3D打印技术辅助置钉治疗骶髂关节结核

张晨威,费 骏,曹天一,胡金平

结核病是临床上较常见的传染性疾病，骨骼和关节结核约占肺外结核的10%～15%，骶髂关节结核约占骨骼结核的10%[1-2]。骶髂关节结核目前多采用能维持骨盆后环生物力学特性及骨盆后环强度效果较佳的骶髂螺钉固定方式治疗[3]。因骶髂关节特殊的解剖结构，故置钉时存在神经及血管损伤风险[4]。传统影像学检查并不能在术前制定出精准化、个体化的手术及置钉方案，并且由于透视角度和次数的限制，术中透视难以直观下观察到骨质破坏与需清除的病灶范围。对于骶髂关节结核患者，在全身支持治疗、局部制动、足程和足量应用抗结核药物的同时，采用3D打印技术辅助置钉可优化术前手术方案规划，提供个体化及精准化的治疗方案[5]。2014年2月～2018年2月，我科采用3D打印技术制作30例骶髂关节结核患者的术前等比例骨盆模型，辅助术前设计及应急预案的选择，规划详细的个体化手术方案，效果满意，报道如下。

1 材料与方法

1.1 病例选择纳入标准: ① 确诊为骶髂关节结核；② 影像学结果显示骶髂关节有关节间隙增宽模糊、骨质破坏、伴或不伴关节处脓肿形成；③ 患者主诉下腰部及臀部疼痛，以站立及行走时为甚。排除标准：① 化脓性关节炎等感染性疾病；② 类风湿关节炎及强直性脊柱炎等自身免疫性疾病；③ 致密性骨炎；④ 无法坚持常规抗结核治疗方案。

1.2 病例资料本研究共纳入30例，男12例，女18例，年龄26～73(42.35±15.76)岁。病程2～13(3.35±2.01)个月。骶髂关节受累:左侧19例，右侧11例。合并症：18例合并脊柱结核，2例合并耻骨结核。本研究经医院伦理委员会批准，患者均签署知情同意书。

1.3 术前准备① 常规抗结核治疗：入院即给予四联抗结核药物(异烟肼 0.3 g/d，利福平 0.45～0.60 g/d，乙胺丁醇 0.75 g/d，吡嗪酰胺 1.5 g/d)治疗3周以上；有合并症者请相关科室会诊协助治疗。② 治疗目标：患者结核中毒症状和全身情况明显改善，连续3 d体温≤38 ℃，红细胞沉降率≤60 mm/1 h 且呈下降趋势，白蛋白≥30 g/L，血红蛋白≥100 g/L，肺功能正常或稍低，肝、肾功能以及电解质基本正常。③ 影像学检查并用3D打印设备制作等比例骨盆模型，具体实施步骤如下：a) CT扫描：行64层螺旋CT扫描，扫描层厚设置为0.625 mm，对扫描结果以DICOM格式进行保存，并导入Mimics 10.01软件中分割阀值进行三维重建和简单光滑处理; b) 设计骨折3D模型：基于Edit Mask in 3D软件对三维蒙版进行编辑、修补，设计骨折3D模型，获得3D模型后从Mimics 10.01软件中导出，以.stl格式保存。将.stl数据信息输入Marker Bot系统，调整打印角度及位置后完成等比例实物模型的3D构建打印。④ 设计、模拟手术方案：根据3D打印模型明确骨破坏、骨缺损情况以及脓肿部位及范围，分析骨破坏部位与血管、神经的位置关系，确定最佳病灶清除范围与骶髂螺钉型号、置钉方向及进钉深度，模拟手术方案，制定个性化内固定及病灶清理方案。

1.4 治疗方法全身麻醉下手术。患者俯卧位。根据病灶位置及3D打印模型，在骶髂关节部做长约10 cm斜行切口，逐层分离暴露皮下组织、筋膜直至病灶，清除病灶干酪样组织、炎性肉芽组织、游离死骨及病灶脓性分泌物。根据病灶范围选取自体髂骨皮质骨或同种异体骨对骨缺损部位进行植骨。取患侧髂前上棘与髂后上棘连线的中后1/3为进针点，将ø 2 mm克氏针根据术中透视及术前设计的进针角度、方向、深度插入，确定导针位置及角度正确后予以攻丝，经髂骨至S1椎体置入适当长度的骶髂关节中空拉力螺钉。生理盐水反复冲洗后止血，病灶内注入链霉素，放置1根引流管1～2 d预防残腔形成扩大，逐层缝合切口。术后继续原有抗结核方案。

1.5 疗效评价① 采用疼痛VAS评分评估患者腰臀部疼痛程度。② 采用Majeed评分标准评估骨盆功能。

2 结果

患者均获得随访，时间12～43(19.5±5.4)个月。手术时间50～82(63.00±4.39)min。腰臀部VAS评分术后12个月1～4(1.98±1.25)分，明显低于术前1周的5～9(7.12±1.68)分，差异有统计学意义(P<0.05)。Majeed评分术后12个月79～92(83.45±6.94)分，明显高于术前1周的48～70(53.68±7.25)分，差异有统计学意义(P<0.05)。末次随访时均未出现结核复发情况。

典型病例见图1～4。

图1 患者，女，67岁，左侧骶髂关节结核合并耻骨结核，行3D打印技术辅助左侧骶髂关节结核病灶清除+左侧骶髂螺钉置入 A、B.术前X线片及CT，显示左侧骶髂关节面毛糙,左侧骶髂关节半脱位，骨质破坏，边缘不齐，周围软组织明显肿胀；C、D.术后9个月X线片及CT，显示左侧骶髂关节骶髂螺钉内固定在位，脓肿及死骨清除，关节面较平整 图2 患者，女，60岁，左侧骶髂关节结核合并腰椎结核，行3D打印技术辅助左侧骶髂关节结核病灶清除+左侧骶髂螺钉置入 A、B.术前X线片及CT，显示左侧骶髂关节面毛糙，关节间隙不均匀增宽，边缘不齐，骨质破坏；C、D.术后6个月X线片及CT，显示左侧骶髂关节骶髂螺钉内固定在位，脓肿及死骨清除，关节面较平整 图3 患者，男，28岁，左侧骶髂关节结核合并腰椎结核，行3D打印技术辅助左侧骶髂关节结核病灶清除+左侧骶髂螺钉置入 A、B.术前X线片及CT，显示左侧骶髂关节间隙不均匀增宽，边缘不齐，关节面毛糙，骨质破坏；C、D.术后4个月X线片及CT，显示左侧骶髂关节2枚骶髂螺钉内固定在位，关节间隙减小，关节面脓肿及死骨清除 图4 患者，女，65岁，右侧骶髂关节结核合并腰椎结核，行3D打印技术辅助右侧骶髂关节结核病灶清除+右侧骶髂螺钉置入 A.术前X线片，显示右侧骶髂关节面毛糙，关节间隙变窄;B.术后40个月X线片，显示右侧骶髂关节骶髂螺钉内固定在位，关节面较平整，骨面愈合情况良好

3 讨论

3.1 骶髂关节结核的临床特点骶髂关节位于骶椎与髂骨连接处，是由骶骨、髂骨耳状面以及周围软组织连接构成的关节。连接骶髂关节的软组织可分为前下部的滑膜结构及后1/3或2/3的韧带结构。滑膜结构由完整的关节囊、关节软骨及关节间隙构成，属于真性关节[6-7]。当结核菌进入血液后，经血液循环系统渗透入血管分布丰富的骨松质、关节滑膜内而引起骶髂关节结核[8]。由于骶髂关节特殊的解剖学结构及结核菌的传播特点，导致骶髂关节结核的首发病变部位为关节滑膜部。滑膜部菌群及脓液可使关节软骨溃破并侵蚀骨性结构，进而破坏关节面及骨组织，累及骨性结构的病变多发生在前下部的骶骨侧[9]。骶髂关节结核早期病变可见关节边缘不清、关节间隙增大、局部出现骨破坏病灶；晚期可进一步出现关节间隙狭窄甚至消失，同时伴有死骨及脓液形成。骶髂关节严重破坏者可并发骨盆前环向上脱位[10]。骨盆的形态为环状，位于人体承重的中部，具有力学支撑及保护重要脏器及软组织的作用。从解剖生物力学角度来说，骨盆是人体整体力量及重量传导的重要结构，其中骨盆后环约占总体功能的70%，而骨盆后环主要由骶骨及骶髂关节共同组成，具有支撑躯体重量，通过两侧耳状面与髂骨相连的重要作用[11-12]。因此，当发生骶髂关节结核伴关节骨质破坏时，采用抗结核药物控制及病灶清除的同时予以牢固的内固定也是治疗的关键。

3.2 现有影像学检查对骶髂螺钉置入的限制临床上常用骶髂螺钉治疗伴有骨盆破坏及不稳的骶髂关节结核，尤其对骨盆后环破坏的治疗效果更佳。Padalkar et al[13]比较了S1椎体置入2枚骶髂螺钉与张力带钢板固定的临床疗效，前者对骨盆后环稳定性的改善更佳明显。文献[14]研究显示，骶髂螺钉固定是骨盆后环固定的较坚固方式。骶髂关节解剖较为复杂且个体差异较大，其中骶髂部有重要的器官及血管神经伴行，仅凭X线、CT、MRI等影像学检查都只能显示骨折部位的二维图像，存在非动态连续化、提供信息量有限等缺点。传统二维透视因缺少三维立体定位，同时受骶骨变异等因素[15-16]影响，使得术者在术前难以全面了解病变骶髂关节全部骨质破坏的情况，术中极有可能发生神经血管损伤及病灶清除不完全等严重后果，故极大限制了骶髂螺钉的应用。

3.3 3D打印技术在骶髂关节结核治疗中的应用3D打印技术是一种完全不同于传统材料制作加工的新型技术[17]。近年来3D打印技术在生物工程领域的应用取得不断进步[18]，其在骨科疾病中的应用也日益增多，特别是在骨科术前手术计划方面。王德伟 等[19]治疗骨盆骨折时采用3D打印技术，可针对不同病例进行个性化术前设计、模拟手术和应急预案的设置，具有明显缩短手术时间的优点。魏新旺 等[20]采用3D打印模型设计个性化的修复方案治疗20例骨盆骨折患者，临床疗效良好。由于骶髂关节结核疾病的特殊性，术后疗效常与患者期望不符，导致医患纠纷发生概率急剧上升[21]。3D 打印技术可将复杂的骶髂关节损伤破坏转变为病变部位实体模型，便于手术医师进行动态观察，并在术前将手术的难点在3D模型上模拟，明确术中各项操作的注意事项以及预估术中可能出现的情况，规划详尽的术前个体化方案，确立相对的应急处理方案，降低手术风险，提升治疗效果[22-23]。同时以直观的模型向患者及家属讲解病情、手术的必要性及风险，能够取得患者最大程度的信任，提高其依从性。3D打印技术辅助置钉及病灶清除提高了骶髂关节结核手术成功率及效果，但由于3D打印无法显示软组织结构，医师不能直观评估骶髂关节周围软组织的损伤。另外，打印材料成本偏高以及完成所需时间长等问题也限制了其应用。

综上所述， 3D打印技术辅助置钉治疗骶髂关节结核，具有缩短手术时间、缓解患者疼痛、恢复患者站立行走能力等优点，更利于病灶完全清除，建立良好的医患关系，为获得理想手术效果提供新的技术保障。