多层螺旋CT联合3D打印在旋转不稳定性骨盆骨折治疗中的应用

doi:10.12307/2023.602

中国组织工程研究 ›› 2023, Vol. 27 ›› Issue (27): 4345-4350.doi: 10.12307/2023.602

• 骨与关节图像与影像 bone and joint imaging • 上一篇下一篇

多层螺旋CT联合3D打印在旋转不稳定性骨盆骨折治疗中的应用

阿力木·克热木，梁志林，帕孜拉·艾拉，麦麦提艾力·阿不力克木，艾克白尔·吐逊

喀什地区第一人民医院创伤骨科，新疆维吾尔自治区喀什市 844000

收稿日期:2022-04-29 接受日期:2022-07-14 出版日期:2023-09-28 发布日期:2022-11-07
通讯作者: 艾克白尔·吐逊，硕士，副主任医师，喀什地区第一人民医院创伤骨科，新疆维吾尔自治区喀什市 844000
作者简介:阿力木·克热木，男，1978年生，新疆维吾尔自治区阿图什市人，维吾尔族，博士，主任医师，主要从事创伤修复重建、数字骨科研究。
基金资助:
“珠江学者·天山英才”合作工作室创新团队计划(KDYY202020)，项目负责人：阿力木·克热木；新疆天山创新团
队计划(2017D14015 )，项目负责人：阿力木·克热木

Application of multi-slice spiral CT combined with 3D printing in the treatment of rotationally unstable pelvic fractures

Alimu·Keremu, Liang Zhilin, Pazila·Aila, Maimaitiaili·Abulikemu, Aikebaier·Tuxun

Department of Orthopedics and Trauma, The First People’s Hospital of Kashi, Kashi 844000, Xinjiang Uygur Autonomous Region, China

Received:2022-04-29 Accepted:2022-07-14 Online:2023-09-28 Published:2022-11-07
Contact: Aikebaier·Tuxun, Master, Associate chief physician, Department of Orthopedics and Trauma, The First People’s Hospital of Kashi, Kashi 844000, Xinjiang Uygur Autonomous Region, China
About author:Alimu·Keremu, MD, Chief physician, Department of Orthopedics and Trauma, The First People’s Hospital of Kashi, Kashi 844000, Xinjiang Uygur Autonomous Region, China
Supported by:
“Pearl River Scholars·Tianshan Talents” Cooperative Studio Innovation Team Program, No. KDYY202020 (to AK); Xinjiang Tianshan Innovation Team Program, No. 2017D14015 (to AK)

摘要/Abstract

摘要：

文题释义：

3D打印技术：是一种快速成型技术，以数字模型文件为基础，使用粉末状塑料或金属等可黏合材料，经逐层堆叠累积方式构造物体，用于骨盆骨折术前指导中，便于手术医师充分考虑术中可能存在的风险，提出更完善的手术计划，并在实物模型上反复练习，预测术中风险与手术疗效。
Majeed骨盆功能评分系统：是一种临床常用的骨盆功能评分系统，包括疼痛、工作、坐立、性生活和站立项目，包含广泛，实用性强，评分越高功能越好。

背景：骨盆骨折是严重骨折类型，单纯多层螺旋CT三维影像显示效果存在二维平面局限性，在骨盆骨折术前方案指导上存在不足。
目的：分析多层螺旋CT联合3D打印进行术前指导应用于旋转不稳定性骨盆骨折的临床效果。
方法：纳入2017年1月至2020年12月喀什地区第一人民医院收治的90例旋转不稳定性骨盆骨折患者，按随机数字表法分组，研究组(n=47)进行切开复位内固定前采用多层螺旋CT联合3D打印进行术前指导，对照组(n=43)进行切开复位内固定前采用多层螺旋CT进行术前指导。术后随访1年，记录两组骨折愈合时间，评估骨盆复位质量，参考Majeed骨盆量化评分标准评价术后骨盆功能恢复结果，以及术后不良事件发生率。
结果与结论：①研究组螺钉错位率低于对照组(P < 0.05)，骨折愈合时间短于对照组(P < 0.05)，术后3个月的骨盆骨折复位质量优良率高于对照组(P < 0.05)；②与术后3个月比较，两组术后6，12个月的骨盆功能评分升高(P < 0.05)，两组间术后3，6，12个月的骨盆功能评分比较差异无显著性意义(P > 0.05)；③研究组47例中，发生骨折移位1例、创伤性关节炎2例，不良事件发生率为6%；对照组43例中，发生畸形愈合1例、异位骨化1例、骨折移位2例、创伤性关节炎2例、骨盆不稳2例，不良事件发生率为19%；两组间不良事件发生率比较差异无显著性意义(P > 0.05)；④结果表明，对于旋转不稳定性骨盆骨折，相较于单纯采用多层螺旋CT进行术前指导，采用多层螺旋CT联合3D打印进行术前指导可提升骨折复位质量、缩短骨折愈合时间及降低螺钉错位率。
https://orcid.org/0000-0001-5922-2124 (阿力木·克热木)
中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节；骨植入物；脊柱；骨折；内固定；数字化骨科；组织工程

关键词: 多层螺旋CT, 3D打印技术, 骨盆骨折, 不稳定性骨盆骨折, 钢板内固定, 复位质量, 手术指标

Abstract: BACKGROUND: Pelvic fractures are a serious type of fracture, and there are limitations in the two-dimensional plane display effect of pure multi-slice spiral CT three-dimensional images, and there is a lack of preoperative planning guidance for pelvic fractures.
OBJECTIVE: To analyze clinical effect of multi-slice spiral CT combined with 3D printing in patients with rotationally unstable pelvic fractures.
METHODS: From January 2017 to December 2020, clinical data of 90 patients with rotationally unstable pelvic fractures admitted to the First People’s Hospital of Kashgar were included. They were grouped according to the random number table method. In the study group, 47 patients underwent multi-slice spiral CT combined with 3D printing technology to guide the operation. In the control group, 43 patients used multi-slice spiral CT for preoperative guidance before open reduction and internal fixation. After 1 year of follow-up, the fracture healing time of the two groups was recorded to evaluate the quality of pelvic reduction. The pelvic function recovery results were evaluated with reference to the Majeed pelvic quantitative scoring standard. The postoperative adverse event rate in the two groups was calculated.
RESULTS AND CONCLUSION: (1) The screw dislocation rate in the study group was lower than that in the control group (P < 0.05), and the fracture healing time was shorter than that in the control group (P < 0.05). The excellent and good rate of pelvic fracture reduction 3 months after operation was higher in the study group than that of the control group (P < 0.05). (2) Compared with 3 months after operation, the pelvic function scores of the two groups at 6 and 12 months after operation were higher (P < 0.05). There was no significant difference in pelvic function scores between the two groups at 3, 6, and 12 months after operation (P > 0.05). (3) Among the 47 cases in the study group, 1 case of fracture displacement and 2 cases of traumatic arthritis occurred, and the incidence of adverse events was 6%. Among the 43 cases in the control group, malunion occurred in 1 case, heterotopic ossification in 1 case, fracture displacement in 2 cases, traumatic arthritis in 2 cases, and pelvic instability in 2 cases, with an adverse event rate of 19%. There was no significant difference in the adverse event rate between the two groups (P > 0.05). (4) It is suggested that for rotationally unstable pelvic fractures, compared with multi-slice spiral CT alone, the use of multi-slice spiral CT combined with 3D printing technology in the guidance of the surgical plan can improve the quality of fracture reduction, shorten the fracture healing time and reduce the screw dislocation rate.

Key words: slice spiral CT, 3D printing technology, pelvic fracture, unstable pelvic fracture, internal fixation of steel plate, reduction quality, surgical index

中图分类号:

阿力木·克热木, 梁志林, 帕孜拉·艾拉, 麦麦提艾力·阿不力克木, 艾克白尔·吐逊. 多层螺旋CT联合3D打印在旋转不稳定性骨盆骨折治疗中的应用[J]. 中国组织工程研究, 2023, 27(27): 4345-4350.

Alimu·Keremu, Liang Zhilin, Pazila·Aila, Maimaitiaili·Abulikemu, Aikebaier·Tuxun. Application of multi-slice spiral CT combined with 3D printing in the treatment of rotationally unstable pelvic fractures[J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2023, 27(27): 4345-4350.

图/表（结果） 9

2.1 参与者数量分析按意向性分析处理，90例患者全部进入结果分析。
2.2 试验流程图见图1。

2.3 两组患者基线资料比较两组患者一般资料比较差异无显著性意义(P > 0.05)，见表2。

2.4 两组手术指标比较研究组手术时间、术中透视时间与骨折愈合时间均短于对照组(P < 0.05)，螺钉错位率低于对照组(P < 0.05)，两组术中出血量和手术切口比较差异无显著性意义(P > 0.05)，见表3。

2.5 两组手术疗效比较研究组骨盆骨折复位质量优良率高于对照组(P < 0.05)，见表4。

2.6 两组骨盆功能比较与术后3个月比较，两组患者术后6，12个月骨盆功能评分较高(P < 0.001)，与术后6个月比较，两组术后12个月骨盆功能评分较低(P < 0.001)，两组间术后3，6，12个月的骨盆功能评分比较差异均无显著性意义(P > 0.05)，见表5，图2。

2.7 两组不良事件发生情况研究组47例中，发生骨折移位1例、创伤性关节炎2例，不良事件发生率为6%；对照组43例中，发生畸形愈合1例、异位骨化1例、骨折移位2例、创伤性关节炎2例、骨盆不稳2例，不良事件发生率为19%；两组间不良事件发生率比较差异无显著性意义(P > 0.05)，见表6。两组均未发生于内固定植入物相关的不良反应。

2.8 典型病例
2.8.1 研究组典型病例 27岁女性患者，维吾尔族，因车祸后盆部、双侧腹股沟区及左侧大腿疼痛、活动受限，于2019-03-16入院治疗。经骨盆前后位X射线片检查诊断为不稳定性骨盆骨折(TileB2.3型骨折)，入院后多层螺旋CT联合3D打印进行术前规划手术方案后，行骨盆折切开复位内固定手术，术后痊愈出院，术后骨折愈合及功能恢复良好，其手术前后随访影像学检查情况见图3。

2.8.2 对照组典型病例 25岁女性患者，维吾尔族，车祸外伤致右侧下腹部及腹股沟区疼痛伴活动受限，于2020-04-25入院治疗。诊断为不稳定性骨盆骨折(TileB2.3型)，入院后进一步完善多层螺旋CT协助术前诊断及规划手术方案，择期行骨盆骨折切开复位内固定手术，术后痊愈出院，术后骨折愈合及功能恢复良好，其手术前后影像学检查情况见图4。

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引言

材料方法

1.1 设计随机对照双盲试验，两组比较进行独立样本t检验与χ2检验。
1.2 时间及地点试验于2017年1月至2020年12月在喀什地区第一人民医院骨科完成。
1.3 对象纳入2017年1月至2020年12月喀什地区第一人民医院收治的旋转不稳定性骨盆骨折患者90例，按随机数字表法分组，研究组(n=47)进行切开复位内固定前采用多层螺旋CT联合3D打印进行术前指导，对照组(n=43)进行切开复位内固定前采用多层螺旋CT进行术前指导。所有患者对治疗知情同意并签署了知情同意书。研究已获得喀什地区第一人民医院伦理审批。
纳入标准：①经X射线片、多层螺旋CT平扫等影像学检查确诊为旋转不稳定性骨盆骨折；②均采取内固定手术，且骨折到入院治疗时间不超过2周；③患者认知正常，术前签署了知情同意书；④年龄为18-75岁，男女不限。
排除标准：①病理性骨折；②既往有骨盆、髋部手术史以及腰椎间盘突出症等影响骨盆功能的病症；③有心脑血管病变和肝肾等脏器原发性疾病；④有骨质疏松症、骨肉瘤等影响局部骨质的病症；⑤开放性骨折。
样本量计算：根据公式N=2×[(tα+tβ)×S/d]2进行样本估算，α=0.05，β=0.10，查表可得tα=1.96，tβ=1.282，采取双侧检验，以术后12个月的骨盆功能评分为重点事件，计算S=2.18、d=1.08，经计算每组样本量N=42.82，约等于43例。最终设定研究组47例，对照组43例。
1.4 材料内固定材料信息见表1。

1.5 方法
1.5.1 术前影像学指导设计手术方案
研究组：采取多层螺旋CT联合3D打印技术。使用GE Medieal Systems/Lightspeed 64排螺旋CT机(美国GE)，在骨盆区域进行多层螺旋CT检查，先薄层扫描(电压130 kV，电流120 mA，螺距0.625，层距和间隔均3 mm，准直器宽度1.2 mm)，再进行图像薄层重建，利用CT后处理技术进行三维重建，据此建立骨盆骨折复位模型，用STL格式将骨折模型与各个单一骨折块导入3D打印软件，用常州华森三维打印研究院有限公司提供的3D打印机及其配套3D-OR-THO骨科三维手术规划系统打印模型。医师根据影像学检查资料，将实物模型的骨折块进行数字化分离，测定骨折块形态、分离与关节面塌陷的数据，在软件上模拟手术体位、入路、复位方式及螺钉轨迹等，调整确认最佳手术方案。对骨盆模型全方位拍照，将数据输入打印机形成导板，按复位步骤用强力胶水黏合在骨盆相应位置。
对照组：单纯采取多层螺旋CT扫描与三维重建技术进行术前指导，操作同上。
1.5.2 手术方法手术均有同一组医师操作进行。用骨盆复位器械完成骨盆骨折复位，即全麻下进行骨牵引，持续牵引30 min，牵引质量12 kg。完成牵引后，拍摄骨盆正位X射线片，复位不佳者改为切开复位内固定术，复位良好则连接C型臂X射线机透视，确定定位点，将骨盆三维图像录入电脑，在后环患侧臀部取髂前上棘和髂后上棘连线中后1/3处为进针点，套筒连接克氏针后，将克氏针刺入皮下浅层，导航设备指导下移动套筒，模拟进针方向与深度，反复调试进针点和进针方向，发现克氏针穿过髂骨和S1，避开骶管后钻入克氏针，测深后拧入空心螺钉，全层缝合切口。此外，若复位欠佳或有多发骨折时采取切开复位内固定，方法包括重建钢板螺钉内固定法和螺纹栓内固定法，外固定方法为经髂嵴前半部分向髂骨翼内部置入直径5 mm的螺纹针两三枚，经牵引或手法复位后，再用外固定架链接两侧螺纹针。
1.5.3 术后处理术后预防性使用抗生素，术后第2天换药，并拍摄骨盆前后位、出口位和入口位的X射线片，进行CT三维重建检查；服用抗凝药物预防血栓形成，伤口隔日换药。术后2周根据伤口愈合情况拆线，出院后叮嘱患者术后1，3，6，12个月门诊复查，根据骨折愈合情况指导功能锻炼。
1.6 主要观察指标采用双盲法进行结果评估，对评估者与患者盲。
手术指标：包括手术时间、切口长度、术中出血量、术中透视时间、骨折愈合时间和螺钉错位率。
骨盆骨折愈合标准[5]：①局部无压痛或纵向叩击痛；②骨折处无反常活动；③X射线片显示骨折线模糊，骨折断端覆有骨痂；④外固定拆除后，患肢中下肢除拐杖可在平地上连续走3 min、不低于30步，上肢平举1 kg质量1 min以上；⑤2周及以上骨折形态无变化。
骨盆骨折复位质量：术后3个月，参考骨盆Tornetta-Matta评价系统评估手术效果[6]，该系统是TORNETTA和MATTA于1996年提出，主要用于不稳定性骨盆骨折术后复位质量评价，主要评价内容为X射线片的解剖移位程度：解剖移位< 4 mm为优，≥4 mm、< 10 mm为良，≥10 mm、< 20 mm为可，≥20 mm为差。骨盆骨折复位质量优良率=(优例数+良例数)/总例数×100%。
骨盆功能康复：术后3，6，12个月复查时，参考Majeed骨盆功能评分系统评估患者骨盆功能康复效果[7]，该评分系统由MAJEED于1989年提出，主要用于骨盆骨折后功能恢复程度的定量评价，评价内容包括疼痛(30分)、工作(20分)、坐立(10分)、性生活(4分)、站立(36分)，总分为100分，评分越高表示骨盆功能恢复越好。
不良事件：术后随访1年，统计两组患者术后不良事件发生率，主要包括畸形愈合、异位骨化、骨折移位和创伤性关节炎等。
1.7 统计学分析用SPSS 24.0统计软件分析，计量资料以x±s表示，行独立样本t检验。计数资料以例数n表示，采取χ2检验。等级资料采取秩合检验法。检验水准为α=0.05。该文统计学方法已经喀什地区第一人民医院学校/医院生物统计学专家审核。

讨论

近年来，随着骨盆解剖学、生物力学影像学以及医疗器械的完善，“微创固定与生物学接骨”理念已在骨盆骨折修复领域上推广，微创手术成为主流，且越来越先进、个性化[9-13]。然而，骨盆骨折复位微创手术要想得到理想结果，术前认知、手术计划完善和准确塑型接骨板十分关键[14-15]。但是，即使是高年资骨科手术医师，实现解剖复位也存在难度，可能为了满意复位而取较大的切口、长时间暴露等，这些都伴随着更高的并发症风险。
随着数字骨科技术的开展，3D打印技术在诸多影像学工具中脱颖而出，其可帮助骨科医师全面了解复杂骨折情况，比如粉碎程度、骨折块移位情况等，为术前诊断和手术方案设计提供全面而准确的信息，是制定完备术前规划的基
础[16-22]。ALYAEV等[23]报道3D打印技术在术前计划上有应用前景。此次研究发现，在术前指导中使用多层螺旋CT三维重建基础上联合3D打印技术，相较于单纯多层螺旋CT影像指导而言，可进一步缩短手术时间、术中透视时间以及术后骨折愈合时间，并降低螺钉错位率，与苗鹏[24]的结果高度相似。分析原因为：3D打印技术基于多层螺旋CT三维成像构建了更直观、形象的实物模型，区别于单纯多层螺旋CT的三维数字模型，方便术者提前发现术中可能发生的风险，作出更详细、完备的计划，最后在实物模型上反复练习，预测手术过程以及手术结果，故而缩短了手术时间、术中透视时间。毋庸置疑，对于复杂的骨盆骨折复位手术而言，骨科医师单纯应用多层螺旋CT仅能在脑内进行术前模拟，有明显的主观性、局限性和不确定性，而利用3D模型进行术前模拟、演练，可最大限度地提升实际手术与模拟手术的吻合度，减少误差，这可能是研究组螺钉错位率更低的原因。骨科手术中是否实现解剖复位是影响术后骨折愈合速度和效果的重要因素。此次研究通过X射线片评估两组患者骨盆骨折术后复位质量，研究组骨盆骨折复位质量优良率高达96%，绝大多数患者的解剖移位控制在4 mm以内，仅有2例患者解剖移位在4-10 mm内，可见多层螺旋CT联合3D打印技术用于骨盆骨折术前指导中骨折复位更满意，这也是该组术后骨折愈合时间更短的重要原因。
骨盆功能康复程度是医患最关注的问题。此次研究术后随访1年，使用Majeed功能评分系统评估患者术后3，6，12个月的骨盆功能康复效果，结果显示：两组患者术后6个月骨盆功能康复Majeed评分最高，术后12个月Majeed评分稍有降低，提示两组患者术后半年骨盆功能日渐恢复，1年后稍有降低，但骨盆功能康复进程无差别。WANG等[25]报道与传统影像学比较，采取3D打印技术的骨盆骨折患者术后骨盆功能康复较快，此次研究与之存在区别，可能是因为多层螺旋CT本身能够较好地显示局部微小损伤、伪影少、影像质量高，医生虽需从图像中想象骨盆三维结构，直观感和立体感不足，但可凭借自身对骨盆解剖学的了解以及临床经验等完成基本复位和内固定，不影响术后远期骨折愈合以及康复结果[26-31]。至于两组1年后骨盆功能降低可能与不良事件的发生有关：比较两组术后1年不良事件发生率发现，研究组未出现畸形愈合、异位骨化和骨盆不稳的情况，仅有1例骨折移位、2例创伤性关节炎，但其不良事件发生率与对照组相比差异无统计学意义，推测是因为研究组骨盆骨折复位质量较高，降低了畸形愈合、骨盆不稳以及异位骨化等不良事件发生风险，但受限于小样本研究，结果可能存在偏倚。
综上所述，多层螺旋CT联合3D打印技术用于骨盆骨折患者术前手术指导中，可使实际手术更精准、完美、安全，具有缩短手术时间、透视时间与骨折愈合时间，降低螺钉错位率，提高骨折复位质量等优点，还可预防畸形、移位等不良事件发生，安全可靠，尤其适合复杂病例、陈旧病例和翻修病例等，在很大程度上解决了相对棘手的骨盆骨折手术治疗问题。但研究亦存在一些不足，比如：对3D打印技术在骨盆骨折术前模拟内固定复位、植入体角度计算及理论分析深度仍有探索空间，关于多层螺旋CT联合3D打印技术指导骨盆骨折复位手术方案的安全性、有效性指标较少，分析深度也不足，未来还需从优化骨盆骨折复位手术精准性、安全性和高效性角度，进一步深入研究该影像学方法的应用价值，为骨盆骨折复位手术乃至整个骨科中使用多层螺旋CT和3D打印技术努力。
中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节；骨植入物；脊柱；骨折；内固定；数字化骨科；组织工程

多层螺旋CT联合3D打印在旋转不稳定性骨盆骨折治疗中的应用

Application of multi-slice spiral CT combined with 3D printing in the treatment of rotationally unstable pelvic fractures

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