朱海泉,尚修超,孟祥圣,劉子敏,井 晟,孫 曉

連云港市第一人民醫(yī)院急診外科,江蘇 連云港 222002

髖臼骨折是外界高能量暴力因素導(dǎo)致的關(guān)節(jié)內(nèi)骨折,臨床將其分為5種簡單骨折(前柱骨折、后柱骨折、前臂骨折、后壁骨折、橫斷骨折)和5種復(fù)雜骨折(前柱或前壁骨折伴后半橫形骨折、后柱伴后壁骨折、T形骨折、雙柱骨折、橫形伴后壁骨折)，其中復(fù)雜髖臼骨折更為常見，約占髖臼骨折的44%[1-2]。臨床常通過手術(shù)治療恢復(fù)骨折部位解剖結(jié)構(gòu)的完整性，修復(fù)損傷髖關(guān)節(jié)，減少致殘情況的發(fā)生[3]。復(fù)雜髖臼骨折常規(guī)手術(shù)治療過程中要不斷解剖復(fù)位及塑形，同時(shí)還要注意螺釘?shù)闹萌肭闆r，對患者造成較大的創(chuàng)傷，不利于患者術(shù)后恢復(fù)[4]。對傷情進(jìn)行科學(xué)評估并進(jìn)行精確的術(shù)前規(guī)劃有利于提高臨床治療效果，改善患者預(yù)后。近年來，國內(nèi)外研究均已證實(shí)3D打印技術(shù)在復(fù)雜髖臼骨折治療中具有獨(dú)特優(yōu)勢[5-6]，虛擬手術(shù)規(guī)劃是一項(xiàng)不斷發(fā)展的技術(shù)，通過數(shù)字化技術(shù)為患者制訂精確化、最優(yōu)化的手術(shù)方案，不僅可以重現(xiàn)結(jié)果，而且可以幫助醫(yī)師更好地了解骨折類型和術(shù)前規(guī)劃。但關(guān)于實(shí)際手術(shù)方案與術(shù)前虛擬方案直接對比的報(bào)道較少，無法客觀說明虛擬手術(shù)設(shè)計(jì)的有效性?；诖?，本研究回顧性分析筆者醫(yī)院急診外科2017年2月—2020年2月收治復(fù)雜髖臼骨折患者80例，探討虛擬手術(shù)設(shè)計(jì)結(jié)合3D打印在復(fù)雜髖臼骨折治療中的應(yīng)用，為臨床治療復(fù)雜髖臼骨折提供參考。

臨床資料

1 一般資料

納入標(biāo)準(zhǔn)：(1)年齡27～62歲；(2)Judet-Letournel分型為復(fù)雜型骨折；(3)經(jīng)X線片、CT等影像學(xué)檢查確診；(4)受傷時(shí)間≤2周。排除標(biāo)準(zhǔn)：(1)病理性骨折、坐骨神經(jīng)損傷、開放性骨折、下肢其他部位骨折、嚴(yán)重骨質(zhì)疏松、陳舊性骨折；(2)手術(shù)耐受性較差；(3)合并心臟病、凝血功能障礙及腎、肝等多器官嚴(yán)重?fù)p傷。

本組復(fù)雜髖臼骨折患者80例，男性47例，女性33例；年齡27～62歲，平均44.0歲。按照手術(shù)方法不同分為3D組(36例)和常規(guī)組(44例)，3D組行虛擬手術(shù)設(shè)計(jì)結(jié)合3D打印，男性21例，女性15例；年齡28～60歲，平均43.8歲；砸傷4例，墜落傷9例，道路交通傷23例；受傷至手術(shù)時(shí)間2～12d，平均7.7d；前柱伴后半橫行骨折8例，T型骨折16例，雙柱骨折12例；手術(shù)入路：髂腹股溝入路9例，Kocher-Langenbeck(K-L)入路13例，髂腹股溝入路聯(lián)合K-L入路14例。常規(guī)組行常規(guī)手術(shù)治療，男性26例，女性18例；年齡27～62歲，平均44.1歲；砸傷6例，墜落傷11例，道路交通傷27例；受傷至手術(shù)時(shí)間2～13d，平均8.0d；前柱伴后半橫行骨折11例，T型骨折19例，雙柱骨折14例；手術(shù)入路：髂腹股溝入路13例，K-L入路18例，髂腹股溝入路聯(lián)合K-L入路13例。兩組患者一般資料比較差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。

2 手術(shù)方法

手術(shù)均由同一主刀醫(yī)師及團(tuán)隊(duì)完成。術(shù)前兩組患者均行髂骨斜位、閉孔斜位、骨盆正位CT掃描及X線片檢查，確定骨折類型。均接受全麻插管麻醉，并給予小劑量右美托咪定緩解術(shù)后譫妄煩躁，切皮前30min預(yù)防性給予抗生素五水頭孢唑林鈉(2g，靜脈滴注)，術(shù)前靜滴氨甲環(huán)酸1g，減少術(shù)中出血?；紓?cè)使用無菌腳套包扎，方便術(shù)中牽引。

3D組：術(shù)前采用0.5mm薄層CT掃描患者骨盆，將掃描所得圖像導(dǎo)入Mimics14.11軟件(比利時(shí)Materialise公司)進(jìn)行三維重建，通過軟件對三維重建圖像進(jìn)行碎骨塊分割，用不同顏色標(biāo)記分割開的碎骨塊。使用軟件模擬選項(xiàng)中的復(fù)位功能，經(jīng)旋轉(zhuǎn)、移動等方式后對碎骨塊進(jìn)行復(fù)位，對骨盆髖臼解剖形態(tài)進(jìn)行重建。以骨折線方向及位置為參考，確定內(nèi)固定物的放置方式。使用軟件模擬功能對螺釘數(shù)量、方向、進(jìn)入角度、鋼板預(yù)彎程度及螺絲釘鋼板最佳位置進(jìn)行模擬設(shè)計(jì)，記錄詳細(xì)數(shù)據(jù)，為手術(shù)開展作參考。保存模擬復(fù)位后的骨盆并發(fā)送至3D打印機(jī)桌面軟件，對打印支持材料、溫度、分辨率等參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，按照等比例打印出重建后患者骨盆實(shí)物模型。將內(nèi)固定物和三維模型進(jìn)行貼合模擬，根據(jù)模擬情況微調(diào)預(yù)彎內(nèi)固定物，確保骨塊能和內(nèi)固定物良好貼合。術(shù)前將螺釘和預(yù)彎板送至手術(shù)室消毒備用。術(shù)中，使用擬定型號的骨刀在關(guān)節(jié)軟骨下方10mm處進(jìn)行撬撥復(fù)位，按照虛擬手術(shù)情況將預(yù)彎板植入，并重建接骨板，固定髖臼表面或邊緣骨塊，按照虛擬手術(shù)情況將備好的螺釘進(jìn)行固定。確定止血后對創(chuàng)面進(jìn)行沖洗，放置引流管，逐層縫合皮膚。

常規(guī)組：撬撥復(fù)位壓縮關(guān)節(jié)面，避免骨折塊上附著的軟組織損傷，完成復(fù)位后，修剪接骨板并進(jìn)行塑形，在髖臼表面或邊緣骨塊固定，解剖塑形重建板，使后柱、后壁固定。確定止血后對創(chuàng)面進(jìn)行沖洗，放置引流管，逐層縫合皮膚。

術(shù)后兩組患者均預(yù)防性給予抗生素防止感染，術(shù)后1周臥床，并進(jìn)行患側(cè)踝關(guān)節(jié)屈伸、股四頭肌伸縮等訓(xùn)練，術(shù)后1個月被動、主動屈伸踝關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)及髖關(guān)節(jié)。

3 觀察指標(biāo)

(1)手術(shù)情況：比較兩組患者術(shù)中出血量、手術(shù)時(shí)間、透視次數(shù)等指標(biāo)。(2)骨折復(fù)位情況：術(shù)后7d復(fù)查X線片，測量X線片上骨折分離距離，骨折復(fù)位標(biāo)準(zhǔn)[7]，優(yōu)：位移≤1mm；良：1mm<位移≤3mm；差：位移>3mm。骨折復(fù)位優(yōu)良率=(優(yōu)+良)/總例數(shù)×100%。(3)髖關(guān)節(jié)功能恢復(fù)情況：術(shù)后6個月，使用Merle D’Aubign評分[7]評估兩組患者髖關(guān)節(jié)功能，優(yōu)：得分≥18分，良：15≤得分<18分，可：13≤得分<15分，差：得分<13分。髖關(guān)節(jié)功能優(yōu)良率=(優(yōu)+良)/總例數(shù)×100%。(4)并發(fā)癥發(fā)生率：比較兩組患者創(chuàng)傷性關(guān)節(jié)炎、骨神經(jīng)牽拉、異位骨化、切口感染等并發(fā)癥發(fā)生情況。

4 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

結(jié) 果

患者均通過門診隨訪8～15個月，平均12.2個月。3D組術(shù)中出血量、手術(shù)時(shí)間、術(shù)中透視次數(shù)、住院時(shí)間均少于常規(guī)組(P<0.05)。見表1。3D組骨折復(fù)位優(yōu)良率92%高于常規(guī)組73%(P<0.05)。見表2。3D組髖關(guān)節(jié)功能優(yōu)良率94%高于常規(guī)組77%(P<0.05)。見表3。兩組并發(fā)癥發(fā)生率比較差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。見表4。典型病例見圖1。

圖1 患者男性，47歲，交通事故傷致左髖臼骨折、左髖節(jié)后脫位，分型為雙柱骨折，行虛擬手術(shù)設(shè)計(jì)結(jié)合3D打印治療。a.術(shù)前骨盆X線片；b.術(shù)前骨盆CT薄層掃描；c.CT圖像在Mimics14.11軟件中進(jìn)行三維重建；d.在Mimics14.11軟件分割骨塊進(jìn)行虛擬復(fù)位后的三維圖像；e.重建圖像經(jīng)3D打印機(jī)打印后，將數(shù)字鋼板在模型上進(jìn)行塑形；f.術(shù)后7d X線片顯示內(nèi)固定位置良好；g.術(shù)后7d三維重建顯示內(nèi)固定位置良好；h.術(shù)后6個月隨訪X線片顯示骨折愈合良好

表1 兩組手術(shù)情況比較

表2 兩組術(shù)后骨折復(fù)位情況比較[n(%)]

表3 兩組術(shù)后6個月髖關(guān)節(jié)功能恢復(fù)情況比較[n(%)]

表4 兩組并發(fā)癥發(fā)生率比較[n(%)]

討 論

隨著高空作業(yè)及機(jī)械化作業(yè)的增加，髖臼骨折發(fā)生率不斷升高[9]。復(fù)雜髖臼骨折關(guān)節(jié)面被嚴(yán)重破壞，出現(xiàn)明顯移位，且為粉碎性骨折，治療難度較大[10]。有報(bào)道指出，復(fù)雜髖臼骨折患者治療不當(dāng)可能導(dǎo)致肢體畸形、關(guān)節(jié)活動障礙等后遺癥[11]。因此，術(shù)前充分了解患者骨折情況對治療極為重要。常規(guī)手術(shù)一般通過CT掃描及X線片了解骨折信息，但骨折塊重疊、角度遮擋等因素使醫(yī)師無法通過觀察二維平面圖像準(zhǔn)確了解立體骨骼結(jié)構(gòu)，最終影響醫(yī)師對骨折類型的確定及手術(shù)方案的制定，存在較大的局限性[12]。隨著數(shù)字醫(yī)學(xué)及影像學(xué)的發(fā)展，基于患者薄層CT掃描數(shù)據(jù)對骨折塊進(jìn)行三維重建、模擬復(fù)位和虛擬手術(shù)操作在臨床得到廣泛應(yīng)用。虛擬手術(shù)設(shè)計(jì)使手術(shù)醫(yī)師在術(shù)前準(zhǔn)確了解患者關(guān)節(jié)面損傷情況及骨折塊的形態(tài)，幫助醫(yī)師規(guī)劃治療方案并進(jìn)行模擬手術(shù)，有利于術(shù)中更好地復(fù)位骨折塊[13]。虛擬手術(shù)設(shè)計(jì)結(jié)合3D打印可以準(zhǔn)確、直觀、全面地反映骨折部位解剖結(jié)構(gòu)及骨折的立體形態(tài)，相比于常規(guī)術(shù)前規(guī)劃的優(yōu)勢更為突出[14]。

本研究結(jié)果顯示，3D組術(shù)中出血量、手術(shù)時(shí)間、術(shù)中透視次數(shù)、住院時(shí)間均少于常規(guī)組，提示虛擬手術(shù)設(shè)計(jì)結(jié)合3D打印能避免術(shù)中大出血，縮短手術(shù)時(shí)間，減少透視次數(shù)，促進(jìn)術(shù)后恢復(fù)。髖臼骨折斷端動靜脈叢出血較多且骨折部位的血供較豐富，常規(guī)手術(shù)在術(shù)中需要對接骨板進(jìn)行塑形比對，會導(dǎo)致術(shù)中出血量及手術(shù)時(shí)間明顯增加。髖臼具有復(fù)雜的解剖結(jié)構(gòu)，在骨折復(fù)位手術(shù)中精準(zhǔn)固定的難度較高，為了達(dá)到較好的復(fù)位效果，常規(guī)手術(shù)治療在術(shù)前及術(shù)中需要進(jìn)行多次透視判斷髖臼骨折情況。虛擬手術(shù)設(shè)計(jì)由圖像分割、骨折復(fù)位和內(nèi)固定虛擬置入等3個步驟組成，圖像分割是虛擬手術(shù)設(shè)計(jì)中最重要的環(huán)節(jié)，能夠判斷骨折分型，選擇合理的手術(shù)治療方案[15]。虛擬手術(shù)設(shè)計(jì)幫助醫(yī)師確定不同骨折塊間的位移和位置，找出放置鋼板的最佳位置及螺釘置入的角度、長度，有效縮短手術(shù)時(shí)間，避免術(shù)中多次透視。醫(yī)師在術(shù)前進(jìn)行多次模擬演練，熟悉手術(shù)操作過程，使實(shí)際手術(shù)中的操作更為精確，減少對不必要組織的損傷。國內(nèi)研究證實(shí)，髖臼骨折固定中虛擬手術(shù)設(shè)計(jì)結(jié)合3D打印在術(shù)前可對手術(shù)過程進(jìn)行一系列模擬設(shè)計(jì)，做好術(shù)前規(guī)劃，有利于減少術(shù)中出血量及手術(shù)時(shí)間，具有良好的臨床應(yīng)用價(jià)值[16-17]。

本研究中3D組術(shù)后髖關(guān)節(jié)功能優(yōu)良率、解剖復(fù)位優(yōu)良率均高于常規(guī)組，表明虛擬手術(shù)設(shè)計(jì)結(jié)合3D打印有利于骨折復(fù)位，能促進(jìn)術(shù)后髖關(guān)節(jié)功能恢復(fù)。虛擬手術(shù)設(shè)計(jì)結(jié)合3D打印在術(shù)前了解骨折的空間解剖結(jié)構(gòu)，并結(jié)合髖臼骨折的真實(shí)情況制定合理的手術(shù)方案，對術(shù)中骨折復(fù)位時(shí)可能遇到的困難進(jìn)行預(yù)想，并思考解決辦法，通過制作實(shí)體模型幫助醫(yī)師直視三維立體結(jié)構(gòu)，促進(jìn)醫(yī)師和等比例的生物模型進(jìn)行物理交互，反復(fù)的虛擬手術(shù)演練，能夠提高手術(shù)質(zhì)量，使骨折部位獲得良好的解剖復(fù)位效果，有利于修復(fù)患者的髖關(guān)節(jié)。左睿等[18]認(rèn)為，虛擬手術(shù)設(shè)計(jì)在術(shù)前模擬進(jìn)行內(nèi)固定物放置，可以準(zhǔn)確評估骨塊與內(nèi)固定物的位置關(guān)系，確保術(shù)中骨塊與內(nèi)固定物良好貼合，從而提高復(fù)位質(zhì)量。嚴(yán)重髖臼骨折患者并發(fā)癥發(fā)生情況也是臨床關(guān)注的重點(diǎn)，本研究中兩組患者并發(fā)癥發(fā)生率比較差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，提示虛擬手術(shù)設(shè)計(jì)結(jié)合3D打印具有較高的安全性。楊勇等[19]研究發(fā)現(xiàn)，3D打印結(jié)合數(shù)字化設(shè)計(jì)并不會增加并發(fā)癥發(fā)生率，安全性較高，也佐證了本研究結(jié)果。本研究仍存在一定不足：臨床樣本量較少，且來自同一中心，后期還需大樣本量、多中心的研究進(jìn)行證實(shí)；本研究因時(shí)間原因未開展長期隨訪，遠(yuǎn)期療效還有待進(jìn)一步證實(shí)。

綜上所述，在復(fù)雜髖臼骨折的治療中，虛擬手術(shù)設(shè)計(jì)結(jié)合3D打印具有良好的效果，能減少術(shù)中出血量，縮短手術(shù)時(shí)間，避免術(shù)中多次透視，修復(fù)受損的髖關(guān)節(jié)功能，有利于骨折復(fù)位。

作者貢獻(xiàn)聲明：朱海泉：試驗(yàn)設(shè)計(jì)、研究實(shí)施、資料收集、論文撰寫；尚修超、孟祥圣：研究實(shí)施、資料收集；劉子敏：論文撰寫；井晟：論文修訂；孫曉：論文審校