基于CT数据的3D打印技术在儿童发育性髋关节脱位手术中的应用

陈 凯，何 玲，陈 欣

(1.重庆医科大学附属儿童医院骨科，重庆 400010；2.重庆医科大学附属儿童医院放射科，重庆 400010)

发育性髋关节脱位(developmental dislocation of the hip，DDH)是常见的儿童肌肉骨骼系统疾病，其可以从单纯的髋臼腔扁平化发展为完全性股骨头脱位[1]，发病率为0.13%～2.36%[2-3]。DDH的治疗按年龄大小选择不同的治疗方式，对于6个月以下的患儿，可通过Pavlik吊带、支具固定治疗；6～18个月的患儿临床首选闭合复位治疗；3岁以上的患儿一般以手术治疗为主[4]。

3D打印技术是精准的快速成型技术，其以数字模型为模板，使用黏合材料，通过逐层堆叠累积的方式制造出解剖模型、导航导板、假体、内植物等三维实体[5-6]。近年来，随着3D打印技术及打印材料的不断进步与升级，其已在口腔科、骨科广泛应用，有助于术前手术方案的制定及模拟操作，进一步完善精准、个体化的手术治疗[7-8]。虽然3D打印技术已应用于Salter骨盆截骨术辅助治疗儿童髋关节发育不良，但其在Pemberton髋臼截骨联合股骨截骨术中的应用效果尚不清楚。本研究利用3D打印技术辅助儿童DDH手术，旨在提高手术的精准度，为患儿提供更佳的诊疗方案。

1 资料与方法

1.1 临床资料

回顾性分析2016年1月至2019年12月重庆医科大学附属儿童医院骨科收治的62例DDH患儿的临床资料，所有患儿均行Pemberton髋臼截骨联合股骨截骨术，按照制定的手术方案分为3D打印组(30例)和常规手术组(32例)。3D打印组男8例，女22例；年龄3.2～7.2岁，平均(4.3±0.8)岁。常规手术组男9例，女23例；年龄3.0～7.1岁，平均(4.6±0.9)岁。2组患儿年龄、性别比较差异无统计学意义(P>0.05)。

纳入标准：年龄3～8岁；因Pavlik挽具、髋关节闭合复位人字形石膏固定治疗失败入院；髋关节脱位程度Tonnis分度Ⅲ°～Ⅳ°；需矫正的髋臼指数>10°。排除标准：病理性髋关节脱位；存在严重心肺功能不全、严重凝血功能障碍等手术禁忌证。

1.2 方法

3D打印组术前进行三维CT扫描，扫描范围：髂骨上缘至股骨上段。CT数据格式：DIOM、JPG转化为常用的STL格式。基于STL格式的CT数据进行3D模型打印。利用3D模型制定术前手术方案，模拟手术操作，根据股骨前倾角及颈干角、髋臼指数，直接在模型中标记出术中髂骨截骨位置、方向、形态、大小，股骨截骨的位置、长度等(图1)，术中根据3D模型制定的方案行Pemberton髋臼截骨联合股骨截骨术。常规手术组术前行髋关节CT平扫加三维重建测定股骨前倾角、颈干角及髋臼指数，确定需要的髂骨截骨矫形的角度，股骨截骨的长度、旋转角度等，术中根据术前制定的方案行Pemberton髋臼截骨联合股骨截骨术。

图1 髋关节3D打印模型及术前路径规划

1.3 观察指标

比较2组患者手术时间、术中出血量；根据患者术前及术后1个月X射线片，计算髋臼指数矫正值；记录患者术后沈通氏线是否连续，以判断手术是否成功。

1.4 统计学分析

2 结果

2组患者髋臼指数矫正、术后沈通氏线连续比较，差异无统计学意义(P>0.05)。3D打印组手术时间、术中出血量短/少于常规手术组，差异均有统计学意义(P<0.05)，见表1。

表1 手术相关指标比较

3 讨论

DDH患儿早期主要表现为双侧皮纹不对称，容易被忽略，在生长发育过程中逐渐出现双下肢不等长、跛行、疼痛、髋关节活动受限等症状，对患儿运动产生一定影响[9]。若发现DDH时患儿年龄大于3岁，一般需要手术治疗。治疗DDH的常用手术方式包括Salter骨盆截骨术、三联截骨术、Pemberton髋臼成形术等，目的是复位髋臼同心圆，但手术操作均较为复杂[4,10]。从解剖学角度考虑，髋关节解剖层次比较复杂，有较为丰富的血供，患者髋关节脱位程度不同，临床手术难度也不完全相同，手术的截骨方式、形态可影响术中出血量、手术时间、手术成功率、治疗效果及预后等。Pemberton髋臼成形术及股骨截骨术中髂骨的截骨线是从髂前下棘稍上方向后下截断全层髂骨，其后侧止于Y形软骨；完全截骨后维持髋臼顶壁在正确位置，截骨部位插入楔形骨块。手术的难点是髂骨截骨位置、截骨方向、形态、大小及股骨截骨位置、长度、旋转角度等的选择，因此，良好的手术截骨设计、熟悉患者脱位情况及周围解剖，可以大大缩短手术时间，提高手术疗效[11]。

近年来，随着打印材料及精准度的提高，3D打印技术已广泛应用于临床[5,12-16]。常规的DDH手术依赖于手术医生的临床经验及应对能力，而3D打印的实体模型可在术前全面了解髋臼情况，使儿童DDH手术更具科学性。3D打印技术已应用于Salter骨盆截骨术辅助治疗儿童髋关节发育不良，可使手术更精确，但其在Pemberton髋臼截骨联合股骨截骨术中报道少见。本研究根据CT数据打印3D模型，可等比例呈现脱位的髋臼情况及股骨的前倾角、颈干角，使术者在术前能全面、直观地了解病髋的情况；同时，利用打印的3D模型进行模拟手术，指导术中具体的髂骨截骨位置、形态、大小及股骨截骨的位置、长度、旋转角度等的选择，能够提高截骨精准度及髋臼复位率，减少手术的误差。本研究中，3D打印组手术时间及术中出血量均短/少于常规手术组，提示3D打印能减少出血，减轻手术创伤，与李晓博[17]关于3D打印技术应用于儿童DDH的临床研究结果一致。张念军等[18]发现，术前应用3D打印技术辅助全髋关节置换个体化治疗成人髋关节发育不良可减少术中出血量，并缩短手术时间，本研究结果与之一致。本研究中，2组患者术后沈通氏线连续率均较术前明显提高，但2组间无统计学差异。常规手术组和3D打印组髋臼指数矫正虽无明显统计学差异，但较术前均有改善，与文献报道结果一致[19]。说明3D打印技术可有效矫正沈通氏线的连续性，提高髋关节复位率。

综上，术前应用3D打印技术进行手术模拟，能有效缩短手术时间，减少术中出血量，同时提高手术成功率，改善预后，为儿童DDH手术治疗提供了更精准及个性化的治疗方案。