3D打印数字化技术辅助治疗髋臼骨折术后康复分析

陈家耀　陆俭军谭海涛　陆声榆　甘智　何锦威

摘要：目的：探讨3D打印数字化技术辅助手术治疗髋臼骨折的临床效果。方法：2014年1月至2016年1月采用传统切开复位内固定术31例和3D打印数字化技术辅助手术治疗髋臼骨折32例，术后两组患者采用相同康复计划，比较两组患者康复功能评分及康复时间。结果：两组术后2周和3个月VAS、Harris评分比较有统计学意义（P<0.05）；术后6个月两组髋关节VAS、Harris评分比较无统计学意义（P>0.05）。结论：3D打印技术应用于髋臼骨折手术可缩短患者康复周期，使患者早日进行功能康复锻炼，减少住院日。

关键词：髋臼骨折；3D打印；康复

中图分类号：R445.3；R681.6 文献标志码：A 文章编号：1008-2409（2016）05-0027-05

髋臼骨折为高能量损伤所致的关节内骨折，髋臼解剖复杂性使髋臼骨折诊断分型及治疗较为困难，成为创伤骨科医生的一个挑战，也一直是临床研究的热点。由于髋臼解剖位置深、形态复杂，复位与固定极为困难，手术过程中易出现螺钉进入关节、骨折块移位等并发症。传统的手术方案设计，术者对骨折线的判断以及重建钢板的植入位置、螺钉的选择没有三维空间的判断，完全依赖于医生的临床经验与技能，手术创伤大、术中出血多、患者康复周期长。因此，完善的术前方案制定与术后康复密切相关，可以决定手术成败。随着数字医学与3D打印技术的发展，2006年我国首先提出了“精准外科”的概念，得到了国内、国际医学界的认可，实现了虚拟到现实的转变，医生可直接根据3D打印模型对骨折线进行分析分型，术前虚拟复位手术方案设计，确定个体化、最优化的手术方案及模拟操作，以确保手术的成功，减少并发症的发生，缩短手术时间。我院自2014年1月至2016年1月使用3D打印技术辅助治疗髋臼骨折，并与传统手术方法术后采用相同康复锻炼计划，对两种治疗效果进行比较。现报告如下。

1资料与方法

1.1一般资料

髋臼骨折患者共63例，按照患者入院顺序随机分为传统切开复位内固定手术组31例和3D打印数字化技术辅助手术组32例。其中男36例，女27例；左侧髋臼29例，右侧髋臼34例；新鲜骨折38例，陈旧性骨折25例；年龄22～56岁，平均43.2岁；按照AO分型进行分类，A型27例、B型21例、C型15例；两组患者性别、年龄、受伤情况、分型等比较差异无统计学意义（P>0.05），具有可比性。63例患者均获得超过6个月随访。

1.2手术方法

1.2.1术前准备 术前对所有患者髋关节疼痛（VAS评分）和Harris评分进行记录评估。所有患者均采取全身麻醉，由同一组医生进行手术。根据不同的骨折类型采用不同的手术入路：髂腹股沟入路、K-L入路及联合入路的精准修改及相互配合。

1.2.2 3D打印组 将64排螺旋CT薄层扫描数据以DICOM格式导入到医学3D图像編辑处理Mimics14.0软件中，对髋臼骨折进行三维重建，根据三维重建图像观察骨折块的相对空间位置确认分型，并虚拟手术复位。利用复位骨折模型，以骨折的AO治疗原则为准，选择合适手术入路，在复位骨折模型上划线确定预设钢板位置及每个钉孔位置。利用创建圆柱体功能创建直径为2.5 mm圆柱体进行虚拟钉道模拟，按照实际术中情况调整每颗虚拟螺钉方向及长度并测量每颗螺钉长度。同时，运用“创建曲线”（Create Spline）在模型上布置一条红色曲线即最佳钢板植入位置，三维切割（Cut）预设钢板位置骨折模型，切割模块大小等于现实重建钢板的长度和宽度，得到预设钢板位置骨面模型，文件以STL格式导入3D打印软件markware中调整打印方位，3D打印出实物模块。根据3D打印模型进行术前重建钢板的折弯，选择合适孔数的钢板，先折弯大的弧度，再折弯小弧度，争取一次到位，避免反复折弯，折弯标准为离骨面平均距离<1mm，亦可在骨盆模型上预弯钢板。术中按照所预定的复位方案进行复位并与预弯好的重建钢板进行比对，实现重建钢板与某处骨面的完全贴合，该位置即为手术设计的钢板置入位置。

1.2.3传统手术组 术者术前根据患者X线片及CT扫描结果对骨折分型进行判断，根据骨折分型及自己的经验进行术前手术方案设计并进行手术。

1.2.4术后康复计划 术后伤口放置引流管，持续引流24～48 h。麻醉药效过后检查患侧下肢的感觉、运动、血运情况。术后复查X线片及64排三维重建CT。针对不同的骨折类型和复位效果，根据术后X线片或CT检查判断骨折愈合情况，进行康复锻炼，以获得髋关节更好功能。出院后对两组病例进行随访。康复治疗步骤：第一阶段（术后2周内）：目的：促进患肢血液循环，消除肿胀；方法：患侧髋关节置于屈曲30°、外展15°体位，术后首日行臀大肌、髋外展肌、股四头肌、胭绳肌等长收缩及踝关节屈伸活动，100～150次/d，分3组完成，早、中、晚各训练1组，每组于1 h内完成。去引流管后，CPM机治疗，自30°开始，2次/d，50～60 min/次，隔日关节活动度增加5°。鼓励髋关节适度后伸及外展运动（≤30°），3～4次/d，30 min/次。髋、膝关节主动屈伸运动，避免过度内收、内旋活动，循序渐进，配合借力运动及理疗。第二阶段（术后2周至骨折临床愈合）：目的：逐步恢复患肢功能；方法：健肢与躯干维持正常活动范围，主动髋关节后伸、外展、下肢屈伸、股四头肌锻炼和床边站立，做床上保健操。术后5～6周扩大活动范围及力量。术后8～12周依骨折愈合情况，行扶拐不负重及适度负重行走练习。配合理疗及按摩等治疗。第三阶段（骨折临床愈合期）：目的：逐步恢复日常活动能力及工作能力；方法：加强患肢关节主动活动和负重练习，最大限度恢复关节活动范围及肌力，通过主动运动、助力及被动运动恢复髋、膝关节的活动范围，以不引起明显疼痛为度，循序渐进，每日练习数次。逐步增加肌肉的工作量，引起肌肉适度疲劳，配合理疗及按摩等治疗。

1.3临床随访及疗效评价标准

患者出院后3个月内每周随访1次，3～6个月每1个月随访1次，6个月至1年后每3个月随访1次，1年以后每6个月随访1次。随访内容：患者一般情况，包括术后有无神经血管损伤、切口愈合情况、髋关节活动度和肌力恢复情况。采用VSA评分、Harris评分对患髋恢复情况进行评价。

1.4统计学处理

采用SPSS 17.0统计学软件对数据进行分析，计数资料采用X²检验，计量资料用x±s表示，采用t检验，P<0.05为差异有统计学意义。

2结果

两组患者切口均一期愈合，无髋关节创伤性关节炎等严重并发症发生。63例患者术后均获得6～12个月随访，平均9.7个月。在术后2周和3个月两组髋关节VAS、Harris评分3D打印手术组优于传统手术组，两组比较有统计学意义（P<0.05）。详见表1～2；在术后6个月髋关节VAS、Harris评分两组比较无统计学意义（P>0.05）。详见表3。

3讨论

髓关节是人体重要的活动关节和负重关节，髋臼解剖结构复杂、位置较深。Judet等将髋臼临近结构划分为前柱、后柱，前柱（即髂耻柱）由髂嵴前上方斜向前内下方，经耻骨支止于耻骨联合，由髂嵴、髂棘、髋臼前半部和耻骨组成。后柱（即髂坐柱1由坐骨大切迹经髋臼中心至坐骨结节，包括坐骨、坐骨棘、髋臼后半和形成坐骨切迹的密质骨组成。髋臼后壁和髂骨下部是髋臼主要负重区。髋臼骨折的治疗目的是通过恢复解剖结构、加强内固定、术后早期功能锻炼等积极治疗来恢复髋关节功能。随着内固定技术更新，手术治疗髋臼后壁骨折已是大多数创伤骨科医生的共识，而个性化、最优化的术前设计是临床手术不可或缺的一部分。3D打印技术又称“快速成型技术”，是一种与传统“减材制造”技术相反、在三维数字模型的基础上采用逐层制造方式将材料堆积起来的新型“增材制造”技术。1986年，Chuck Hull发明了光固化立體印刷技术（SLA），并产生第一台3D打印机。

本研究32例患者采用数字化结合3D打印技术设计个性化的髋臼后壁修复方案，术中解剖复位，固定牢靠，无并发症，效果理想。此方案和传统方法相比，具有以下优势：①术前可按1：1比例3D打印出骨盆模型，有助于骨科医生了解局部解剖与骨折情况，还能进行现实手术模拟。这有助于手术医生术前熟悉手术操作，发现术中潜在风险并提前预防，使手术更加精准、安全。提高了手术效率，缩短手术时间，减少手术出血。②在医学教育方面有很好的应用。对年轻医生而言，3D打印技术可以弥补解剖标本缺乏的空白，帮助医生更好地理解解剖结构。年轻医生通过3D打印模型得到了反复训练手术机会，快速提高青年医生的手术技能。③3D打印技术辅助传统医疗技术，为患者提供个性化的服务。治疗模式变成术前预演、术中实践、术后复查治疗模式，降低治疗盲目性，保证了治疗效果，缩短了手术时间，降低创伤程度。④通过3D打印实物模型可以更好地与患者及家属沟通、解释和交流病情。三维模型可以很好地显示复杂病变的解剖形态，提高疾病诊断率，同时使医生对病情有更直观、清楚的了解，并且在临床上还可用于与患者沟通谈话，使患者及其家属更易于理解病情、手术方式、并发症，有利于减少医疗纠纷。

相同康复计划可直观比较出两种方式对髋臼骨折的术后康复情况。因3D打印辅助髋臼骨折手术创伤小，没有二次损伤，不影响神经、肌肉的功能及本体感觉，患者无疼痛等不适。患者可早日重返工作岗位，从而减少了住院日，降低了医疗成本。笔者应用髋关节创伤后功能评分标准对患者进行随访，以评估远期效果。根据随访数据可见，3D打印辅助髋臼骨折手术组术后2周、3个月康复及功能评分均较传统术式满意。因术后6个月髋臼骨折已愈合，患者已可自行下地活动，所以髋关节VAS、Harris评分两组比较无统计学意义（P>0.05）。

综上所述，髋臼后壁骨折的手术治疗采用3D打印技术辅助，可缩短术后康复时间，有助于患者术后功能康复锻炼，促进骨折愈合。