3D打印点式接触导板辅助骶髂螺钉经皮微创置入一例

张仕剑 祝茂松 夏进先 方强 周礼兵 邓杨

骨盆骨折一般为高能量损伤，占全身骨折1%～3%[1]，涉及骨盆后环的不稳定型骨折，骶髂螺钉固定具有较好的生物力学强度[2]，是目前治疗骨盆骨折后环损伤、降低致残率的首选方案之一[3-5]。然而，临床骶髂螺钉置入过程中神经血管损伤病例时有发生。计算机导航系统等技术手段虽然可以辅助精准置入骶髂螺钉，然而投入成本过高，基层医院难以普及[6]。为了探索适宜于基层医院的骶髂螺钉置入辅助技术，我科采用3D打印导板技术辅助骶髂关节骨折/脱位骶髂螺钉经皮微创置入治疗骶髂关节骨折，取得了较好效果，现报告如下。

男性病人，55岁，因“高处坠落伤后双髋臀部疼痛伴活动受限半小时”入院，既往体健。查体：生命体征稳定，神志清楚，精神可，头、胸(-)，双侧骶尾部及耻骨联合处淤青，骨盆挤压分离试验(+)。

入院后完善X线、CT+3D等辅助检查，予以骨盆兜外固定及稳定血流动力学等对症支持治疗。该病人骨盆损伤的情况为左侧耻骨上下支骨折、左侧骶骨骨折(Denis Ⅱ区骨折)伴骶髂关节脱位、右侧骶骨骨折(Denis I区骨折)(图1)。

A 病人术前CT平扫 B 病人术前三维CT重建图像

同时，将CT数据导入mimics软件重建骨盆三维图像，于3-matic软件中设计骶髂螺钉置钉导板，交付我院3D数字医疗工作室3D打印机打印成型骨盆模型及导板实物，在模型上进行模拟预手术操作，验证与软件中设计一致，将导板低温等离子消毒备用(图2)。

图2 3D打印骨盆病损模型及置钉导板术前模拟

于入院后第7天，在全身麻醉下行经皮微创左侧骶髂螺钉置入术，手术时间约38分钟，出血量约为40 ml，置入过程中使用C臂X光机透视5次，手术切口一期愈合。术后X线片及CT复查显示经皮微创置钉导板辅助下置入骶髂螺钉的进钉点、进钉方向都与术前设计方案一致，骶髂螺钉在骶髂关节内位置良好，未见螺钉穿出骶骨前侧皮质。术后3个月随访，骨盆骨折临床愈合，按Majeed功能评分系统评价骨盆骨折术后功能情况为优，骶髂螺钉无松动、断裂、穿出，骨折愈合良好(图3)。

图3 术中操作图及术后影像学资料

讨论

骨盆后环的不稳定骨折一般涉及骶髂关节的骨折及脱位，常用的手术方式有前方入路的骶髂关节切开复位内固定、后方入路的闭合复位内固定、经皮骶髂螺钉内固定等技术。前后入路的复位内固定术创伤大、并发症多、感染等手术风险较大[7]。骶髂螺钉固定因其创伤小，生物力学强度高等优势，逐渐成为治疗骶髂关节脱位及骨折的主要手段[8]。然而,由于骶骨的解剖结构较特殊，骶髂螺钉的置入一般难达到精准的理想位置。螺钉置入区域狭小，骶髂螺钉置入的通道前方毗邻骶神经及盆腔内脏等重要结构，如果螺钉穿出可导致毗邻重要神经、血管及内脏的损伤，从而造成严重的并发症。因此在骶髂螺钉置入过程往往需要反复透视以确定螺钉的进钉点及钉道方向，以免螺钉置入位置偏移，导致严重并发症。传统的经皮骶髂螺钉内固定手术存在手术时间较长、反复透视导致病人及手术人员的放射线暴露，置钉失误率较高等缺点，在基层医院开展较困难[9-10]。

因此，我们探寻借助3D打印及其导板技术如何减少该类手术的创伤，实现经皮微创置钉，缩短此类手术学习曲线[11-12]。

研究骶髂螺钉经皮微创置钉导板的意义在于：(1)减少手术创伤，实现经皮微创，为同时合并骨盆其他部位骨折的复杂手术减少整体创伤及节约整体手术时间。(2)借助导板指向的安全区域置钉，再结合术中必要的透视，基本杜绝因置钉误差所致的骶前动静脉丛及骶丛神经损伤，提高准确性的同时也减少了术中因X光机透视所致放射线暴露。(3)缩短年轻医师对此类手术的学习曲线，借助导板技术积累经验。

我们研究了如下内容：(1)导板以哪些骨盆骨性标志作为定位点以达到稳定性。(2)如何避免或减少因体位的变化导致定位误差。(3)术中如果出现导向偏差如何纠正。(4)导板稳定性与有效性的平衡，如何借助有限的定位点达到导板的稳定，不因术者的主观因素导致置钉位置偏差。(5)导板能否应用现有消毒灭菌技术处理而不发生形变。(6)导板的简易化。(7)不作手术切口的经皮微创置钉导板的可能性。

术前常规行患处CT平扫+三维重建，将平扫数据导入mimics软件，分别从冠状位、水平位、矢状位观察骨折形态，以此作为分型依据；再生成三维图像，用于术前讨论、模拟内置物置入及医患沟通。再将数据导入软件生成3D打印文件并交付我院数字医疗工作室3D打印机打印骨骼病损模型，同时在软件中完成骨折模拟复位及导板设计，将导板打印文件交付3D打印机打印成形以备术中使用。导板打印材料为PLA型材，可用低温等离子消毒灭菌，整个过程成本投入及技术硬件要求适宜于在基层医院开展。

本导板设计思路为带3～5个固定位点的腰围式导板及其置钉导孔，在软件中模拟标准及安全的骶髂螺钉置入，沿螺钉轴线延伸至皮肤外，生成导孔，对侧同样设计，选取第5腰椎棘突、双侧髂后上棘3个定位点，必要时添加双侧髂后下棘或双侧髂前上棘为辅助定位点，延伸为定位导孔，设计腰围状翼面为连接各导孔的导板主体。实际应用中发现，无论是因为体位的变化，还是定位点的微小偏差，都能将导针置入安全区域内，即便出现较大偏差，我们以偏差的导针作参考，也能调整导针进入安全区域。

该置钉导板的优点有：(1)精确和标准的骶髂螺钉置钉辅助，无需完全依赖术者经验及反复X光透视。(2)个性化设计，依据病人不同的骨盆形态设计。(3)简易的制作工艺，从设计到打印成形一般不超过24小时。(4)实现经皮微创骶髂螺钉置入，既避免了徒手经皮微创置钉的风险及术中反复X光透视的射线暴露，也弥补了传统骶髂螺钉导板创伤较大的不足。

本研究骶髂螺钉置钉钉道的设计是基于数字骨科相关软件的三维测量，可从多个维度进行观察及测量，测量工具精度较高，确定的最佳骶髂螺钉通道范围较精确，可重复性较高。

该导板在设计及应用中也可能存在一些偏差，主要原因有CT扫描层厚、软件中骨盆模型与真实病损骨骼的细微差距、导板固定位点与骨性标志的契合程度、术中导板稳定性等。

因此，我们建议：(1)尽可能俯卧位CT扫描，CT扫描的层厚一般为1 mm以下，可以降低误差；(2)导板定位位点的骨性标志应多点、立体选择，可以增加导板的稳定性，导板的置钉导向通道内径可设计与导针直径匹配，通道长度可以适当加长，以增加导针导向的准确性。(3)导板设计过程中，临床医生应与工程师反复沟通，以确保互相理解设计方案[13]。

本方法目前的局限性：适用于骶髂关节骨折及脱位移位不明显的病人。本例病人因为骨盆后环骨折移位不明显，所以术中未进行复位操作。设计时，我们尝试以健侧镜像为依据确定置钉通道，但骨盆两侧的骨性解剖标志不一定完全对称，所以存在误差，因此我们尝试确定多个导板定位点。

此类手术术前常规获取的影像资料为X线片及二维CT图像，虽然影像科提供的三维重建图像对于骨折情况的了解有一定帮助，但仅靠几个方位的截图仍然不足以提供十分有效的帮助。利用3D打印技术，术前可打印出骨折部位的病损模型，提供了一个看得见摸得着的实物，对于手术医生详细了解骨折病损情况、骨折分型、术前的病情讨论、手术方案设计以及医患沟通等方面都提供了有效的帮助。

综上所述，对于无移位或移位较小的骶髂关节骨折及脱位需要进行骶髂螺钉固定的病人，应用3D打印及其导板技术能够一定程度的简化手术操作，缩短手术时间，降低相关手术风险，也能缩短年轻医生对该类手术的学习曲线。鉴于目前研究病例较少及导板相关缺陷，该导板技术还有待于积累更多病例及长期随访来进一步验证[14]。