3D 打印技术在髋臼双柱骨折手术治疗中的辅助作用*

刘家国 尚锋 熊为 罗斌 赵猛*

骨盆髋臼为不规则骨，位置深，周围有重要的解剖结构。髋臼骨折属于关节内骨折，其空间构象与解剖结构复杂。髋臼双柱骨折多为高能量损伤，骨折粉碎、移位程度严重，骨折线复杂多变，很难通过X 线片和二维CT 获得完整的骨折信息，即使有三维CT 重建图像，初学者也很难在大脑中形成清晰的立体图像。髋臼骨折要求解剖复位、坚强固定，因此手术难度较大。临床上采用的髂腹股沟入路、Stoppa入路、腹直肌旁或外侧入路、K-L 入路等手术入路均无法显露骨折全貌，无法看到关节面复位情况。手术中骨折解剖复位困难，钢板难塑性，手术时间长；术中螺钉方向偏离，可能损伤周围重要的血管、神经，或螺钉进入关节内，将引起严重后果。因此术前准备及规划尤为重要。3D 打印技术称为“快速原型技术（rapid prototyping）”或“增材制造技术（additive manufacturing）”，是20 世纪80 年代出现的重要技术[1]。随着数字骨科的发展，越来越多的创伤骨科医师应用3D 打印技术制作骨骼模型，以便更清晰地了解骨折形态，设计手术方案，制作复位固定导板，甚至是个体化内固定钢板、假体。3D 打印技术使骨折治疗的术前设计实现了从虚拟模拟到现实模拟的跨越，使骨科手术越来越趋向于个性化和精细化[1]。笔者自2012 年1 月至2018 年11 月对19 例髋臼双柱骨折在术前做3D 打印骨折模型，利用此模型模拟手术，做好骨折复位计划、器械准备、钢板预弯、螺钉排列、柱螺钉的长度及方向等术前准备，缩短手术时间，减少了手术创伤，缩短了学习曲线，达到了良好的临床效果，现报道如下。

1 资料与方法

1.1 纳入标准与排除标准

1.2 一般资料

本研究共纳入19 例患者，男14 例，女5 例; 年龄19 ～60 岁，平均39.6 岁; 左侧9 例，右侧10 例。致伤原因: 高处坠落伤8 例，交通伤11 例。

1.3 术前准备

所有患者术前均行骨盆平片及骨盆、髋臼薄层CT 平扫（Toshiba 64 排，1 mm）检查，部分患者行Judet 系列位片，收集原始数据（Dicom 格式），导入至Mimics 15.0 软件（Mateialise 公司，比利时）中，进行重建，然后按1∶1 比例打印髋臼骨折实体模型。手术入路均采用前方入路。依据3D打印模型做术前准备及规划。在模型上模拟手术，决定骨折复位顺序及所需器械，后柱螺钉进钉的位置、角度和长度，重建钢板的置入位置、长度、预弯塑形及钢板上螺钉的长度及方向，避免螺钉进入关节。所有患者在伤后5 ～10 d 手术，术前均行患侧股骨髁上牵引制动，排除其他系统重要脏器损伤，同时予消肿、止痛对症治疗，低分子肝素预防下肢深静脉血栓形成，术前下肢静脉彩超排除深静脉血栓形成，有深静脉血栓形成者行下腔静脉滤器置入。积极处理合并症，纠正贫血，术中备血充足，待患者全身情况稳定后行手术治疗。术前手术室准备骨科全透视手术床及C 臂机。

1.4 手术方法

将3D 打印的髋臼骨折模型带入手术室。手术均采用单一前方入路，其中髂腹股沟入路4 例，Stoppa+髂窝入路3例，腹直肌外侧入路12 例。充分显露骨折，按术前规划，先复位固定髂骨，再复位后柱、方形区、前柱，将预弯的钢板置入骨折部位，并最终完成骨折的复位固定。彻底冲洗，放置引流管，逐层缝合皮肤及皮下组织。

1.5 术后处理

术后常规使用抗生素预防感染及低分子肝素预防下肢深静脉血栓形成。术后48 h 拔除引流管。术后嘱患者卧床8 ～12周，卧床期间行肢体功能锻炼，12 周后扶拐下床活动。

1.6 评价指标

术后均行骨盆平片及三维CT 检查。术后髋臼骨折复位质量根据Matta 标准评定: 解剖复位，骨折移位0 ～1 mm;满意复位，移位为2 ～3 mm; 复位不满意，移位＞3 mm。末次随访时髋臼骨折根据改良的Merle d'Aubigne 和Postel 评分标准评定临床结果，从疼痛、步行及髋关节活动度3 个方面进行评分，总分为18 分: 优，18 分; 良，15 ～17 分; 可，13 ～14 分; 差，＜13 分。

2 结果

19 例患者手术均由同一主刀医生完成。本组患者的手术时间为1.5 ～3.6 h，平均2 h; 术中出血量为220 ～1 300mL，平均523 mL。19 例患者术后获10 ～24 个月（平均11.6 个月）随访。本组患者髋臼骨折均愈合，愈合时间为9 ～16周，平均13.2 周。术后根据Matta 标准评定髋臼骨折复位质量：解剖复位15 例，满意复位4 例，复位不满意0 例。术后并发症发生情况：无内固定松动及断裂情况，无双下肢不等长发生；切口脂肪液化1 例，通过换药等处理伤口愈合；股骨头坏死1 例，行保守治疗；股外侧皮神经损伤5例，经营养神经对症治疗后好转。末次随访髋臼骨折根据改良的Merle d'Aubigne 和Postel 评分标准评定临床结果：优10 例，良7 例，可1 例，差1 例。

典型病例：患者，男，45 岁。高处坠落伤致全身多发骨折，左侧髋臼双柱骨折。

图1 A.术前X 线片; B、C.术前CT 平扫; D、E.术前三维重建图片; F、G.术中透视显示经腹直肌外侧入路左髋臼骨折复位钢板结合后柱螺钉固定; H.术后X 线片示骨折复位良好;I、J.术后1 d CT 平扫;K、L.术后1 d 三维重建图片示骨折复位满意，后柱螺钉位置良好; M、N.术后11周CT 平扫示髋臼骨折愈合良好; O、P.术后13 个月X 线示无异位骨化、骨关节炎及股骨头缺血性坏死等并发症发生; Q.术前钢板依据3D 打印模型做术前准备及规划;R、S.术后13 个月患者复查功能位照片示髋关节功能良好

3 讨论

髋臼骨折常用的分型为Letournel-Judet 分型，1964 年由Judet 提出，以后Letournel 做了修改，分为5 种基本骨折和5 种联合骨折。其中双柱骨折又称“漂浮髋”，特点是整个髋臼关节面与身体中枢轴不相连、多合并股骨头中心性脱位、残存的髂骨形成“马刺征”。在所有髋臼骨折中髋臼双柱骨折发病率最高，Letournel 报告其发病率为22.6%[2]。由于双柱骨折涉及髋臼前、后柱，以前多采用前、后联合入路分别对前、后柱进行复位和固定，但是手术创伤大，手术时间长，术中要变换体位，增加感染的风险，神经损伤、异位骨化等并发症的发生率增加。近年来随着手术技术的提高和内固定物的不断升级，目前认为通过单一的前方入路治疗双柱骨折就能取得良好的效果[3-4]。但髋臼双柱骨折多为高能量损伤，骨折粉碎、移位严重，骨折线复杂多变，手术要求高、难度大。

早期手术术前只能依靠X 线、CT 等检查判断髋臼双柱骨折类型及特点，并根据分型选择治疗方法、制订手术计划，很难通过X 线片和二维CT 获得完整的骨折信息，即使有三维CT 重建图像，但因为骨盆是一个立体结构，骨盆髋臼不规则、解剖复杂，初学者很难在大脑中形成清晰的立体图像，再加上双柱骨折粉碎、移位严重，骨折线复杂多变，需要术者积累丰富的临床经验，在头脑中有清晰的髋臼三维空间构型，因此对术者的要求非常高，且术中需要反复透视确认复位效果，根据术中钢板贴服情况进行钢板折弯塑性，确定螺钉的位置及长度，手术时间长，出血多。

以往通过术前三维CT影像学资料作为复杂骨折手术方案的参考，但由于CT 三维重建为静态、平面图像，医生常常无法了解具体局部细节，无法准确制定良好的手术方案。3D 打印技术目前已较多地应用于骨科领域，通过3D 打印技术制作实物模型，提供了视觉和触觉辅助，实现对骨盆结构的真实模拟[5-6]。医生可以在模型上提前思考和演练手术入路，真实地感受到解剖结构及骨折移位情况，对模型中主要骨折块进行标记，然后进行拆解，应用钳夹、撬拨等技术进行复位。在骨盆、髋臼骨折中，打印出的另一侧正常半骨盆，便于医生术前器械的准备，选择合适的钢板并预先塑形，确定后柱螺钉和髋臼下螺钉入钉点、方向角度及长度，减少了手术时间及术中医生疲劳程度。通过术前规划，在实际手术操作中，可以采用正确的手术入路进行复位，采用微创技术，减少术中透视频率，使手术更安全、精准，实现手术的个体化、精准化，提高手术质量与手术效率、缩短手术时间，减少软组织损伤、减少手术出血量[7-8]，从而提高手术成功率，降低手术并发症发生率，以利于患者的骨折愈合和功能的恢复[9-12]。

范磊等[10]报道22 例骨盆骨折患者，随机分为3D 打印组和对照组，3D 组病例采用3D 打印技术建模，术前模拟手术，定制个体化解剖钢板后进行手术治疗，对照组常规手术治疗，术后应用Matta 评分评估疗效，比较两组病例手术时间、术中出血量的差异，所有病例术后随访2 ～8 个月，Mata 评估标准均为优，3D 组手术时间较对照组明显缩短，术中出血量较对照组明显减少，认为采用3D 打印技术治疗骨盆骨折具有减少手术创伤、缩短手术时间、降低手术难度等优势。Wang 等[11]评估3D 打印技术治疗陈旧性骨盆骨折，先使用16 个干燥的尸体骨盆，通过放射线来确认创建的3D 模型解剖精度，然后9 例患者采用3D 打印模型进行术前计划评估，行手术治疗，所有骨盆损伤分型均为C 型，从受伤到手术的平均时间为8 ～17 周，从CT 检查数据到创建模型需要6 ～9 h，所有患者术前计划与术后随访X 线片均呈正相关，没有伤口问题或发生不愈合，根据Majeed评分，结果优2 例，良5 例，差2 例。在本回顾研究中，也印证了3D 打印技术可明显缩短复杂骨盆骨折的手术时间、提高手术效率、降低手术风险及远期并发症发生率等优势。

本组19 例髋臼双柱骨折患者入院后行CT 扫描三维重建，然后应用3D 打印技术打印出骨骼模型，在骨骼模型上模拟手术，规划复位顺序，确定钢板放置位置，对钢板塑性，确定螺钉植入的安全区域、方向及长度。术中根据骨折模型，指导骨折解剖复位。并且术前预弯钢板可以节约手术时间，减少出血量及术中透视次数，减少手术创伤。

3D 打印模型仿真度高，非常直观，在与患者谈话时容易沟通，这样可以降低医疗风险，减少医疗纠纷的发生，有助于构建和谐医患关系。3D 打印模型还有利于年轻医生的培养，缩短年轻医生的学习曲线[12]。

总之，将3D 打印技术应用于髋臼双柱骨折的手术治疗可以取得效果良好。通过CT 三维重建、3D 打印髋臼双柱模型、术前模拟复位、预先钢板塑性、确定钢板放置位置及螺钉植入安全区域、螺钉的长度及方向，优化术前设计，为患者制定精准的个性化手术方案，具有直观及可重复性的优点，方法安全，临床效果满意。