结合3D打印技术设计和定制数字化锁定钛板联合髋关节后侧入路在髋臼后壁骨折中的应用

徐明方，黄荣东，周冬长

[惠阳三和医院（有限合伙）骨科，广东 惠州 516211]

髋臼骨折是盆骨骨折的一种特殊类型，与高能量创伤有关，临床表现为髋部疼痛、红肿、压痛等症状，其中髋臼后壁骨折在髋骨骨折中较为常见，直接影响患者髋关节的整体稳定性，限制其日常活动，降低生活质量[1]。外科手术是治疗髋臼后壁骨折的首选方法，以重建钛板辅助髋关节后侧入路手术较为常用，但由于髋臼为一个不规则的球面形状，钛板的弯曲度无法很好地与髋骨贴合，因此无法达到良好的预期恢复目标[2]。随着数字医学技术的发展，3D打印技术已被广泛用于医疗模型、医疗器械、康复器械等领域，结合临床实践发现，3D打印技术可运用于术前虚拟复位手术和设计方案，根据3D打印模型对骨折部位进行诊断分型，从而制定个体化手术方案，为骨科手术提供了良好条件[3]。为此，本研究选取46例髋臼骨后壁骨折患者开展研究，旨在探讨3D打印技术设计和定制数字化锁定钛板联合髋关节后侧入路在临床运用中的效果，现将研究结果报道如下。

1 资料与方法

1.1 一般资料 选取惠阳三和医院（有限合伙）2015年7月至2021年3月收治的46例髋臼后壁骨折患者，按照随机数字表法分成对照组和观察组，各23例。对照组患者中男性12例，女性11例；年龄30～70岁，平均（45.10±1.02）岁；致病原因：车祸11例，高处坠落伤7例，砸伤5例。研究组患者中男性15例，女性8例；年龄33～70岁，平均（45.01±1.39）岁；致病原因：车祸13例，高处坠落伤6例，砸伤4例。两组患者一般资料（性别、年龄、致病原因等）比较，差异无统计学意义（P＞0.05），组间具有可比性。纳入标准：符合《骨科疾病诊疗指南（第3版）》[4]中的相关诊断标准者；经CT或X线检查确诊，且符合手术指征者；受伤前双侧髋关节活动正常者；无既往髋关节手术史者等。排除标准：认知障碍者；病理性/开放性骨折者；合并心、肝肾功能不全、恶性肿瘤等疾病者；伴有严重骨质疏松者等。本研究经惠阳三和医院（有限合伙）医学伦理委员会批准，患者及其家属均已签署知情同意书。

1.2 手术方法 患者入院后，均进行常规检查（心电图、X线、CT、生化检查及凝血4项等），排除其他疾病，制定手术方案。由同一组医师、进行髋关节后侧入路手术。对照组患者行重建钛板辅助治疗，予以患者全麻，常规消毒，根据影像学资料判断骨折类型，确定髋关节后侧入路切口，逐层切开皮肤组织，充分显露骨折端，对骨折线周围血肿及嵌顿软组织进行有效清除并复位，取克氏针进行临时固定，透视复位满意，置入预弯重建钛板。确定钛板塑形贴合效果满意，即可拧入螺钉，拔出克氏针；冲洗术腔，关闭切口，常规留置引流管。观察组患者行3D打印技术联合定制数字化锁定钛板辅助治疗，术前设计和模拟手术，对患者骨盆区进行CT检查，获取CT数据，并导入医学三维软件中，分析处理数据，得到骨盆、髓臼的三维重建模型，在三维软件作用下，重建模型，利用“三维编辑”功能复位骨折块，参照大骨折块，结合骨盆解剖结构形态，虚拟复位骨折块；全部骨折块复位后输出，以3D打印机为工具，打印同比例的骨盆骨折整体形态模型和模拟复位后的骨盆模型，之后以虚拟复位骨盆为基础，设计钢板的最佳植入位置；同时准确记录螺钉数量、钢板长度、钉道长度及方向，结合骨折模型特征进行虚拟复位，设计、定制3D数字化锁定钛板。后行髋关节后侧入路切口，逐层切开组织，显露骨折端，清除骨折线周围血肿、嵌顿软组织，根据术前确定的复位螺钉置入点，取复位螺钉植入骨折线两侧或取克氏针临时固定；根据模拟手术时确定的置板解剖标志将定制钛板置入，并辅以螺钉固定，拔出克氏针。透视复位良好后，常规留置引流管，缝合切口。两组患者均于术后进行常规抗感染、止血等治疗，抬高患肢，于24～48 h内拔除引流管，逐渐进行关节、肌肉收缩功能锻炼，定期复查。均于术后随访6个月。

1.3 观察指标 ①手术相关指标，包括手术时间、术中出血量、术后引流量。②血清炎性因子，包括白细胞介素-6（IL-6）、C-反应蛋白（CRP），分别于术前与术后24、48 h采集两组患者空腹静脉血5 mL，离心（3 000 r/min，10 min），取血清，采用酶联免疫吸附实验法检测。③髋关节功能，于术后6个月评价两组患者髋关节功能恢复情况。选择改良Merled’Aubigne-Postel髋关节评估系统[5]分别从疼痛、运动幅度、步行3方面进行评分，3项相加分值≥ 18分即为优；分值为15～17分即为良；分值为13～14分即为可；总分值＜13分即为差，总优良率=（优+良）例数 / 总例数×100%。④并发症，统计两组患者术后并发症发生情况，包括切口感染、创伤性关节炎、医源性神经刺激症状等。⑤典型病例分析。

1.4 统计学方法 采用SPSS 25.0统计软件分析数据，计量资料以(±s)表示，两组间比较采用t检验，多时间点比较采用重复测量方差分析；计数资料以[例(%)]表示，采用χ2检验。以P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 手术相关指标 观察组患者手术时间显著短于对照组，术中出血量、术后引流量均显著少于对照组，差异均有统计学意义（均P＜0.05），见表1。

表1 两组患者手术相关指标比较( ±s)

表1 两组患者手术相关指标比较( ±s)

组别 例数 手术时间(min) 术中出血量(mL) 术后引流量(mL)对照组 23 147.23±35.05 325.27±61.19 220.17±13.01观察组 23 114.39±20.13 254.49±57.30 132.25±10.19 t值 3.897 4.049 25.515 P值 ＜0.05 ＜0.05 ＜0.05

2.2 血清炎性因子水平 与术前比，术后24、48 h两组患者血清IL-6、CRP水平均呈先升高后降低的趋势，且观察组各时间点均显著低于对照组，差异均有统计学意义（均P＜0.05），见表 2。

表2 两组患者血清炎性因子水平比较( ±s, ng/L)

表2 两组患者血清炎性因子水平比较( ±s, ng/L)

注：与术前比，*P＜0.05；与术后24 h比，#P＜0.05。IL-6：白细胞介素-6；CRP：C-反应蛋白。

组别 例数 IL-6 CRP术前 术后24 h 术后48 h 术前 术后24 h 术后48 h对照组 23 144.43±20.47 297.75±20.66* 265.56±34.69*# 14.20±3.11 84.53±7.21* 78.34±7.26*#观察组 23 151.35±21.48 243.38±23.34* 228.60±25.38*# 14.35±2.84 73.02±5.40* 69.88±12.41*t值 1.118 8.365 4.124 0.171 6.128 2.822 P值 ＞0.05 ＜0.05 ＜0.05 ＞0.05 ＜0.05 ＜0.05

2.3 髋关节功能恢复情况 术后6个月观察组患者髋关节功能恢复总优良率显著高于对照组，差异有统计学意义（P＜0.05），见表 3。

表3 两组患者髋关节功能恢复情况比较[例(%)]

2.4 并发症 两组患者并发症总发生率比较，差异无统计学意义（P＞0.05），见表4。

表4 两组患者并发症发生率比较[例(%)]

2.5 典型病例分析 患者1，女性，64岁，左髋臼骨折，接受3D打印技术联合定制数字化锁定钛板治疗，术前制定髋部3D打印模型，见图1-A；术中采用定制数字化锁定钛板固定，术后1个月门诊复查X线片显示内固定位置良好，见图1-B。患者2，女性，59岁，左髋臼骨折，接受3D打印技术联合定制数字化锁定钛板治疗。于术前建立髋部3D打印模型，见图2-A，后行3D打印技术联合定制数字化锁定钛板治疗，并于术后1个月门诊复查，结果显示骨折复位，固定良好，髋臼形态基本恢复，见图2-B。

图1 典型病例1术前髋部3D打印模型与术后X线片

图2 典型病例2术前髋部3D打印模型与术后X线片

3 讨论

重建钛板辅助治疗是治疗髋臼后壁骨折中常用的固定方案，但由于髋臼后壁骨折结构相对复杂，所以治疗难度较高，即便在内固定过程中依据影像学检查资料，但仍会造成患者术后发生金属疲劳、螺钉孔进入关节等问题，增加并发症的发生风险，影响髋关节恢复[6-7]。

3D打印技术是一种以数字模型为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。近年来，3D打印技术在医学领域中得到广泛运用，有研究指出，3D打印技术在骨科手术中具有良好的辅助应用价值，术前通过以影像学图像为基础构建模型，使医师直观了解骨折状况，以拟定个性化手术方案，提高手术效果，确保手术安全性[8-9]。黄旭科等[10]研究指出，髋臼粉碎性骨折患者辅以数字化设计、3D打印模型，可缩短手术时间，且无严重并发症（血管、神经损伤等），而随访期间所有患者骨折复位总优良率可达83.33%。王尔健等[11]研究指出，3D打印技术辅助髋臼后壁骨折手术患者复位有效率高达97.22%，髋关节功能恢复优良率提高至97.22%，由此可见，3D打印技术在骨科手术中具有一定的可行性、有效性。

本研究结果显示，观察组患者手术时间显著短于对照组，术中出血量、术后引流量均显著少于对照组，且两组患者并发症总发生率比较，差异无统计学意义，表明3D打印技术联合定制数字化锁定钛板辅助治疗可缩短手术时间，减少出血量，促进髋关节后侧入路手术的顺利进行，原因在于，3D打印技术能在3D打印模型技术的基础上，指导医护人员在术前借助CT检查，扫描、重建患者骨盆区，结合CT三维重建数据，数字化模拟骨盆骨折形态，打印出3D模型，再根据模型行虚拟复位，而后应用3D数字化定制锁定钛板，做到专板专用；同时，其无需反复对定制钛板进行塑形，经钻孔拧入螺钉固定，固定效果极佳，因此，3D打印技术的运用能确保实现个体化、精确化。此外，本研究还对术后近期的炎性因子进行观察，结果显示，与术前比，术后24、48 h两组患者血清IL-6、CRP水平均呈先升高后降低的趋势，而观察组患者各时间点均显著低于对照组，说明无论是重建钛板辅助治疗，还是3D打印技术联合定制数字化锁定钛板辅助治疗，都可造成一定程度的损伤，但相较于重建钛板辅助治疗，3D打印技术联合定制数字化锁定钛板辅助治疗对髋臼后壁骨折患者机体损伤更小，其原因在于，3D打印技术联合定制数字化锁定钛板辅助治疗可于术前先模拟手术过程，术中所使用的三维记忆内固定系统是由镍钛形状记忆合金制作而成，生物相容性良好，具有较强的固定强度，且其术中只需暴露骨折邻近部位即可，无需较大范围的显露，从而减小对患者机体的创伤；同时，由于其手术时间较短，故而造成的手术应激反应也较小，进而减少炎性因子的释放。

髋关节功能的恢复是髋臼后壁骨折手术的治疗关键，本研究结果显示，术后6个月观察组患者髋关节功能恢复总优良率显著高于对照组，提示3D打印技术联合定制数字化锁定钛板辅助手术治疗利于髋关节功能的恢复。究其原因，术前模拟骨折与复位情况，可确保术中精准定位，游离骨块，提高复位满意效果；术前模拟螺钉置入、内固定塑形，能够有效避免复位丢失；术前设计需处理的骨块，可确保术中骨块的解剖复位效果满意，恢复关节面平整，以及微调整髋臼关节面、同心圆结构的恢复情况；使用克氏针临时模拟螺钉植入固定，明确螺钉长度、方向，可减少实际手术时间，保证手术的安全性更高、内固定分布更合理、固定效果更理想，极大程度上避免了术后早期功能锻炼导致的复位丢失现象，促使患者尽早恢复髋关节功能，恢复正常生活[12]。

综上，针对髋臼后壁骨折患者，3D打印技术和定制数字化锁定钛板联合髋关节后侧入路方案可缩短患者的手术操作时间，减少出血量；同时还可减轻手术应激反应，减少术后血清炎性因子的释放，进而利于髋关节功能的早期恢复，且不会增加并发症的发生，安全性良好。但介于本次研究样本量较少，存在一定的局限性，今后仍需临床继续探究3D打印技术对髋臼后壁骨折患者的影响，以期丰富研究成果，提升对该病患者的治疗水平。