3D打印骨折模型在复杂髋臼骨折治疗中的临床应用

黄佳军，黄智勇，郭强，蓝孝全，马建林，赵敦旭，辛泽团

(青岛市城阳区人民医院，泰山医学院附属青岛医院骨科，山东 青岛 266109)

复杂髋臼骨折多由车祸伤、高空坠落伤等引起，因解剖结构的复杂性，临床复杂髋臼骨折的处理具有很大挑战。一般而言，复杂髋臼骨折仍以切开复位内固定为主要治疗方案，但因术中需要反复复位且术前缺乏模型等原因，手术存在着创伤大、手术时间长、术后恢复慢等缺点[1-2]。近年来3D打印技术在创伤骨科中的应用越来越多，该技术允许医务人员通过一比一模型实现术前的虚拟复位练习，且术者可以在3D打印模型上设计手术步骤、评估手术风险[3]。本研究组将3D打印骨折模型技术应用于复杂髋臼骨折的治疗，以近年收治的若干复杂髋臼骨折患者为研究组并与传统手术组进行了对比，发现3D打印骨折模型技术有助于复杂髋臼骨折的治疗及患者肢体功能恢复，现报告如下。

1 资料与方法

1.1 一般资料 选取自2015年2月至2017年2月青岛市城阳区人民医院因复杂髋臼骨折就诊的患者为研究对象，将符合要求并愿意参与研究的92例患者实施常规入路手术。随机选出46例患者采用术前辅助3D打印技术(3D组)及桥接组合式内固定系统进行治疗，另46例患者采用传统治疗方案(传统组)。诊断标准参照《实用骨科学》[4]中复杂髋臼骨折标准。传统组：男31例，女15例；年龄30～65岁，年龄(48.31±14.28)岁。致伤原因：车祸19例，砸伤11例，坠落16例。受伤部位：左侧21例，右侧25例。受伤至手术时间(5.93±1.27)d。Letournel-Judet分型：后柱+后壁24例，前柱+后半横形12例，横形+后壁4例，“T”型骨折6例。3D组：男28例，女18例；年龄30～65岁，年龄(49.31±15.72)岁。致伤原因：车祸17例，砸伤10例，坠落19例。受伤部位：左侧20例，右侧26例。受伤至手术时间(6.02±1.38)d。Letournel-Judet分型：后柱+后壁22例，前柱+后半横形13例，横形+后壁6例，“T”型骨折5例。两组组间一般资料比较，差异无统计学意义(P>0.05)，具有可比性。本研究经我院医院伦理委员会批准。

1.2 纳入和排除标准 纳入标准：a)受伤时间在10d内；b)以往无骨折手术或重大手术史；c)符合手术指证；d)精神状态正常，对疼痛反应正常，可正确表达意识；e)单侧手术；f)18～69岁；g)患者同意手术方式并签署知情同意书。排除标准：a)手术禁忌；b)合并其他部位或类型的严重骨折；c)盆腔大血管神经发生损伤；d)不能定期复查；e)期间使用本研究以外的药品或医疗器械；f)身体本身存在残障、器官功能异常；g)术前凝血异常。

1.3 治疗方法

1.3.1 传统组手术方法 入院后给予积极抗休克等处理，以X线和CT结果为参照，根据骨折分型选择合适的手术入路方案。全身麻醉后指导患者半侧卧位后实施重建钢板手术，术后X线检查复位情况。术毕常规放置引流管，防治感染和抗凝。术后前3周需牵引患侧股骨髁上骨，然后开始下床活动，视情况逐渐增加活动力度。

1.3.2 3D组手术方法 手术为桥接组合式内固定系统，该系统包含固定棒、连接块、锁定螺钉三个部分。将CT扫描的骨折部位的二维图像转换为DICOM格式，导入Mimics系统进行重建，再将其转换成STL的格式文件。使用3D打印机采用熔融沉积成型法技术，根据同比例将髋臼骨折的三维模型打印出来。在实际手术前医生可先在该三维模型上进行操作演示，以提前预知可能发生的问题，掌握骨折块的结构、复位顺序，以便合理的制定手术入路方案、确定固定棒数量、提前塑型等。术前准备和术后注意事项均和对照组保持一致。

1.4 指标分析及评价 a)手术相关指标：手术时间、术中出血量、住院时间、术后引流量。b)影像学指标：术后即刻评价骨折复位情况，根据Matta评级以骨折位移距离低于1 mm为解剖复位，1～3 mm之间为满意复位，否则为不满意复位，将前两者相加为复位满意率。c)术后6个月髋关节功能Merle D’Aubigne评分：从三个方面进行评价，分别为术后疼痛、运动幅度、步行，各评价项目的最高分均为6分，表示效果最佳，最后合计总分。d)术后6个月内相关并发症。

2 结 果

2.1 手术相关指标比较 与传统组相比，3D组手术时间用时较短，术中出血较少，术后引流量也较少，术后出院较快，差异均具有统计学意义(P<0.05，见表1)。

表1 两组手术相关指标比较

2.2 术后骨折复位Matta评级比较 术后即刻对两组骨折复位情况进行评价，两组总体复位满意度均较高，3D组略高于传统组，但差异无统计学意义(P>0.05，见表2)。

表2 两组术后骨折复位Matta评级比较[例(%)]

2.3 术后髋关节功能Merle D’Aubigne评分比较 术后6个月对两组髋关节功能情况进行Charnley评分，在疼痛、运动幅度和步行能力三个方面得分上，3D组均略高于传统组，但差异无统计学意义(P>0.05)；但3D组和传统组在总分上比较，差异有统计学意义(P<0.05，见表3)。

表3 两组术后髋关节Merle D’Aubigne评分比较分)

2.4 术后6个月内并发症比较 统计两组术后6个月内的并发症发生情况，3D组总发生率4.35%，较传统组13.04%略低，差异无统计学意义(P>0.05，见表4)。

2.5 典型病例 38岁男性患者，因高处坠落入院，Letournel-Judet分型为“T”型骨折。左侧胸廓压痛，腹部平软，骨盆挤压征阳性，左侧腰臀部及左下肢肿胀畸形，有异常活动。骶骨骨折，骨盆多发骨折。X线片示左侧髂骨粉碎性骨折，髋臼骨折，左右耻骨上下支骨折，左侧股骨粉碎性骨折，左侧胫骨粉碎性骨折。入院后行左下肢骨牵引，首先常规行股骨及左胫骨切开复位钢板内固定术，患者情况稳定后再行骨盆及髋臼骨折复位固定。骨盆及髋臼骨折术前采用辅助3D打印技术，术后骨折复位固定良好。手术时间1.5 h，出血量约600 mL，术后引流量约100 mL。患者20 d后出院，2个月复查见骨折愈合良好。手术前后影像学资料见图1～5。

表4 两组术后6个月内并发症比较[例(%)]

图1 术前X线片示骨盆及髋臼骨折 图2 3D打印骨折模型直观显示骨折情况 图3 3D骨折模拟复位模型进行手术固定设计

图4 术后X线片显示骨折复位固定良好 图5 术后2个月复查X线片显示骨折愈合良好

3 讨 论

复杂髋臼骨折多由高能量损伤所致，尤其是粉碎性的复杂髋臼骨折，如何保证手术效果存在较大困难。对于复杂髋臼骨折而言，准确的分型及术前评估是确保手术顺利的关键之一，虽然传统的X线、CT等能显示出骨折的相对位置，为评估病情带来一定帮助，但因局限于二维图像，骨折部位的立体结构并不能直观显示出来[5]。CT重建虽然属于三维技术，但重建后存在静态化，对术者空间想象力有较高要求。3D打印骨折模型技术核心是制作一比一实物模型，能客观、直观的将髋臼骨折情况呈现在术者面前，这就弥补了传统影像学检查方法的缺陷[6]。Zeng等[7]报道将3D打印骨折模型技术用于髋臼骨折的诊断，发现该技术能显著提高复杂髋臼骨折的分型准确度。Chanarodríguez等[8]的研究报道指出，3D打印骨折模型技术能全面、立体的显示出髋臼骨折的骨块大小、移位、反转等情况，为手术提供帮助。桥接组合式内固定系统是近年来广泛用于治疗复杂髋臼骨折的新型固定技术，与传统固定术相比，该固定技术有以下几个突出优点[9-10]：首先，该固定技术根据骨折类型可以调换棒、钉等数量，具有相当高的灵活性及适应性；其次，该技术在无需或较少剥离骨膜的情况下能完成特殊部位固定，而对骨折断端血供几乎无影响，有利于骨折术后愈合。

本研究组将3D打印骨折模型技术及桥接组合式内固定系统应用于复杂髋臼骨折治疗，发现3D组患者具有手术时间短、术中出血较少、术后引流量少等特点，此结果与王鹏飞等[11]研究结果一致。分析其原因，本研究组认为这主要与以下原因有关[12-13]：其一，3D打印骨折模型技术可以完整复原髋臼骨折骨块，允许术者通过1︰1模型设计手术方案，提前确定手术入路、钢板尺寸、螺钉长度等；其二，本研究组术前在髋臼3D打印模型上进行了钢板预弯，因此术中无需处理钢板，且术前已经进行了骨折的复位模拟，大大减少了手术操作时间，为减少手术操作损伤提供了有利帮助；其三，桥接组合式内固定系统术中剥离骨膜少，对骨折断端血供影响小。本研究组对两组患者术后关节功能恢复情况进行了对比，发现在疼痛、运动幅度和步行能力总分上，3D组和传统组比较差异有统计学意义。此结果与关翔等[14]研究结果一致，提示采用桥接组合式内固定系统技术有助于促进复杂髋臼骨折患者术后髋关节功能恢复。本研究组认为这可能主要与3D组患者术中损伤更小进而促进了患者术后提前下床有关。促进患者术后功能恢复一直是复杂髋臼骨折治疗的关键之一，陈伟雄等[15]研究发现异位骨化、骨神经牵拉痛等术后并发症是影响复杂髋臼骨折患者术后髋关节功能恢复的主要原因之一。本研究组发现3D组患者异位骨化、骨神经牵拉痛等术后并发症相较于对照组并无显著性减少，但有减少的趋势，分析其原因可能与纳入病例数少有关。

综上所述，本研究组认为3D打印骨折模型技术及桥接组合式内固定系统治疗复杂髋臼骨折，在减少手术出血及时间方面有着显著优势，值得临床进一步研究和应用。