3D打印技术在复杂髋臼骨折治疗中的应用

李智浩,张绍安,李 真,贺喜顺,远东涛,王松茂

·临床论著·

3D打印技术在复杂髋臼骨折治疗中的应用

李智浩,张绍安,李 真,贺喜顺,远东涛,王松茂

目的 探讨3D打印技术在复杂髋臼骨折治疗中的应用价值。方法 回顾性分析46例行手术治疗的复杂髋臼骨折患者资料,按是否采用3D打印技术分为3D组(18例)和常规组(28例)。分别记录两组患者的手术时间、术中出血量及输血量。结果 46例均获得随访,时间12～24个月。手术时间:3D组为(3.5±0.5)h,常规组为(4.5±0.9)h;术中出血量:3D组为(1 000.5±253.3)ml,常规组为(1 450.2±231.4)ml;围手术期输血量:3D组为(6.9±4.8)U,常规组为(10.3±2.4)U;3D组3项指标均少于常规组，差异均有统计学意义(P<0.05)。两组患者均无医源性血管损伤、骨不愈合、内固定失效等并发症。结论 3D打印技术应用于复杂髋臼骨折可在术前进行充分计划,使术中操作更加准确有效,并缩短手术时间。

髋臼骨折; 骨折固定术,内; 3D打印技术

髋臼位置的特殊性以及解剖关系的复杂性大大增加了髋臼骨折治疗的难度。用于髋臼骨折内固定的髋臼前柱、后柱钢板有固定风险,螺钉一旦穿入关节,将造成盆腔内血管或神经损伤,且会引起严重的并发症。临床上采用髂腹股沟入路、Stoppa入路等前方入路固定髋臼骨折时,由于无法看到对侧的关节面,螺钉一旦发生方向偏离或位置错误,将会导致螺钉误入髋关节,造成软骨溶解或骨关节炎等严重的并发症;若术中未被发现,术后因影响髋关节的活动而导致灾难性后果。髋臼骨折解剖复位与非解剖复位情况下临床疗效按 Postel-d′Aubigné 评分其优良率相差30%[1],可见髋臼骨折对于复位的要求很高。近年来,3D打印技术为实现骨折患者的个性化治疗提供了依据[2]。通过3D打印技术进行精细的术前设计,可缩短手术时间、减少术中出血量。笔者回顾性分析2014年2月～2015年12月在我院行切开复位内固定术治疗的46例复杂髋臼骨折患者资料,比较术前使用3D打印技术和未使用3D打印技术对复杂髋臼骨折术中操作及术后治疗效果的影响,报道如下。

1 材料与方法

1.1 病例资料 本组46例,男36例,女10例,年龄27～56岁。骨折按Judet-Letoumel分型:后柱伴后壁骨折6例,横行伴后壁骨折13例,前方伴后半横行骨折5例,双柱骨折22例。10例伴有不同程度的髋臼边缘或关节面压缩骨折。致伤原因:交通伤33例,高处坠落伤8例,重物砸伤5例。合并伤:四肢骨折21例,胸腹部损伤2例,颅脑损伤12例。按术前是否采用3D打印技术分为两组:① 3D组:采用3D打印技术,18例,男14例,女4例,年龄31～54岁。② 常规组:未采用3D打印技术,28例,男22例,女6例,年龄27～56岁。两组患者术前一般资料比较差异无统计学意义(P>0.05)。伤后至手术时间为6～12 d。

1.2 术前处理 9例伴髋关节后脱位者入院后立即行髋臼脱位手法复位。患者入院后均给予患肢股骨髁上牵引,重量为6～8 kg;均行骨盆正位、闭孔斜位、髂骨斜位X线及CT平扫和三维重建检查。待患者病情稳定后给予手术治疗。备血400～800 ml;术前0.5～2 h应用抗生素预防感染。

1.3 手术设计 常规组依据影像学检查结果进行术前设计,根据患者的具体损伤情况选择不同的手术入路、复位顺序、内固定方法等。3D组根据影像学检查结果对患者骨折部位进行3D打印:患者进行CT三维扫描,导入数据进行三维计算,获得骨折区域的三维图像并打印出模型。在3D打印的髋臼骨折模型上观察骨折形态,确定手术方案,进行模拟手术(即进行髋臼骨折复位,尽量恢复髋臼解剖形态,确定内固定方式,预置钢板、预估螺钉方向及角度)。

1.4 手术入路 气管插管全身麻醉。根据术前设计的手术入路选取体位,患者可平卧位或侧卧漂浮体位。后柱伴后壁、横行伴后壁骨折选用K-L入路,前方伴后半横行骨折选用髂腹股沟入路,双柱骨折选用前后联合入路。

1.5 术后处理 常规应用抗生素28 h。36～72 h拔除引流管后立即摄骨盆正位、闭孔斜位、髂骨斜位X线片复查。术后3 d即行股四头肌等长收缩锻炼,4～6周行髋关节屈伸功能锻炼,6～8周增加髋关节内收、外展功能锻炼,8～12周部分负重(<15 kg),术后3个月逐渐下地行走。

2 结果

术中出血量、输血量、手术时间3D组均少于常规组,差异均有统计学意义(P<0.05 )。见表1。 患者均获得随访,时间12～24个月。两组均无医源性血管损伤、骨不愈合、内固定失效等并发症。

表1 两组手术指标比较±s)

3D组典型病例见图1。

3 讨论

3.1 传统方法的局限性 X线、CT检查为观察骨折形态学的传统方法,虽然便于医师仔细观察骨折情况并分类,但难以真正做到全面、细致地了解骨折形态,对于复杂的髋臼骨折更是如此。尽管CT三维重建可以清晰地观察骨折的形态学改变,但依旧是二维平面的图片,医生对骨折情况缺少三维立体感观,难以在术前做详尽的手术计划。髋臼骨折的不确定性决定了骨折内固定需要个性化的特点,传统手术无法做到精确的术前设计,更多依赖术者的经验,因此无法做到设计思路及过程准确、共享。

图1 患者,男,53岁,高处坠落致全身多发伤,失血性休克,右侧髋臼粉碎性骨折 A、B.术前CT,显示髋臼形态丧失;C～E.术前制作3D打印骨折模型,观察骨折形态及模拟手术,显示骨折Judet-Letoumel分型为双柱骨折,骨折粉碎性;F～H.根据3D打印模型及模拟手术方案行前、后路联合入路,术后X线片显示骨折复位良好,内固定物位置佳

3.2 3D打印技术的优势 3D打印技术是一种基于三维数字模型,使用粉末状或者液体的金属等可以粘合的材料,通过逐层打印的方式来构造患者的受伤部位,形成实体模型。本组通过3D打印实体模型可立体显示骨折块的大小、走形方向、移位程度,可以明确髋臼边缘或关节面压缩情况,通过观察压缩的面积及程度可拟定术中使用骨刀型号及需要撬拨的深度。我们在临床中发现,撬拨过深容易造成新的骨折,撬拨过浅又不能完整复位。本研究中有10例伴有不同程度的髋臼边缘或关节面压缩骨折通过术前CT平扫及三维重建检查确诊2例,通过3D打印模型确诊7例。术前根据3D打印模型,反复操作进行置钉及预弯、修剪钢板,精确模拟螺钉、钢板的长度及角度置入,选取最优术前设计方案,术中可减少甚至避免内固定的调整,既缩短了手术时间,又提高了内固定效果,同时还可减少术中透视次数。李健宏 等[3]通过3D打印技术反复模拟手术过程,减少了手术失误,实现了个体化精确的手术设计,避免了以往一次定型的手术弊端。此外,在临床中我们还发现,结合个性化3D打印模型可以更直观、清晰地向患者阐述损伤情况、手术细节及可能出现的并发症,使患者更好地了解手术方案及风险,有利于医患沟通。3D打印技术作为骨科一种辅助手段,有利于各种髋臼骨折的诊断及治疗,尤其对于复杂、伴有关节面压缩的髋臼后壁骨折。

3.3 本研究的不足之处 ① 为回顾性资料分析;② 由于我科数字骨科实验室建立不久,3D打印技术尚未得到广泛应用,存在设备、材料贵,打印耗时长,精度低等问题;③ 研究的样本量偏少,部分患者随访时间偏短,对骨折复位质量、远期并发症等的分析可能存在偏倚。

[1] 游景扬,王 钢,郑 勇,等. 复杂髋臼骨折手术疗效的影响因素分析[J]. 中国骨与关节损伤杂志,2012,27(10):873-875.

[2] Guy P,AI-Otaibi M,Harvey E J,et al．The“safe zone” for extra-articular screw placement during intra-pelvic acetabular surgery[J]．Orthop Trauma,2010,24(5):279-283．

[3] 李健宏,钟 磊,吴丹凯,等.3D打印应用于儿童髋内翻矫形术后接骨板折断[J].临床骨科杂志,2016,19(6):708.

(接收日期:2017-04-23)

The application of 3D printing technique in the treatment of complex acetabulum fractures

LIZhi-hao,ZHANGShao-an,LIZhen,HEXi-shun,YUANDong-tao,WANGSong-mao

(SectionⅢ,DeptofOrthopaedics,theSecondAffiliatedHospitalofLuoheMedicalCollege,Luohe,Henan462300,China)

Objective To investigate the application value of 3D printing technique in the treatment of complex acetabulum fractures. Methods The 46 patients with complex acetabulum fractures after surgical treatment were analyzed in a retrospective way. The patients were divided into two groups: those cases who

3D printing technique (3D group,18 cases) and those cases who received conventional surgery (conventional group,28 cases).The operation time, bleeding volume during operation and the blood input volume during perioperative period were separately recorded. Results All 46 patients were followed up for 12～24 months.The operation time: the 3D group was (3.5±0.5) h, and conventional group (4.5±0.9) h; the intraoperative bleeding volume was respectively (1 000.5±253.3) ml and (1 450.2±231.4) ml in the 3D group and conventional group; the perioperative blood input volume of 3D group was (6.9±4.8) U and the conventional group was(10.3±2.4) U. These 3 indexes were less than conventional group, and the difference had statistical significance (P<0.05). No patient in both groups had complications like non-iatrogenic vascular damage, nonunion or failed internal fixation. Conclusions The application of 3D printing technique can guarantee a good preoperative preparation, a more accurate and effective operation, and shorten operation time.

acetabulum fractures;fracture fixation,internal;3D printing technique

10.3969/j.issn.1008-0287.2017.03.026

漯河医学高等专科学校第二附属医院骨三科,河南 漯河 462300

李智浩,男,主治医师,主要从事创伤骨科研究,E-mail:416602003@qq.com

R 683.3；R 687.32

A

1008-0287(2017)03-0335-03