3D打印与腹直肌旁切口治疗骨盆骨折的对照研究

林明亮，林羲疆，陈博韬，周 奇，曾参军

1广州市天河区人民医院，广东 广州 510630；2南方医科大学第三附属医院//广东省骨科研究院骨科，广东 广州510630

骨盆骨折多由于高能量损伤所致，占骨折总数的1%～3%，致残率达50%～60%，致死率为10%～25%。这些暴力直接挤压或撞击骨盆，如处理不当，多伴随各种并发症。手术治疗常是不稳定骨盆骨折的主要方法[1-2]，但因其毗邻重要血管神经复杂，骨折位置深，外科手术难度大。加之骨盆个体化差异较大，目前仍然没有报道有适合的通用型解剖钢板[3-4]。所以传统的手术治疗则需要尽量暴露骨折的位置，依靠经验植入钢板就可能存在位置不佳、术中需多次塑形钢板和透视、螺钉误入关节、耗时及出血更多、创伤更大的缺点，进一步加大手术风险及术后并发症。近年来3D打印技术在骨科的应用是个热点，已有报道在复杂Pilon骨折[5]、复杂胫骨平台骨折[6]、肘关节恐怖三联征[7]等骨科领域广泛应用，且获得较好治疗效果。但目前关于3D打印与传统腹直肌旁切口治疗效果对比的相关报道却较少见[8]。应用3D打印技术进行手术个性化方案设计，术前利用Mimics软件进行虚拟三维重建，手术钢板螺钉预弯服贴、钢板螺钉最佳位置设计、螺钉方向设计和螺钉长度测量，可进行更为精确、微创的手术操作,缩短手术时间，减少出血量，降低伤残并发症的发生率，提高康复效果。但因价格昂贵，基层医院开展仍较困难。本研究通过对50例骨盆骨折患者分别采用3D打印骨折模型指导手术和传统影像片指导手术两种方法治疗，评价3D打印骨折模型用于复杂骨盆骨折治疗效果，以期改善复杂骨盆骨折患者预后，现将结果报道如下。

1 资料与方法

1.1 一般资料

选取2013年9月～2015年6月笔者主刀完成的50例骨盆骨折。其中男性35例，女性15例，年龄17～75岁，平均36岁；车祸伤32例，高处坠落伤18例。骨盆骨折按Tile分型：A2型2例，B1型12例，B2型14例，B3型2例，C1型13例，C2型5例，C3型2例。其中合并尿道损伤8例，腹腔脏器损伤7例，阴道肛门损伤1例，肾挫裂伤1例，股骨干骨折5例，胫腓骨骨折7例，合并神经损伤4例，并发休克11例。纳入标准：均符合骨盆骨折的诊断标准；符合手术指征；符合骨盆骨折前路内固定标准；无手术禁忌症。排除标准：不符合手术指征；合并有严重系统疾病者；资料不全者或未按要求完成术后随访者。将患者对照组和观察组。其中对照组27例，行常规腹直肌旁切口钢板螺钉内固定术；观察组23例，采用3D打印结合腹直肌旁切口钢板螺钉内固定术。两组一般资料比较，差异无统计学意义（P＞0.05），具有可比性。本研究已通过本院伦理委员会审查，患者了解详细研究内容后均自愿参与研究，并签署知情同意书。

1.2 研究方法

所有患者手术前均行骨盆前后位、入口位、出口位X线片及骨盆CT薄层扫描、三维重建检查。观察组典型病例展示（图1～2），术前采用Mimics软件进行虚拟复位，虚拟内固定设计、钢板最佳位置设计、螺钉最佳位置方向设计（图1B～D）。将复位后骨盆模型数据用STL格式数据导入3D打印机打印出复位后患者骨折骨盆三维物理模型，打印出患者仿真骨折骨盆（图1E），术前在三维物理模型上进行模拟骨折内固定，根据虚拟内固定设计确定钢板螺钉最佳位置、钢板预弯程度、螺钉长度、螺钉数量和方向、螺钉进入角度等一系列术前模拟内固定（图1F）。将预弯好的钢板螺钉术前送手术室消毒等术前准备。手术入路同对照组采用腹直肌旁手术入路。手术实施与功能锻炼、资料随访均由同一手术医师完成。

图1 观察组患者，男性，高处坠落伤，骨盆骨折Fig.1 Patient of observation group, male, injury from falling, pelvic fracture.

图2 典型病例术后影像Fig.2 Postoperative images of typical cases.

1.3 手术方法

50例患者均采用腹直肌旁切口，切口长约5～14 cm（其中包括部分C2型和C3性骨盆骨折患者用双腹直肌旁切口，皮肤切口采用下腹与皮纹平行弧形切口，皮下双侧同腹直肌旁切口），皮肤切口位于患侧麦氏点至髂前上棘与耻骨联合中内1/3交点连线上（图3A），切开皮肤皮下，顺皮肤切口切开腹外斜肌腱膜（图3B），再沿切口方向切开腹直肌前鞘，直视下可见腹直肌，从腹直肌外侧缘用手指钝性剥离显露腹横筋膜，从腹横筋膜下方与腹膜外脂肪间隙可进入腹膜外间隙，防止损伤壁层腹膜和腹壁下血管，连同腹膜外脂肪向内推开腹膜，向头侧、内侧轻柔牵拉，以便于进一步分离腹膜外间隙。辨认髂外动脉和静脉、精索或子宫圆韧带，游离血管束，套橡胶圈，以安全地牵开。

图3 腹直肌旁切口手术入路Fig.3 Pararectus abdominis approach.

用"S"拉钩将腹内斜肌、腹横肌从腹横筋膜下方拉起至髂嵴，用骨膜剥离器向内侧剥离髂肌在髂嵴上附着点可暴露髂嵴后1/3至髂前下棘内侧面形成“第一窗”，可于此窗复位放置钢板内固定，注意保护髂腹股沟神经、股神经、股外侧皮神经和生殖股神经，以及阴部内血管。从髂嵴髋骨上剥离少许髂肌，以显露髂嵴、髂骨翼内侧面，于髂嵴内侧面放置术前已设计及预弯钢板。用手指或钝性骨膜剥离器向头侧、内侧推开腹膜，以便于进一步分离腹膜外间隙，用"S"拉钩向内侧拉开腹膜及腹腔内容物，用钝性骨膜剥离器从髂腰肌筋膜表面钝性剥离腹膜至真骨盆入口（髂耻隆起至骶髂关节），用电刀切开髂耻筋膜和真骨盆缘骨膜，用钝性拉钩向外侧拉开髂腰肌可暴露骶髂关节至髂耻隆起形成“第二窗”，于此窗可复位骨折及放置钢板螺钉内固定，于骶骨翼、骶髂关节前方、真骨盆入口缘至髂耻隆起处放置钢板（图2C）。于腹直肌在耻骨结节止点外侧缘用手指钝性剥离，向内上钝性推开膀胱，形成膀胱前间隙，用拉钩拉起腹直肌，在膀胱前间隙内耻骨联合内侧用手指钝性分离对侧耻骨上支内侧面。手指沿切口侧耻骨上支内侧面向外上方钝性推开髂外动静脉、精索（或子宫圆韧带）形成“第三窗”“,第二窗”与“第三窗”间隙内伸入左右手指会师提起髂外动静脉、精索（或子宫圆韧带）置入导尿管以安全地提起牵开“。第三窗”内切开髂耻筋膜，部分剥离耻骨肌并牵向外侧，以显露髂耻隆起、耻骨上支、耻骨联合和对侧的耻骨上支。辨别、结扎和分开腹壁下动脉或髂外动脉与闭孔动脉之间的吻合支（死亡冠），于“第三窗”复位耻骨上支、耻骨联合和对侧的耻骨上支骨折并安全放置钢板螺钉内固定“。第二窗”与“第三窗”联合可于真骨盆入口缘复位骨折并从骶骼关节至耻骨联合至对侧耻骨上支放置钢板螺钉内固定。可于此处放置3D打印模拟手术时己预弯好的钢板进行固定。有四边体骨折者可暴露“第四窗”，从“第二窗”真骨盆缘向下方骨膜下剥离，从四边体上向后剥离闭孔内肌至坐骨棘。从上方置一钝性拉钩拉开膀胱和闭孔神经和血管，直至下方坐骨大小切迹，后方至骶骼关节，前方至闭孔缘暴露整个四边体形成“第四窗”。于此窗可直视下放置复位钳复位四边体骨折块，并且可从关节内观察有骨块嵌压的病例真骨盆自前方显露，始于显露闭孔神经和血管，从上方置一钝性拉钩，直至坐骨切迹，以向内牵拉膀胱和闭孔神经血管结构，从四边体上向后剥离闭孔内肌至坐骨棘，从坐骨缘可安全解剖至骶髂关节前方，从骶髂关节继续向内侧和尾侧，可显露髂血管和腰丛的分叉,可直视下放置复位钳复位四边体骨折块，置入术前模拟内固定钢板置入的最佳位置和螺钉置入的最佳方向。确定螺钉置入的安全区或绝对和相对危险区，按虚拟、模拟内固定方案进行操作，以避免螺钉穿入髋关节。“第二窗”继续从骶髂关节向内侧和尾侧可显露髂总血管和腰骶干神经。向后内将腹膜连同输尿管一起推向中央跨过髂总动静脉至骶1椎体前方，注意勿损伤骶正中动脉及骶前静脉丛。电刀切开骶1椎体前方骨膜，并骶骨翼血管和腰丛外侧骨膜切开，从骨膜下至一导尿管以安全地提起牵开保护髂总动静脉和腰丛神经形成“第五窗”，“第五窗”联合“第二窗”可复位骶骨骨折和放置钢板螺钉内固定。

1.4 术后处理及随访

术后均使用抗生素预防感染。切口放置负压引流24～48 h，术后3 d免负重开始髋关节被动活动，适当练习下肢肌肉收缩及踝关节屈伸活动；酌情早期床上翻身屈膝屈髋活动，2～4周后扶拐站立与步行、锻炼。6～8周后根据情况可弃拐行走。术后常规护理，术后开始辅助功能锻炼后均顺利出院，两组均在术后3 d、4周、8周、12周、6月及1年定期复查射线骨盆前后位、髂骨斜位、闭孔斜位片，必要时加照骨盆入口位、出口位和加拍CT，明确有无固定物松动、骨折移位。

1.5 观察指标

比较两组手术疗效指标，包括切口长度、手术时间及出血量。随访期间测定患者骨盆骨折复位Matta评分[9]及术后骨盆功能Majeed评分[10]。

1.6 统计学方法

采用SPSS19.0统计软件对数据进行处理。定量数据以均数±标准差表示，两样本均数比较采用独立样本t检验，以P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 治疗情况

两组骨盆骨折患者治疗途中无1人因故自愿退出或其他原因被排除，最终计入结果分析的患者数量为50例。50例患者均获随访，所有患者无股外侧皮神经损伤、术后髋内收有力正常、术中无腹膜破裂，随访时间6～18月（平均9月），骨折均临床愈合，临床愈合时间6～12周(平均8周)。

2.2 两组手术疗效指标比较

与常规手术腹直肌旁切口组相比，采用3D打印技术术前模拟手术结合腹直肌旁切口治疗骨盆骨折时，患者切口长度明显缩短，术中出血量明显减少，手术时间明显缩短（P＜0.05，表1）。

表1 两组患者切口长度、手术时间及出血量的比较Tab.1 Comparison of incision length, operation time and bleeding amount(Mean±SD)

2.3 Matta及Majeed评分结果

采用Matta标准评价骨折复位情况，优35例，良13例，可2例，优良率96%；术后半年采用Majeed评分标准进行功能评定，优37例，良10例，可3例，优良率为94%。

3 讨论

骨盆骨折的类型和严重程度不一样，治疗方法也不同，救治不当具有较高的死亡率和致残率[11]，不稳定的骨盆骨折常主张手术治疗[12]。传统的手术治疗需要尽量暴露骨折的位置，依靠经验植入钢板则可能存在位置不佳、术中需多次塑形钢板和透视、螺钉误入关节、耗时及出血多、创伤更大，精确的钢板和螺钉放置显得尤为重要[13-14]。

本研究通过对比结果分析显示，3D打印结合腹直肌旁切口组切口长度、手术时间、出血量均明显少于常规手术腹直肌旁切口组。既往报道显示，关于3D打印技术应用于骨科领域治疗，如复杂胫骨平台骨折、肘关节恐怖三联征以及骨盆骨折治疗等均取得不错效果[4,6-7,15]，其试验组手术时间、术中出血量少于对照组的结果与本研究显示结果一致，说明3D打印技术在骨盆骨折手术中的应用，是可以提高手术疗效。但是上述研究均未对手术切口长度进行比较。本研究通过对比显示，采用3D打印技术组手术切口明显比常规手术组短，表明采用3D打印技术可减少手术创伤。3D打印技术可根据三维重建CT的影像制作出1∶1的模型，能清晰、准确、全面地显示骨盆骨折的具体情况。对于复杂的骨盆骨折，三维物理模型可直观显示骨盆骨折部位与周围结构的立体关系，三维物理图像可以任意旋转，全面且清晰地显示骨折解剖结构，为临床医师提供直观、立体的立体图像，方便制定个性化手术方案，虚拟手术过程与实际手术过程吻合度高[16-17]。术者术前采用Mimics软件进行虚拟复位，虚拟内固定、钢板最佳位置、螺钉最佳位置方向等设计。将复位后骨盆模型数据导入3D打印机打印出复位后的三维物理模型并在模型上进行模拟骨折内固定，根据虚拟内固定设计确定钢板螺钉最佳位置、钢板预弯程度、螺钉长度、螺钉数量和方向、螺钉进入角度等一系列术前模拟内固定。术者无需术中多次塑形钢板和透视，节约手术时间，减少了出血量，显著提高治疗效果。这也是3D打印结合腹直肌旁切口组切口长度、手术时间、出血量均明显少于常规手术腹直肌旁切口组的原因。

但研究也发现，即使术前利用3D打印技术生成打印模型，仍与真实的手术有很大差距。有时模拟手术非常顺利，但在实际手术中仍会遇到很多难题，如解剖和复位等。总而言之，通过3D打印技术在体外进行模拟手术具有很多优点：可优化钢板的最佳位置；精确钢板预弯；可轻易找到唯一位置，使得精确预弯钢板与模拟手术钢板最佳位置完全吻合；明显缩短了手术时间，术前精确预弯钢板，可大大减少术中反复预弯钢板的时间，模拟手术记录了每颗螺钉的长度，术中也节约了测量螺钉长度的时间，此优点在应用多块钢板时尤为突出；精确预弯钢板提高了重建钢板预弯后与骨面的服贴程度，实现更好的生物力学性能；防止因钢板与骨面不贴螺钉加压造成的已复位的骨折块移位；可引导骨折复位，在复杂骨折移位难以复位时，可以利用精确预弯好的重建钢板达到优化骨折复位；有利于与患者进行沟通，降低医疗风险。

综上，应用3D打印技术术前虚拟设计及3D打印仿真模型模拟内固定设计钢板预弯、钢板螺钉最佳位置设计、螺钉方向设计和螺钉长度测量等术前准备，进一步缩短了手术时间，减少了出血量，手术皮肤切口缩短提高疗效。相对于传统手术腹直肌旁切口治疗骨盆骨折，这种联合治疗方法在临床应用中具有更显著的优势，值得广泛推广。