3D打印模型与CT三维重建影像辅助手术治疗复杂髋臼骨折的疗效

强廷会,赵家瑞,牟 欢,郭忠尚,杜兴国,薛 超,周新立

汉中市中心医院骨关节外科，陕西 汉中 723100

复杂髋臼骨折[1]的骨折几何形状较复杂，包括T形骨折、后壁伴后柱骨折、横行伴后壁骨折、前方伴后半横行骨折、双柱骨折，多系高能量损伤所致，创伤后因髋臼形态本身不规则、解剖复杂、骨折移位明显且波及关节面，临床手术中较难处理。传统方法依赖骨折部位CT三维重建影像行术前计划及术中参考，在实施手术时普遍存在创伤大、手术时间长、术中出血多、术中透视次数多、容易出现术后并发症等缺点[2]。如何在手术时避免上述弊端，仍是目前创伤骨科医师关注的热点问题[3]。笔者科室目前术前及术中应用3D打印模型辅助手术，可在术前设计手术方案、体外预手术、3D模型可消毒后上手术操作台，术中参考更直观，在缩短手术时间及减少手术创伤方面取得了一定效果。本研究回顾性分析2017年10月—2020年12月笔者医院手术治疗复杂髋臼骨折患者60例，比较围术期使用3D打印模型与不使用模型患者的手术疗效，探讨使用3D模型辅助治疗复杂髋臼骨折的优缺点。

临床资料

1 一般资料

纳入标准:(1)年龄20～70岁；(2)Judet-Letournel分型[4]复合型骨折，包括T形骨折、后壁伴后柱骨折、横行伴后壁骨折、前方伴后半横行骨折、双柱骨折；(3)受伤前双侧髋关节活动正常。排除标准：(1)陈旧性骨折、病理性骨折，合并其他部位骨折；(2)合并不可逆性血管神经损伤影响下肢肢体功能。

本组复杂髋臼骨折病例60例，男性36例，女性24例，年龄25～64岁，平均41.8岁。根据是否使用3D打印模型分为3D组(34例)及对照组(26例)，3D组术前应用3D打印模型进行术前计划、预手术复位及钢板体外塑型，对照组未使用3D打印技术。两组患者一般资料比较差异均无统计学意义(P>0．05)，见表1。

表1 两组患者一般资料比较

2 术前计划及准备

所有患者入院后常规行三大常规、生化、凝血、血栓筛查、心肺功能评估、骨盆正位、髂骨斜位及闭孔斜位片、骨盆CT+三维重建检查。髋关节后脱位及中心性脱位者行股骨髁上骨牵引，纠正贫血及低蛋白血症改善全身情况。合并伤者处理其他部位损伤，稳定后行髋臼骨折手术治疗。

3D组：术前对骨折部位实施3D打印，行骨盆CT扫描+三维重建，将CT扫描及重建数据输入Minics软件进行计算，以STL格式输入打印机进行3D打印，将健侧髋臼数据镜像成患侧正常髋臼模型并进行3D打印获得患侧髋臼骨折模型及患侧正常髋臼模型；术前在模型上实施预手术，根据3D模型所示骨折部位、波及范围及骨折块移位情况决定手术入路、复位方法，在健侧镜像模型上结合骨折位置确定钢板长度并进行钢板塑型，在镜像模型上预手术，将塑形后的钢板固定于镜像模型上预估螺钉方向、角度及长度。将塑形好的钢板与3D模型灭菌术中备用。

对照组：患者依据骨盆X线片、CT及三维重建等影像学检查结果进行术前计划，根据患者的损伤具体情况选择不同的手术入路、复位顺序、内固定方法等。

3 体位及手术入路选择

实施插管全麻后，漂浮体位，术区常规消毒铺巾。手术入路根据骨折类型选择，后壁及后柱骨折选用后方K-L入路，前壁及前柱骨折选用髂腹股沟入路，四方区骨折伴中心性脱位选用改良Stoppa入路或腹直肌旁入路，双柱骨折选用前后联合入路，T形骨折根据骨折波及范围及移位情况设计手术入路[5]。

4 手术方法

两组患者手术由同一组手术医师完成，术中常规备自体血回输。3D组根据模型预手术情况指导入路选择及骨折复位：根据术前体外模型设计的区域置入提拉螺钉或Schanz针，应用顶棒、Farabeuf钳及牵引撬拨复位骨折断端，克氏针临时固定，将体外预手术时根据健侧镜像模型塑形的重建钢板置入相应骨折区域。以健侧镜像模型塑形钢板是否贴附作为是否解剖复位的依据，如果放置的位置和术前设计一致且贴附良好，证明骨折达到有效复位。根据预手术设计的螺钉位置、方向及长度置入螺钉，旋转髋关节无阻挡感，透视证实骨折复位及钢板螺钉位置长度，防止螺钉进入髋臼关节面。

对照组入路选择及显露同3D组，术中使用相同方法及手术器械辅助复位固定。复位后以铝制模板结合骨折局部形态体外即时塑形钢板直至钢板与局部骨质贴附良好，钻孔后测深确定螺钉长度，透视后调整钢板螺钉位置、方向及长度以避免螺钉进入髋关节。术中髋臼双柱骨折进行复位顺序是先复位和固定前柱，再到后柱及后壁，术中操作避免损伤坐骨神经、臀上动脉、股血管神经等邻近重要组织。透视确认后冲洗伤口，置引流管关闭伤口。

5 术后处理

术后无需牵引或外固定，术后24h内使用抗生素预防感染，术后48～72h拔除引流管，无抗凝禁忌者术后12h开始使用低分子肝素钙或利伐沙班抗凝预防血栓至术后3周；术后6h开始下肢肌肉等长收缩，术后2周平卧位练习下肢直腿抬高、屈髋屈膝功能锻炼，术后4～6周开始不负重下地活动锻炼，8周开始扶拐行走，术后3个月根据X线片所示骨折愈合情况，骨折线消失即可正常行走。

6 观察指标

观察记录手术时间、术中出血量、术中术后输血量、术中透视次数、Matta评分、Merle D’Aubigné & Postel评分等评价手术情况，术后复查X线片，使用Matta评分系统[6]评价髋臼骨折复位影像学效果，其具体评价标准为：骨折无移位为优，骨折移位<1mm为良，1～3mm为一般，>3mm为差。末次随访采用改良Merle D’Aubigné & Postel评分系统[7]评估髋关节功能，该评分从疼痛、行走、活动范围来对患侧髋关节进行功能评分，满分为18分，其中18分为优，15～17分为良，13～14分为可，<13分为差。

7 统计学分析

结 果

患者伤口均一期愈合，3D组和对照组比较，手术时间缩短，术中出血量、术中术后输血量及术中透视次数减少，差异有统计学意义(P<0.05)。见表2。两组患者术后门诊随访12～30个月，平均18.0个月，骨折均获得骨性愈合。术后影像学资料Matta评分及骨折愈合后最后一次随访获得的改良Merle D’Aubigné & Postel评分比较，差异无统计学意义(P>0.05)。见表3。典型病例见图1。

表2 两组患者手术时间、术中出血量、透视次数及术中术后输血量比较

表3 两组患者Matta评分及Merle D’Aubigné & Postel评分比较[n(%)]

图1 患者女性，41岁，交通事故致伤。a～c.术前影像；d、e.镜像模型塑形钢板、预手术植入螺钉；f～h.术后X线片

讨 论

髋臼骨折的解剖复位是获得良好髋关节功能的基础，充分的术前准备、术中清晰显露骨折、解剖复位以及稳固的内固定对术后髋关节功能的恢复具有重要意义[8]。因复杂髋臼骨折多系高能量暴力所致，骨折移位大、位置深在、周围重要血管神经多且血管神经肌肉解剖结构复杂，致使术中显露及复位困难，钢板塑型贴附欠佳。临床上多采用术前CT三维重建成像检查髋臼骨折及移位情况，评估骨折移位情况、选择手术入路及制定手术方案，手术时为清晰显露骨折断端常需要扩大切口及剥离范围，创伤大、出血较多；手术过程中需要反复透视调整复位、钢板位置及长度，钢板塑型需要借助模板反复调整贴附，导致术中透视次数较多、手术时间延长[9]。随着3D打印快速成型技术广泛应用于骨科手术[10]，术者可在体外更加直观、精确地获取骨折碎裂、移位信息，制定更加精确的手术方案，并可在模型上进行体外预手术，复位骨折、塑型钢板，选择钢板螺钉位置及长度，从而极大提高复位质量，显著减少术中透视次数，缩短手术时间[11-12]。但是全骨盆3D打印模型制作价格相对较昂贵，制作时间较长，模型上的骨折复位难以恢复达到解剖复位的形态，体外骨折模型上塑型的钢板无法贴附至解剖复位。笔者利用骨盆髋臼解剖形态的对称性，将健侧CT扫描三维重建数据利用软件制作成镜像模型，形成患侧完全解剖复位状态，在镜像模型上塑型钢板，判断钢板置入位置及螺钉方向和长度，术前计划更为精准，减少术中对钢板形态、位置、螺钉长度和方向的调整，大大缩短手术时间，减少术中出血及围术期输血，也减少透视次数[13]。

本研究中3D组将健侧镜像模型应用于术前计划及体外预手术，根据患侧骨折模型选择手术入路，制定复位方法；将健侧镜像模型上预弯的钢板置于骨折部位，可以作为骨折是否解剖复位的标志[14]。术中不需再塑形钢板及调整螺钉位置和方向，手术时间显著缩短，因而术中出血量及术中术后输血量较常规组显著减少，术中透视次显著减少，从而也降低了术后感染风险，减少手术人员的辐射损伤[15]。3D模型仅需制作两个患侧半骨盆模型，缩短了制作时间，降低了模型制作费用，较全骨盆制作节省时间，价格经济，便于临床推广应用。

本研究的不足之处为回顾性研究样本量较小，证据等级不高。研究着重对手术期指标及近期关节功能做了观察对比，远期疗效仍需进一步随访观察。

作者贡献声明：强廷会：论文撰写、修改及审校、参与手术、资料搜集；赵家瑞：资料收集、论文撰写、文献检索；牟欢、郭忠尚、杜兴国、薛超：术前评估及手术操作/病例资料整理及统计学分析/研究(内容)设计；周新立：研究指导、论文修改、经费支持、病例随访、数据整理