)過程因良好的術(shù)前規(guī)劃非常順利。基于術(shù)前3D打印模型上的解剖標記確定手術(shù)截骨部位，確定鋼板防止部位非常有用。患者平均平均隨訪11個月(3個月～6年)。術(shù)后無患者出現(xiàn)下肢感覺運動異常，無重要血管損傷。術(shù)后1年內(nèi)各次隨訪評分與術(shù)前比較差異均有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)。VAS評分術(shù)前為(4.3±2.1)分；術(shù)后3個月為(3.1±1.6)分；術(shù)后6個月為(2.0±1.3)分；末次隨訪時降至(1.2±0.9)分(P<0.05)。Harris評分術(shù)前為(26.8±14.3)分；術(shù)后3個月為(47.9±18.6)分；術(shù)后6個月為(63.8±14.8)分；末次隨訪時升至( 77.2±11.3)分 (P<0. 05)。EQ-5D術(shù)前為(0.36±0.12)分；術(shù)后3個月為(0.48±0.14)分；術(shù)后6個月為(0.56±0.18)分；末次隨訪升至(0.72±0.15) 分(P<0.05)。所有患者骨折都沒有切口感染或者骨折不愈合?；颊唧y部癥狀、功能及生活質(zhì)量均較術(shù)前明顯好轉(zhuǎn)。在末次隨訪Harris評分中，8例評分為優(yōu)；4例為良；1例為差，關(guān)節(jié)退行性變明顯，后行全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)；7例失隨訪(表1)。

表1 術(shù)前、術(shù)后不同時間點隨訪結(jié)果分)

典型病例

患者男，18歲。車禍傷1個月后來院?；颊哂诋?shù)蒯t(yī)院診斷為骨盆骨折、右髖臼骨折、直腸腸道損傷、乙狀結(jié)腸造瘺術(shù)后、骶從神經(jīng)損傷。于當?shù)蒯t(yī)院行外固定架，腸道造瘺手術(shù)?；颊咭蜃笱考半p臀部皮膚缺損感染，未行內(nèi)固定手術(shù)。入院查X線、CT如圖1所示。骨盆骨折涉及雙側(cè)恥坐骨支以及左側(cè)骶骨，髖臼骨折涉及雙柱，股骨頭向中心脫位?？梢婓y臼與骶骨原折線處可見大量骨痂。入院后患者去除外架換用骨牽引糾正股骨頭中心性脫位，經(jīng)燒傷科植皮處理原有皮膚感染缺損2個月后，患者具有內(nèi)固定手術(shù)條件后再次轉(zhuǎn)入本科進行手術(shù)。入院后患者行1 mm層厚骨盆CT檢查后行骨盆模型3D打印重建(圖2A)。于術(shù)前1天對模型進行模擬手術(shù)操作。采取3.5 mm厚重建板進行預(yù)彎與模擬固定。確定好截骨平面后。采用2.0克氏針來定位截骨平面方向。使用多根克氏針延預(yù)定軸向鉆入模板，后經(jīng)由多個鉆孔正中以骨刀進行截骨(圖2B)。在折端兩邊以克氏針把持后進行模擬復(fù)位。一旦復(fù)位滿意就使用多根克氏針進行臨時固定(2C)。再以重建鋼板進行預(yù)先彎折，與模型上確定放置位置。正式手術(shù)采取髂腹股溝入路暴露前路，采取K-L入路暴露后路?？偸中g(shù)時長3 h；術(shù)中出血800 ml?；颊咻斞? U，手術(shù)過程順利。術(shù)后固定X線、CT分別如圖3A～G所示。骨盆環(huán)關(guān)系得以重建，股骨頭脫位得以糾正，髖臼解剖復(fù)位。術(shù)后患者功能恢復(fù)良好。術(shù)后6個月隨訪X線如圖3；體位像如圖4所示。術(shù)后6個月Harris評分為74。髖關(guān)節(jié)活動范圍改善?；紓?cè)屈髖90°/健側(cè)100°；患側(cè)外展20°/健側(cè)20°；患側(cè)外旋60°/健側(cè)80°；患側(cè)內(nèi)旋60°/健側(cè)70°。

圖1 患者男，18歲。術(shù)前X線片 A 骨盆正位 B 骨盆入口位X線片 C 骨盆出口位X線片 D CT 冠狀面X線片 E CT 冠狀面X線片圖2 術(shù)前3D打印 A 3D打印模型 B 3D打印模擬截骨位置 C 3D打印模擬復(fù)位規(guī)劃固定

討 論

髖臼骨盆骨折常發(fā)于危重癥創(chuàng)傷患者[4]，部分會推延髖臼骨盆骨折的治療而成為陳舊骨盆骨折。對這些患者的治療目前沒有被廣泛接受的治療策略；目前文獻對此類患者治療報道也較少。對于骨盆骨折首要的治療目標是重建骨盆環(huán)的完整性與對稱性，在尊重軟組織條件下完成堅強內(nèi)固定以幫助患者早期術(shù)后活動以期得到遠期的良好的髖關(guān)節(jié)功能[5]。

1.治療難點：陳舊骨盆髖臼骨折的手術(shù)治療常常需要面對一系列的問題。(1)陳舊骨盆髖臼多為高暴力損傷：損傷通常較為嚴重。骨折畸形通常為復(fù)雜的三維畸形，多為短縮畸形以及在不同平面上的旋轉(zhuǎn)畸形。(2)骨盆環(huán)解剖結(jié)構(gòu)復(fù)雜：在骨盆環(huán)損傷移位時，周圍結(jié)構(gòu)解剖位置也隨之改變。同時陳舊骨盆瘢痕的形成與周圍韌帶的攣縮也給復(fù)位帶來了很大的困難。為松解攣縮之韌帶瘢痕，需要延展擴大入路，手術(shù)創(chuàng)傷大；手術(shù)時間長，圍術(shù)期出血多，增加了感染風險[6-7]。(3)檢查困難：常規(guī)骨盆正位、出入口位X線檢查、CT掃描和CT三維重建的影像學(xué)檢查并不能滿足術(shù)前規(guī)劃的需要[8-9]。(4)手術(shù)難度大：學(xué)習曲線長。手術(shù)效果經(jīng)驗依賴性大。因此對于陳舊性骨盆髖臼骨折，如何更好的完成術(shù)前評估與準備，以更小損傷完成更佳的復(fù)位固定，減少患者的手術(shù)創(chuàng)傷及手術(shù)并發(fā)癥的發(fā)生提高患者的生存質(zhì)量，長久以來一直是創(chuàng)傷骨科醫(yī)生的治療難題。

2.解決方案：3D打印技術(shù)在20世紀90年代就開始應(yīng)用于復(fù)雜口腔科或頭顱頜面外科手術(shù)的術(shù)前計劃[10]。后隨著3D打印技術(shù)的發(fā)展，尤其是光固刻技術(shù)的發(fā)展Stereolithography(SLA)使得 3D打印的精度有了明顯提高，軟件更為簡單易得，費用更低，3D打印技術(shù)在臨床應(yīng)用越來越廣。Pacione等[11]和Zein等[12]分別報道了3D打印技術(shù)用于復(fù)雜顱底病變、活體肝臟移植的術(shù)前規(guī)劃。近年脊柱外科中已在應(yīng)用方法包括脊柱椎體腫瘤切除后3D打印椎體置換[13]、骨腫瘤中的肩甲骨軟骨肉瘤切除術(shù)前規(guī)劃[14]、髖臼骨折術(shù)前規(guī)劃與手術(shù)模擬等[15]。3D打印為創(chuàng)傷骨科醫(yī)師提供了一個相對簡單易得的更好的術(shù)前評估與計劃手段。近年來，3D為醫(yī)生術(shù)前計劃的制定提供了良好的支持，臨床應(yīng)用也越來越廣泛。

陳舊骨盆髖臼骨折發(fā)病率低，因此治療方案及療效尚無定論。對1965至2008年的25篇納入437例骨盆畸形愈合與不愈合治療的薈萃分析顯示，總的治療愈合率為86.1%，疼痛緩解率93%；患者滿意率79%；僅有50%的患者髖關(guān)節(jié)活動度可恢復(fù)到傷前水平。但相關(guān)手術(shù)并發(fā)癥卻很多，包括5.3%的神經(jīng)損傷、5%DVT、1.9%肺動脈栓塞以及1.6%深部傷口感染[9]。

對于陳舊髖臼骨折，一期行關(guān)節(jié)置換術(shù)短期內(nèi)可能有助于關(guān)節(jié)功能的恢復(fù)，但遠期存在磨損、翻修等問題。此外，患者的骨盆髖臼多處于嚴重的畸形狀態(tài)；單純關(guān)節(jié)置換也存在諸多困難。因此認為，恢復(fù)髖臼的完整性、重建正常的頭臼關(guān)系，盡可能恢復(fù)關(guān)節(jié)功能、延長關(guān)節(jié)壽命。內(nèi)固定術(shù)仍然是首選的治療方案。

圖3 術(shù)后髂骨X線片 A 髂骨斜位X線片 B 閉孔斜位X線片 C 骨盆正位X線片 D 入口位X線片 E 出口位X線片 F CT橫斷面 G CT冠狀面 H 術(shù)后6個月骨盆正位X線片 I 術(shù)后6個月髂骨斜位X線片 J 術(shù)后6個月閉孔斜位X線片 K 術(shù)后6個月骨盆出口位X線片 L 術(shù)后6個月骨盆入口位X線片

切開復(fù)位內(nèi)固定術(shù)治療陳舊骨盆髖臼骨折存在極大的不確定性，主要表現(xiàn)在以下方面：(1)創(chuàng)傷暴力導(dǎo)致髖臼周圍的肌肉及神經(jīng)血管損傷；(2)一期手術(shù)后大量瘢痕形成導(dǎo)致骨折周圍正常的解剖結(jié)構(gòu)破壞、層次不清。因此，在進行翻修手術(shù)時醫(yī)生常常需要充分松解軟組織并保護重要的血管神經(jīng)，以避免醫(yī)源性損傷。缺乏對骨折的全面認識就無法制定周全的術(shù)前計劃。術(shù)中骨折暴露便需要以大量出血以及手術(shù)時間延長為代價。術(shù)中骨折復(fù)位也常常不能滿意。因此，容易導(dǎo)致患者術(shù)后功能不良，并增加后續(xù)治療的難度。由此可見，術(shù)前計劃對于此類骨折的治療至關(guān)重要。3D模型為患者治療方案提供了極大的幫助，通過模擬患者骨盆結(jié)構(gòu)，醫(yī)生可以對患者骨折情況進行直觀的觀察；術(shù)前可以進行多項模擬操作，明確截骨的部位并試行骨折復(fù)位，為術(shù)中實際操作的可行性提供了重要參考。

基于目前的研究結(jié)果，良好的術(shù)前計劃可以得到較好的髖關(guān)節(jié)功能恢復(fù)。本研究中，所有20例骨折病例在3D模型指導(dǎo)下進行手術(shù)的病理。術(shù)后通過CT掃描與之前進行截骨復(fù)位的3D的模型進行了對比，均得到良好的匹配。手術(shù)時間得到了減少。所有患者術(shù)后均未出現(xiàn)切口感染等并發(fā)癥。3D打印模型對于成功確定截骨的數(shù)量、部位和方向都是有著很好的幫助；對于整個手術(shù)療效的提高也是有著至關(guān)重要的作用和幫助的。同時，這一模型也可在手術(shù)過程中幫助整個手術(shù)團隊通過在模型上的示意進行良好的交流。這一經(jīng)驗是與現(xiàn)有文獻報道吻合的[16-17]。通過對3D的重建以及截骨、固定等模擬操作能夠極大簡化術(shù)中操作步驟，提高實際操作的準確性，提高了骨盆及髖臼骨折復(fù)位和重建的準確性，提高了整個治療的效果。末次隨訪結(jié)果顯示所有患者術(shù)后髖關(guān)節(jié)功能和生活質(zhì)量都較術(shù)前得到了明顯的改善，較文獻報道情況有很大的優(yōu)勢。因此，3D骨折模型的應(yīng)用不僅有利于術(shù)前計劃的完善，而且能夠極大的保證手術(shù)療效。

本研究不足之處在于：(1)納入病例過少，未進行大樣本研究；(2)隨訪時間較短，部分患者因家住外地未能進行長期隨訪。(3)由于患者骨折類型不同，很難對患者術(shù)前損傷程度進行量化，療效改善程度可能出現(xiàn)一定偏倚。(4)術(shù)前于3D打印模型的模擬規(guī)劃手術(shù)是在沒有肌肉軟組織附著的骨模型上進行，因而螺釘可以從任意方向置入。然而在實際手術(shù)過程中，這是很難實現(xiàn)的。這就要求手術(shù)醫(yī)師有豐富的骨盆髖臼手術(shù)經(jīng)驗。故本研究更多的是提出一種新的方法，具體的臨床應(yīng)用或療效還需大量的病例進行佐證。

綜上所述，3D打印技術(shù)在手術(shù)治療陳舊骨盆髖臼骨折的術(shù)前計劃中有重要作用，是對傳統(tǒng)影像學(xué)檢查的有效補充手段。通過該技術(shù)醫(yī)生不僅可以直觀觀察患者骨盆形態(tài)、骨折情況，還能夠在骨盆模型上進行預(yù)手術(shù)，確定手術(shù)方法的可行性和準確性，并最終提高實際手術(shù)的療效和效率。