3D打印导航模块辅助股骨颈骨折空心螺钉置入的应用

甘 智，陆俭军，谭海涛，陆声榆，李 晓，秦 豪

（贵港市人民医院创伤运动骨科，广西 贵港 537100）

股骨颈骨折常见于老年患者，占全身部骨折的3.6%[1]。随着交通的快速发展，高能量损伤导致年轻人发生股骨颈骨折发生率增高，髋关节活动不良、股骨头缺血坏死和骨折不愈合等并发症仍是目前治疗的难点。目前闭合复位空心螺钉内固定仍是年轻人股骨颈骨折的首选治疗[2]。由于手术医师经验差异和股骨颈局部解剖的影响，空心螺钉精确置入股骨颈仍是临床难题。同时，术中多次透视增加手术时间，增加患者及医护人员射线暴露风险。随着数字医及3D打印技术的发展，3D打印导航模块为股骨颈骨折螺钉精准置入带来了巨大帮助。因此，对我科入院的51例股骨颈骨折患者，术前CT扫描采集数据，通过数字化技术模拟手术，再打印辅助股骨颈螺钉置入的导航模块，研究3D打印导航模块引导在股骨颈骨折手术中空心螺钉精确置入的效果。现报告如下。

1 资料与方法

1.1 一般资料

选取我院2015年1月～2016年6月治疗的股骨颈骨折患者51例，男28例，女23例，年龄21～55岁，平均33．6岁，左侧26例，右侧25例。损伤原因：车祸伤30例，摔伤20例，高处跌落伤1例。患者术前使用64排螺旋CT扫描股骨颈并收集数据，扫描标准：电流160 mA，电压120 kV，层厚1 mm。

1.2 数字化设计

将股骨颈CT数据导入Mimics 17.0软件，编辑股骨颈骨折三维模型，切割分离骨折块，然后虚拟复位骨折块，完成股骨颈虚拟复位。螺钉固定使用倒三角方式排列，在股骨近端确立空心螺钉的最佳入点及角度，测量每个螺钉在股骨颈内的合适长度和直径，并记录下来。用同样直径的圆柱体代替螺钉，将数据保存为STL格式。

1.3 设计并打印导航模块

打开Mimics软件中股骨颈的数据，按照数字化设计，导航模块钉道外径拟定为8 mm，钉道导管内径为2.2 mm，高为30 mm。将导板与股骨大转子远端骨性相敷贴，并反向增厚5 mm，同时置入钉道模型数据，合并成导航模块。使用布尔运算，打通模块钉道，制作导板完成。将导板数据导入3D打印机，使用聚乳酸材料打印模型和导航模块。

1.4 模拟手术

术前模拟手术，将导航模块与股骨颈骨折模型敷贴后，通过导航模块预留孔道钻入3枚2.0 mm导针，导针长度按照预先测量的长度置入，使用空心钻头扩孔，沿导针方向置入合适的7.2 mm空心螺钉。行X线拍片检查螺钉位置及长度是否合适，与数字化设计是否一致。

1.5 手术操作及疗效评价

患者行腰硬联合麻后，使用牵引床牵引复位，沿皮肤切口分离皮下组织和肌肉，显露股骨大粗隆，将导航模块与股骨大粗隆完整敷贴，使用电钻沿导管方置入导针，取下模块，用空心钻头扩孔，将术前选好的空心螺钉置入后，C型臂透视验证。随访1年根据Harri评价标准评价髋关节术后功能情况。

2 结 果

2.1 术前模型、钉道设计及导航模块制作

骨折CT数据导入计算机后，虚拟复位骨折，通过测量和计算后，设计螺钉进钉方向及长度，选择直径合适的空心螺钉。同时结合股骨大转子解剖，设计出导航模块。

2.2 用导航模块与模型模拟术前操作

导航模块与股骨模型完全敷贴后，沿模块导孔钻入直径2.0 mm导针，空心钻头扩孔，选择合适的直径7.2 mm空心螺钉，沿导针方向拧入股骨颈，X线检测螺钉位置是否合适，与数字化设计结果一致。

2.3 手术结果

在骨科牵引床下闭合复位股骨颈骨折，C臂透视满意后，在导航模板引导下置入3枚空心螺钉，术中使用C臂透视6次，手术时间约20 min，术中未发生麻醉意外及不良并发症。明显减少术中X线透视次数及缩短手术时间。术后X线片显示股骨颈骨折复位良好，空心螺钉置入位置与术前设计一样。术后12个月Harris评分为（87.35±4.8）分，未发生股骨头缺血坏死及骨不连。

表1 患者术后12个月Harris评分

3 讨 论

年轻人股骨颈骨折[3]是致残性较严重的骨折，目前空心螺钉[4]仍是首选治疗。股骨颈解剖特殊，存在前倾角、颈倾角与颈干角，给手术带来较大的困难[5]。因此，想要在术中将空心螺钉精确柠入股骨颈准确的部位，需要术者有丰富的经验和熟练的手术技术，同时需多次透视调整导针在股骨颈内的合适位置，导针在股骨颈内反复调整会影响骨质质量，进而影响空心螺钉固定的稳定性[6]；此外患者和医护人员放射暴露增加，且增加肿瘤等相关疾病的发生风险[7]。本研究经过数字化技术设计，并骨折虚拟复位后，制作导航模块，最后3D打印出导航模块及骨折模型，术前可模拟手术，检验是否与设计一致。股骨大转子是重要的解剖标志，螺钉通常在股骨近端外侧置入，故以股骨大转子为标志制作导航模快[8]。本研究在导航模快与股骨大转子近端完全敷贴后，一次性置入三枚导针，C臂透视满意后，再经空心钻扩孔，置入术前已选择合适的空心螺钉。这与传统手术下透视相比，避免了反复透视修正针道的过程，手术过程更加节俭、有效。用3D导航模块置入螺钉的时间比传统手术平均时间明显减少，X线透视次数与针道不理想的风险大大减少。通过所有手术的经验总结，使用导航模块置入股骨颈螺钉有以下优势：一是可以通过3D设计及测量螺钉的大小、角度及长度，使固定效果最稳定，同时避免内植物穿出股骨头，损伤股骨颈血供，降低关节炎、股骨头坏死等并发症发生率；二是术中操作简单、方便、实用性强，只需将导航模块紧密敷贴大转子上，螺钉的定位和定向即可完成；三是减少透视次数，缩短手术时间，减少麻醉意外，减少患者及医护人员的X线暴露次数；四是制作简单，成本低，不需要昂贵设备[9]，易于推广应用。尽管如此，在导航模块设计方面也遇到较多瓶颈，包括：骨性标志单一，应多点、立体选择[10]，以增加导航模块与骨性敷贴程度及稳定性，模块针道内径设计应与实际导针直径相配，以增加导针导向的稳定性和准确性。总之，3D打印导航模块可精确置入股骨颈空心螺钉，缩短手术时间，减少麻醉意外，减少患者及手术操作人员的X线暴露次数，值得推广应用。在未来临床应用中中，需扩大3D打印技术的使用领域，如经皮固定的个性化导板治疗小儿股骨头骺滑脱的固定，以及导航模块用于股骨远端骨折闭合复位的固定等。

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