游木榮，董書輝，樊志強，葉海民，董謝平，鄒華春

(1.江西省人民醫(yī)院，南昌醫(yī)學院第一附屬醫(yī)院骨科，江西 南昌 330006；2.江西省贛州市大余縣人民醫(yī)院骨科，江西 贛州 341500；3.江西省人民醫(yī)院，南昌醫(yī)學院第一附屬醫(yī)院影像科，江西 南昌 330006)

骨盆后環(huán)骨折脫位包括骶髂關節(jié)損傷及骶骨垂直骨折，使用骶髂關節(jié)螺釘固定生物力學良好。由于骶髂螺釘進釘點缺乏可靠的骶髂解剖及放射學標志，徒手經皮C型臂透析下置釘容易導致螺釘錯位、癥狀性的髂血管損傷、L5及骶神經的損傷[1-5]。臨床上多種新型的導航裝置被應用[6-8]，如O-ARM導航系統、雙平面機器人導航等，這些先進的輔助置釘技術提高了置釘的安全性和精確性，但儀器設備費用昂貴、操作復雜、成本高，因此難以在國內普及使用，亟待一種簡便、經濟、有效的置釘方法。

目前，采用數字化相關技術設計的3D打印手術導航模板被廣泛運用到骨科手術中，國內許多醫(yī)院臨床上已將其應用于輔助骶髂螺釘置釘，能有效防止置釘產生的醫(yī)源性問題[9-10]。作者在此基礎上設計了一種專門用于引導骶髂螺釘置釘的個體化3D打印導板，并進行體外骨盆標本實驗，評價其準確性與安全性，同期將該方法用于臨床，獲得較好的臨床效果，現報道如下。

1 實驗研究

1.1 實驗標本 選取正常成人骨盆骨骼標本8具(南昌大學醫(yī)學院解剖教研室提供)，其中男5具，女3具。肉眼觀及CT檢查無畸形及病理性變異，徹底剔除骨盆前后方軟組織，保留骶髂關節(jié)周圍韌帶及恥骨聯合韌帶，暴露完整的骨盆，將制備好的標本干燥后備用。

1.2 骶髂關節(jié)螺釘導板的研制 所有骨盆標本均采用CT薄層掃描，數據以DICOM格式導入Mimics 19.0軟件，創(chuàng)建骨盆三維數字模型；在Mimics中的medcad模塊中建立圓柱體模擬骶髂關節(jié)螺釘進行置釘，S1椎體內設計2個釘道，S2椎體內設計單個釘道，釘道不超過骶骨中線。把骨盆的三維模型導入Geomagic Studio中，延長模擬的骶髂螺釘通道，讓其穿出后方髂骨外板，選取髂后上棘合適的范圍，設計進針導板底座，建立虛擬的骶髂螺釘導板，利用光敏樹脂材料，通過3D打印技術將導板實體制作出來，每具骨盆標本設計左右2個骶髂螺釘導板，共打印出16個導板。體外將導板和標本骨盆髂后上棘貼合，進行骶髂關節(jié)螺釘進針模擬，觀察模板的準確性(見圖1)。

a 3D打印骶髂螺釘置釘導板設計 b 骨盆三維重建與計算機模擬骶髂螺釘導板輔助置釘 c 骶髂螺釘置釘導板實物圖 d 骨盆標本骶髂螺釘導板引導下置釘

1.3 骨盆標本實驗方法 將8具骨盆標本分別俯臥位固定于實驗臺，選取與之相對應的2套導板，將導板和髂后上棘表面及髂骨后外板緊貼牢固，導板無晃動，將直徑2.5 mm的克氏針導針經導板空心導向孔鉆入，經髂骨外板、骶髂關節(jié)進入骶椎體內；測深、攻絲后沿導針擰入直徑7.3 mm合適長度的空心螺釘。每具骨盆標本均行雙側骶髂關節(jié)螺釘置入，共置入48枚螺釘。

1.4 置釘準確性評價 將8具實驗后的骨盆標本分別行CT掃描及三維重建，通過冠狀面、矢狀面、橫斷面來判斷螺釘的位置，并攝骨盆正位、入口位、出口位X線片，最后對標本進行剖開，觀察螺釘的位置。通過X線、CT、標本剖開的方法檢驗螺釘置入的準確性(見圖2)。置釘準確性參照Smith等[11]介紹的方法，(1)0級：螺釘完全位于骶椎椎體內；(2)Ⅰ級：螺釘穿破椎骶椎前皮質或椎管皮質或骶孔，穿出部分2 mm；(3)Ⅱ級：螺釘穿破椎骶椎前皮質或椎管皮質或骶孔，穿出部分4 mm；(4)Ⅲ級：螺釘穿破椎骶椎前皮質或椎管皮質或骶孔，穿出部分4 mm。0級定義為置釘準確。

2 臨床應用

2.1 一般資料 回顧性分析2017年6月到2020年12月江西省人民醫(yī)院共有12例骨盆后環(huán)損傷患者采用3D打印導板輔助骶髂關節(jié)螺釘固定。其中男10例，女2例；年齡19～62歲，平均(35.75±11.58)歲。所有患者均簽署知情同意書，且通過醫(yī)院倫理專家委員會審核通過。受傷機制：交通事故傷7例，高處墜落傷3例，施工擠壓傷2例。按Tile分型：B2型2例，B3型3例，C1型1例，C2型5例，C3型1例。其中骶髂關節(jié)脫位2例，Denis Ⅰ區(qū)骨折4例，Denis Ⅱ區(qū)骨折6例；2例合并雙側恥骨支骨折，3例合并髖臼骨折，4例合并四肢骨折，4例合并顱腦及腹腔臟器破裂。

a X線片 b CT冠狀面 c CT橫斷面 d 標本剖開

2.2 治療方法 入院后對骶髂關節(jié)脫位或骶骨骨折移位的患者進行骨牽引復位，待垂直移位糾正后再進行骨盆CT薄層掃描，數據以Dicom格式導入計算機。按照上述實驗研究中的方法進行3D建模及骶髂螺釘置釘導板設計，3D打印得到1∶1的骨盆骨折模型及配套的骶髂螺釘置釘導板，將導板與打印的骨盆骨折復位模型貼附，術前演練觀察導板引導置釘準確。

患者全麻，取俯臥位，沿髂后上棘表面皮膚做6 cm切口，剝離周圍的軟組織，顯露髂后上棘及周圍部分髂嵴。按術前演練的方法將導板基座緊密貼附于髂嵴及髂骨外板表面，確認貼附緊密無松動后沿導板導向孔用電鉆鉆入1枚直徑2.5 mm、長25 cm的克氏針，根據術前設計模擬螺釘長度控制克氏針進入深度，C型臂X線機透視骨盆正側位、出入口位，仔細確認克氏針位置及進入深度。取下導板，再次準確測量螺釘置入長度后，擰入直徑7.3 mm空心拉力螺釘，C型臂再次透視確認骨盆骨折復位情況及螺釘位于骶椎椎體內，拔除克氏針，沖洗后縫合傷口。

2.3 置釘準確性評估 術后均復查骨盆正位、出口位及入口位X線片、CT平掃及三維重建。按Matta評價標準[12]進行影像學評估骨盆骨折復位質量：骨盆后環(huán)分離移位4 mm為優(yōu)；4～10 mm為良；11～20 mm為可；20 mm為差。置釘準確性參照Smith等[11]介紹的方法，(1)0級：螺釘完全位于骶椎椎體內；(2)I級：螺釘穿破椎骶椎前皮質或椎管皮質或骶孔，穿出部分2 mm；(3)Ⅱ級：螺釘穿破椎骶椎前皮質或椎管皮質或骶孔，穿出部分4 mm；(4)Ⅲ級：螺釘穿破椎骶椎前皮質或椎管皮質或骶孔，穿出部分4 mm。0級定義為置釘準確。末次隨訪采用Majeed功能評分系統[13]，評價內容包括疼痛、工作、坐、性生活、站5個指標，總分為100分。85～100分為優(yōu)，70～84分為良，55～69分為中，<55分為差。

3 結 果

3.1 實驗研究結果 本實驗8具標本共使用骶髂關節(jié)螺釘導板16個，雙側骶髂關節(jié)共置入螺釘48枚，模擬置釘實驗過程順利，操作簡便，導航模板貼合錨定性良好，所有螺釘均順利置入。通過對置釘后骨盆標本三維CT橫斷面、矢狀面、冠狀面進行觀察，結合骨盆X線片及標本剖開螺釘的位置，結果顯示：置入的48枚螺釘中，0級45枚，Ⅰ級2枚，Ⅱ級1枚，螺釘置入準確率93.75%(45/48)。

3.2 臨床應用結果 本研究12例均獲隨訪，隨訪時間12～23個月，平均(17.08±5.07)個月。無螺釘松動、斷裂、移位現象，無一例發(fā)生醫(yī)源性血管、神經損傷并發(fā)癥?？偣仓萌膑诀穆葆?6枚，按照Smith法判定準確性：25枚完全位于骶椎椎體內，判定為0級，準確率96.15%；僅1枚穿出骶椎進入骶管評為Ⅰ級(3.85%)。術后根據Matta影像學評估復位情況：優(yōu)10例，良2例。末次隨訪依據Majeed功能評分標準[13]：優(yōu)8例，良4例。

3.3 典型病例 41歲男性患者，因“骨盆機器擠壓傷后2 h”入院，入院診斷：骨盆骨折C3型、尿道斷裂。急診在泌尿外科行腔鏡下尿道會師恥骨上膀胱造瘺術后10 d轉入骨科，病情平穩(wěn)后(外傷后17 d)在全麻下行3D打印導板引導下的C3型骨盆骨折全螺釘內固定術。術后復查X線片及三維CT，結果顯示骶髂關節(jié)螺釘位置良好(見圖3～8)。

4 討 論

4.1 骶髂關節(jié)螺釘置入技術現狀 骶髂關節(jié)螺釘固定是治療復雜不穩(wěn)定骨盆后環(huán)損傷的金標準[14-16]。目前常用的骶髂螺釘固定方式有：1枚S1螺釘、1枚S2螺釘、2枚S1螺釘、1枚S1+1枚S2、2枚S1+1枚S2、S1貫穿螺釘等，可以經皮或切開置入。經皮骶髂螺釘創(chuàng)傷小，固定牢靠，患者功能恢復快，但是由于骶髂關節(jié)及骶骨復雜的解剖結構，骶髂螺釘準確放置要求醫(yī)生經驗豐富，術前規(guī)劃細致，才能防止醫(yī)源性骶骨周圍神經血管等結構損傷風險[17-19]。最佳的骶髂螺釘置釘關鍵在于進釘點及螺釘通道的設計，理想的骶髂螺釘路徑是經髂骨穿過骶髂關節(jié)進入骶椎椎體內，不穿透骶椎皮質，不損傷馬尾神經、髂血管、L5S1神經根及椎間隙。為避免這種潛在的并發(fā)癥，臨床上已有多種先進的技術被應用于輔助置釘[20-23]，包括O-ARM導航系統、骨科手術機器人、3D打印釘道導板、體外導向裝置等。O-ARM導航由手術透視系統、圖像顯示系統和手術導航系統組成，可提供實時的三維圖像，直觀顯示螺釘和重要解剖結構的相對位置。在虛擬導針的引導下置入螺釘，明確提高置釘準確性，較傳統的C型臂透視能明顯節(jié)約手術時間，透視次數少，但采集圖像需要大量時間，設備操作復雜。骨科手術機器人根據術前成像、術中實時跟蹤和機械手臂輔助進行位置規(guī)劃，能顯著提高螺釘置入的精準度，X線輻射量低，減少放射暴露的風險，可用于經皮骶髂螺釘內固定手術，但是儀器設備費用昂貴、成本高、難以在國內普及使用。目前哪種技術輔助骶髂關節(jié)螺釘置入為最佳尚無定論。

圖3 術前X線片示C3型骨盆骨折 圖4 術前三維CT示C3型骨盆骨折 圖5 骨盆3D打印骶髂螺釘導板、螺釘通道虛擬路徑設計

圖6 術中骶髂螺釘導板引導下置入骶髂關節(jié)螺釘 圖7 術后X線片示骶髂螺釘位置滿意 圖8 術后三維CT示骶髂螺釘位置滿意

4.2 3D打印導板輔助骶髂螺釘置釘的優(yōu)勢 3D打印導板是基于骨盆CT掃描數據通過數字化軟件三維重建后，計算機輔助設計的釘道導向模板，實現了個體化、精準化的手術治療，為置入骶髂螺釘提供了一種簡便的導航裝置[24-26]。與傳統的C型臂透視置釘法比較，該技術可在計算機上進行細致的術前規(guī)劃，模擬設計骶髂關節(jié)螺釘進釘點、導針角度及螺釘置入長度，運用3D打印技術得到1∶1骨盆骨折模型，術前在模型上模擬手術，術中通過導板完成螺釘的置入，降低了手術難度，臨床實用價值較高。陳宣煌等[27]選用30例3D打印的骨盆模型，在置釘開始前先通過Mimics軟件預測出骶髂螺釘進釘點和螺釘通道，再使用3D打印導航模板輔助置釘操作。結果表明：在骶髂螺釘置釘過程中，采用Mimics軟件術前設計的螺釘與3D打印導航模板輔助置釘操作的實際效果高度一致，臨床應用價值高。劉毅等[28]采用該方法治療5例患者，先獲取患者術前骨盆CT掃描數據，計算機建模并設計骶髂關節(jié)螺釘進釘點和骨性通道及配套的釘道導板，3D打印出骨盆骨折模型和導板實體，在術前進行預手術，術中共置入5枚骶髂關節(jié)螺釘。結果表明：運用3D打印導板引導骶髂螺釘置釘，手術時間短，透視少，置釘準確，術后優(yōu)良率高。Wu等[29]回顧性分析37例骶骨骨折患者，共置入73枚骶髂螺釘，其中19例患者采用3D打印導板輔助共置入42枚螺釘(30枚S1，12枚S2)。首先利用CT數據計算機上構建骨盆三維模型，計算機模擬S1和S2骶髂螺釘置入，并設計了一款由底板和導管組成組配式3D打印導航模板，可以置入多枚螺釘，通過大約5 cm的切口和剝離骨面軟組織，貼合導板，順利置入螺釘，準確性高，透視少，手術時間短，避免了骨盆醫(yī)源性結構損傷。Yang等[30]回顧性研究了40例骶髂螺釘固定患者，分為體外模板組(22例37枚)和常規(guī)C型臂X線機透視組(18例22枚)，比較兩組間每枚螺釘的手術時間、透視照射時間、螺釘穿準確性率。結果兩組差異均有統計學意義，體外導板為經皮髂骶螺釘置入提供了一個準確和安全的導航工具，可減少置釘手術時間和透視輻射的風險。

本實驗中采用8具骨盆標本模型薄層CT掃描，在實驗前先通過計算機模擬出骶髂螺釘虛擬釘道進釘點及方向，設計出導板模型并3D打印，將導板帖服于髂后上棘，通過導板輔助置釘，結果顯示所有螺釘均順利置入，CT三維重建評估置釘準確率為93.75%。同期采用該方法治療12例骨盆骨折患者，共置入骶髂螺釘26枚，25枚完全位于骶椎椎體內，準確率為96.15%；另外1枚穿出骶椎進入骶管評為2級(3.85%)，但沒有骶神經癥狀。術后根據Matta影像學評定復位情況：優(yōu)10例，良2例；末次隨訪依據Majeed功能評分標準：優(yōu)8例，良4例。因此，臨床手術中應用3D打印骶髂螺釘導板結合實時C型臂X線機，透視克氏針導針在骨盆骶髂關節(jié)內的位置及進入深度，可提高置入骶髂關節(jié)螺釘的準確性。進一步證明3D打印導板輔助置入骶髂螺釘準確性及安全性較高，療效確切。

4.3 3D打印導板輔助骶髂螺釘置釘的局限性 3D打印導板輔助骶髂螺釘置釘有一定的缺陷，僅適用于骶髂關節(jié)脫位或骶骨骨折通過牽引能基本復位者，如果無法閉合復位，需要切開行骶髂關節(jié)復位后才能行骶髂螺釘固定；如果骶骨骨折同時合并骶神經癥狀，需先行骶管切開減壓骶神經探查。導板的正確放置至關重要，如導板與骨面帖服有誤差，也可能會導致螺釘位置偏移引起醫(yī)源性損害，且放置導板時需切開剝離導板底座骨面的軟組織，顯露髂后上棘骨性標志，較傳統經皮置釘創(chuàng)傷更大。同時也需要結合術中C型臂透視確認導針位置，才能實現一次性置釘。

綜上所述，3D打印個體化導板輔助骶髂螺釘置釘準確、安全、有效，降低了手術難度，操作簡便，設備要求低，適合基層醫(yī)院推廣。