3D打印技术在骨盆骨折合并髋臼骨折术前规划的应用研究*

阙云端钱文武徐众华徐明勇王东明朱文莉

骨盆骨折合并髋臼骨折是一种严重的高能量暴力损伤，占全身骨折的3%，死亡率却高达13.4%[1]。近年来，随着交通运输及建筑业的高速发展，骨盆骨折同时合并有髋臼骨折的发病率也在日趋增多[2]。由于其解剖结构复杂，骨盆骨折同时合并有髋臼骨折是创伤骨科医师面临的挑战之一[3]。目前，术前对于这一类型骨折的评估及分型，临床医师大多基于术前平片及螺旋CT平扫的影像，以及自身的临床手术经验，因此常存在一定程度的差异性和主观性，在术前较难制定出精准可靠的手术复位固定策略，往往需要在获取术中情况后进行手术方案的调整[4]。近年来，随着3D技术越来越广泛地应用于骨科临床及科研，为手术的精确化实施带来许多便捷[5]。基于螺旋CT三维图像的3D技术，通过1∶1比例打印骨盆及髋臼骨折的三维模型，直观地显示骨折的整体全貌，并且可从多视角使术者在术前对骨盆及髋臼骨折有全面而详细的了解，并做出准确的诊断和分型[6]。术者术前在3D模型上可以反复预演手术操作过程，发现手术中可能存在的问题并进行手术策略的调整，从而使手术过程更加精炼和有效。本研究回顾性分析2015年3月至2017年12月收治的骨盆骨折合并髋臼骨折行手术治疗并获完整随访的35例患者资料进行分析，旨在探讨应用3D打印技术对骨盆骨折合并髋臼骨折进行精准化手术的应用。

1 资料与方法

1.1 纳入标准与排除标准

1.2 一般资料

选取2015年3月至2017年12月收治的骨盆骨折合并髋臼患者，其中符合纳入标准35例:其中男20例，女15例;年龄20～68岁，平均44.3岁;致伤原因:交通伤29例，高处坠落伤4例，其他伤2例;骨盆骨折按Tile分型:A型8例，B型21例，C型6例;髋臼骨折Judet-Letournel分型:前柱骨折4例，前壁骨折4例，后柱骨折5例，后壁骨折6例，横断伴后壁骨折6例，T形骨折4例，双柱骨折4例，前方伴后方半横形骨折2例。髋臼骨折合并同侧骨盆骨折24例，合并对侧骨盆骨折8例，合并双侧骨盆骨折3例。

根据术前是否使用3D打印技术行术前准备将患者分为2组:3D打印组和常规对照组，所有患者及家属对该项治疗知情同意，获得笔者所在单位的医院伦理委员会批准。3D打印组为18例，通过3D打印出骨盆骨折1∶1模型，予以模拟骨折复位，并预演手术，可以反复多次进行，从而制定精准的手术方案。常规对照组为17例，未应用3D打印技术，术前依据X线片、CT等影像学资料制订手术计划，采用传统手术治疗。两组手术主刀医师均为副主任医师及以上职称者。

1.3 术前处理

首先处理危及生命的合并伤，骨盆髋臼骨折予以骨盆加压带固定制动或临时使用骨盆外固定支架，早期有血流动力学不稳定的予以积极的抗休克治疗。骨折内固定手术在血流动力学稳定和实验室检查结果平稳后方可进行，伤后至手术内固定时间7～12 d，平均为8.6 d。

术前每例患者常规行骨盆X射线检查、螺旋CT扫描（Light Speed VCT64排螺旋CT，GE公司，美国），层厚1 mm。3D打印组将扫描获得的骨折图像保存为DICOM格式，文件导入到Mimics 10.1软件，形成数据包。数据导入到华森SRP4008Ⅱ双喷头全封闭3D打印机，以聚乙烯合成材料进行1∶1实体打印。根据3D打印模型进一步明确骨折粉碎程度及骨折块数量、移位方向及具体诊断类型，决定具体手术入路及内固定方式。在3D打印模型反复预演手术过程，包括骨折的复位固定、内固定钢板的塑形，螺钉进针的方向、长度及数量，从而制定个体化的精准手术方案。术前将已经塑形后内固定物同手术器械进行常规消毒备用。

1.4 手术方法

两组手术均采用气管插管全身麻醉。手术入路主要包括前方髂腹股沟入路、Stoppa入路、腹直肌旁入路，后方Kocher-Langenbeck入路，以及前后联合入路。髂腹股沟入路适用于前方大部分骨折，前部可显露和处理耻骨联合、耻骨支骨折，中间可显露髋臼前壁、前柱，后部可及骶髂关节部位骨折;后路经Kocher-Langenbeck入路可完成髋臼后柱后壁骨折的复位及固定。常规对照组根据术者阅片的经验进行手术方案的设计，选择合适的体位，通常采用髋臼骨折侧在上的漂浮体位，以便术中进行入路的更换。3D打印组根据术前模拟方法，根据骨折粉碎移位情况经合适手术入路（前路、后路或前后联合入路）暴露至骨折部位，按照术前设计把骨折复位，置入已经塑形后与骨折端相贴合的内固定系统，内固定螺钉置入最佳位置，并在C臂机透视下确认骨折复位固定满意。常规对照组根据影像资料及术中情况常规进行手术。

1.5 术后处理

两组患者围手术期48 h内均予以抗生素预防感染。术后2 d开始使用低分子肝素钙预防深静脉血栓，辅助气泵治疗，同时指导患者下肢肌肉等长收缩锻炼及踝关节跖屈背伸活动，4周左右可以床边坐起或下床训练，8周开始使用助行器或双拐逐步站立或行走，10～12周开始负重。3个月后根据复查以后恢复情况决定是否弃拐行走。出院后前3个月及以后每3个月定期门诊随访复查X线片，必要时行骨盆CT扫描，观察骨折愈合情况。

1.6 观察指标

比较两组患者的手术时间、术中出血量、输血量、术中透视次数、术后并发症发生率，骨盆骨折复位按照Matta评分标准，随访时间为8～21个月，平均随访时间为11.3个月，随访终点时间为骨折临床愈合时间，末次随访时测定患者的Majeed评分（术后骨盆功能）。

1.7 统计学方法

采用SPSS 21.0统计软件包进行统计学分析。计量资料采用均数±标准差表示，组间比较采用 检验;计数资料以百分率表示，组间比较采用检验。均为双侧检验，<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

3D打印组和常规对照组患者在手术时间、术中出血量、围手术期输血量、术中透视次数，两组间比较差异均有统计学意义（P<0.05）。3D打印组发生1例一过性医源性坐骨神经损伤;1例切口脂肪液化;1例下肢深静脉血栓。常规对照组发生2例一过性医源性坐骨神经损伤;3例切口浅表感染，经换药处理后创面愈合;1例下肢深静脉血栓。两组间并发症的发生率比较差异无统计学意义（P>0.05）。骨盆与髋臼骨折复位按照Matta评分标准:3D打印组优11例，良4例，中2例，差1例，优良率为83.3%;常规对照组优9例，良4例，中3例，差1例，优良率为76.5%。两组间比较差异无统计学意义（P>0.05）。末次随访时采用Majeed功能评分标准评价骨盆与髋臼骨折功能:3D打印组优12例，良4例，中2例，差0例，优良率为88.9%;常规对照组优9例，良4例，中3例，差1例，优良率为76.5%。两组间比较差异无统计学意义（P>0.05，见表1）。

典型病例:患者，女，53岁。车祸受伤入院，入院后结合患者致伤机制、术前CT及X线片诊断分型为骨盆骨折Tile B2型，髋臼骨折Judet-Letournel分型为前方伴后方半横形骨折，手术前后3D打印模型及影像学资料见图1。

表1 3D打印组与常规对照组患者术中及术后资料比较

图1 A.术前骨盆平片;B.术前CT检查行三维重建，诊断为骨盆骨折Tile分型B2型，髋臼骨折Judet-Letournel分型为前方伴后方半横形骨折;C.在3D打印模型上予以模拟经后路复位内固定髋臼后壁、后柱骨折;D.在3D打印模型上予以模拟经前路复位内固定髋臼前壁和髂骨骨折;E.术后骨盆平片;F.术后髂骨斜位

3 讨论

骨盆骨折合并髋臼骨折是创伤骨科中常见的严重创伤，虽然二者在遭受高能量暴力时往往同时发生，但二者损伤的特点不同，治疗的重点也不一样。对于骨盆骨折，早期治疗重点在于抢救生命，控制损伤，后期治疗的重点是恢复骨盆环的稳定。而髋臼骨折属于关节内骨折，治疗的重点是骨折部位的精准复位固定[7]。由于骨盆与髋臼解剖结构复杂，骨骼形态不规则、出现骨折以后个体差异变化较大，并且周围重要组织器官密布，术中显露困难、出血量多等，致使开展骨盆、髋臼手术的手术难度较高，学习曲线漫长，一直以来都是创伤骨科领域最复杂、最具有挑战性的手术[8]。术前对骨盆骨折和髋臼骨折的详细规划，精确诊断，手术入路选择与内固定的先后顺序对手术效果至关重要，因此，术前对骨盆骨折，特别是骨盆骨折合并髋臼骨折的准确分型和手术规划具有尤为重要的意义。然而骨盆空间结构的不规则性和立体性给临床医师做出正确诊断和制定修复策略带来较大困难。加上不同患者的骨骼形态也不尽相同，对于内固定物的吻合程度也不尽一致，需要根据术中情况临时调整和调整，无疑会增加时间和出血的风险。

本研究比较了3D打印技术与传统手术对于骨盆骨折合并髋臼骨折的疗效，虽然在手术并发症的发生率、术后骨折复位评分和功能评分上，两组之间差异无统计学意义，但在手术时间、术中出血量、围手术期输血量、术中透视次数上，3D打印组均显著低于常规对照组。说明术前运用3D打印技术对骨盆骨折合并髋臼骨折进行全面精准的手术设计，可以缩短手术间、减少术中出血及用血，减少医务人员和患者辐射暴露的时间和次数。然而，本研究尚存在一定的局限性，3D打印的骨盆骨折模型受到多种因素的影响，如进行CT扫描的层厚，然后应用软件处理后图像的质量，以及3D打印机的打印清晰度，都可能对所打印的3D模型的精准度产生误差。另外，骨盆骨折周围解剖复杂，除肌肉软组织外，还存在较多重要的血管神经，目前3D打印能够较为清晰的重现骨盆骨折合并髋臼骨折的损伤类型，但对局部软组织的评估，以及血管神经的再现仍然存在一定的难度。

综上所述，3D打印技术在骨盆骨折合并髋臼骨折在术前规划时，能够全面直观地模拟骨折各部位立体形态及解剖关系，对于复杂骨折的评估、分型、术中骨折复位及内固定的准确置入均有较强的指导作用，能够满足个体化的需要，使骨盆骨折合并髋臼骨折的手术更加精准，在术前规划中有着非常广阔的应用前景。