引用本文： 盛斌, 劉超, 王奕威, 肖睿, 魯穎, 劉德龍, 楊瞻宇, 王愉思. 3D打印貼皮蜂窩頭導板輔助骶髂螺釘植入治療骨盆后環骨折的臨床療效. 中國修復重建外科雜志, 2024, 38(11): 1317-1324. doi: 10.7507/1002-1892.202405078 復制
版權信息： ?四川大學華西醫院華西期刊社《中國修復重建外科雜志》版權所有，未經授權不得轉載、改編
骶髂螺釘固定是治療骨盆后環骨折或脫位的常用方法，與骶骨棒固定、鎖定加壓鋼板固定和鋼板螺釘固定相比，骶髂螺釘固定骨盆后環可提供足夠的生物力學穩定性，且手術創傷更小、感染率更低，降低了內固定失敗風險[1]。傳統骶髂螺釘固定術需反復C臂X線機透視下植釘，術者及患者受輻射量較大；此外，骶骨畸形、腸道積氣、肥胖均會導致植釘錯誤，使骶髂螺釘穿出骨皮質，從而損傷骨盆周圍血管神經，嚴重者危及生命[2-3]。為減少手術并發癥的發生，我們采用C臂X線機透視聯合術中CT輔助骶髂螺釘植入，可減少植釘偏差，術中CT實時導航可避免植釘錯誤引發血管神經損傷及術后翻修，但昂貴的設備及復雜的術前準備限制了該技術推廣，且術中CT導航輔助植釘總手術時間與徒手植釘手術時間接近[4-5]。
研究發現，3D打印導板可以在提高螺釘植入精度、減少血管神經損傷風險的同時縮短手術時間[6-8]。但常規的3D打印導板難以同時兼具微創安裝及高精準度，貼骨導板常以骨表面作為固定模塊的貼附點，需要切開并徹底顯露骨面，產生額外手術創傷，骨表面殘留的軟組織也會影響導板精準度[8]；貼皮導板可以避免行額外手術切口安裝導板，但導板的精準度仍有待提高[9]。基于骨盆外固定架的3D打印體外導板可以精確輔助骶髂螺釘植入，無需額外切開皮膚，但昂貴的外固定架裝置阻礙了該技術的推廣[10]。因此，為了同時兼具微創安裝及高精準度，我們參照以外固定架為固定模塊的體外導板研發了一種3D打印貼皮蜂窩頭導板，用于引導骶髂螺釘植入[11]。現回顧分析2019年12月—2022年12月，湖南省人民醫院（湖南師范大學附屬第一醫院）骨科應用3D打印貼皮蜂窩頭導板輔助骶髂螺釘植入治療的骨盆后環骨折患者臨床資料，并與采用常規透視下徒手經皮植入骶髂螺釘進行療效比較。報告如下。
1 臨床資料
1.1 一般資料
患者納入標準：① 傷后2周內的閉合Tile B型骨盆骨折；② 年齡<80歲；③ 骨盆后環骨折無需復位，或術前經牽引復位后無移位或輕度移位滿足植釘條件者；④ 行骶髂螺釘固定術治療。排除標準：① 骨盆后環骨折移位明顯，或不能維持復位狀態者；② 合并嚴重臟器損傷或其他疾病，無法耐受全身麻醉手術者；③ 失訪或隨訪時間不足6個月者；④ 進釘點為骨折線或重度骨質疏松區域；⑤ 對導板材料過敏者；⑥ 進針點皮膚存在感染灶者。
2019年12月—2022年12月，湖南省人民醫院（湖南師范大學附屬第一醫院）共40例患者符合選擇標準納入研究。其中18例應用3D打印貼皮蜂窩頭導板輔助骶髂螺釘植入（導板組），22例采用常規透視下徒手經皮植入骶髂螺釘（常規組）。兩組患者性別、年齡、受傷至手術時間及Dennis分型等基線資料比較差異均無統計學意義（P>0.05），具有可比性。見表1。
表1
兩組患者基線資料比較
Table1.
Comparison of baseline data between the two groups
1.2 導板設計及術前模擬手術
3D打印蜂窩頭導板由固定模塊、導向模塊和連接模塊組成（圖1）。固定模塊含2個間隔7 mm、相互平行且直徑為2.8 mm的導向孔洞和貼皮基座，高50 mm、寬23 mm。導向模塊含S1、S2和髖臼3個呈圓柱形的蜂窩頭植釘導向器，每個導向器均含有9個呈正方形排列的導向孔，孔徑為2.8 mm；其中S1、S2導向器底部直徑和高分別為2.1 cm和3.2 cm，髖臼導向器底部直徑和高分別為2.1 cm和1.6 cm，對于無需行髖臼固定的患者無需制作髖臼導向器。連接模塊由2根直徑為10 mm的弧形圓柱組成，長度及弧度可根據患者體型調整，為減少形變造成的誤差，連接模塊應盡可能短，2根弧形圓柱可一體化制作。CT掃描金屬偽影對導板精確度有一定影響，技術人員根據CT掃描數據，在克氏針高密度區域重建出與克氏針同尺寸并與高密度區域高度重合的圓柱三維模型；圓柱重建完成后，再次在三維空間與CT掃描重建出的克氏針三維模型進行比較，以減少克氏針CT掃描金屬偽影對導板設計的干擾。
圖1
3D打印貼皮蜂窩頭導板
從左至右紅圈內分別示固定模塊、導向模塊和連接模塊
Figure1. The 3D printed faceted honeycomb guide plateThe red circles from left to right showed the fixing module, the guiding module, and the connecting module, respectively
術前局部麻醉下于患側髂前上棘上方約1、2 cm處置入2枚2.5 mm平行克氏針，剪去過長部分，保持克氏針露出皮膚約6 cm（此處不可短于導板固定模塊，否則術中難以拆除導板），外露部分套塑膠管保護。行全骨盆0.625 mm薄層CT掃描，將CT數據導入Mimics軟件，在軟件中重建包含定位針的骨盆三維模型；將S1和S2虛擬螺釘植入骶骨，并調整至骶骨通道中央，根據螺釘位置設計多孔蜂窩頭導向模塊；設計導板的固定模塊使其能精準安裝于定位針上。設計完畢并電腦驗證后，以高分子尼龍粉末材料為原料打印導板，清洗滅菌后備用。見圖2。
圖2
3D打印貼皮蜂窩頭導板設計及制作
a. 包含定位針的骨盆三維模型；b～d. 虛擬螺釘植釘及導向模塊；e、f. 貼皮的固定模塊（箭頭）；g、h. 3D打印導板正、側面觀
Figure2. Design and fabrication of the 3D printed faceted honeycomb guide platea. Pelvic 3D model with positioning pin; b-d. Virtual screw placement and guidance module; e, f. Fixed module with faceted skin (arrow); g, h. Front and side views of the 3D printed guide plate
1.3 手術方法
患者于全身麻醉下取平臥位，防輻射鉛衣保護會陰及頭、頸、胸、上腹部及雙下肢，手術部位絡合碘消毒3遍，常規手術鋪單。導板組按照術前計劃安裝3D打印貼皮蜂窩頭導板于平行克氏針上，并由助手輔助緊貼局部皮膚，沿導板中央植釘通道打入骶髂螺釘導針進入髂骨約0.5 cm；C臂X線機行入口位、出口位透視，確認導針進針路線安全有效；若導針預計進針路線稍有偏離，則根據透視情況選擇合適的導向孔置入第2枚導針；透視確認導針進針路線安全有效后，繼續打入導針至預計深度；再次C臂X線機透視，確認導針位于S1或S2椎體骨質內。若用于定位的克氏針之間不平行，則使用本團隊研發的一款平行導向器（圖3）用于輔助安裝，以確保2枚定位針平行。測深并選取合適長度的骶髂關節螺釘（北京市富樂科技開發有限公司），攻絲后擰入螺釘，再次行出口位、入口位、骶骨側位透視確認骶髂螺釘位置正確。
圖3
平行導向器外觀及模擬手術
a、b. 導向器平放和直立視圖；c. 導向器輔助定位針平行置入
Figure3. Appearance of parallel guide and simulated operationa, b. Flat and upright views of the guide; c. Parallel placement of the guide assisted positioning pin
常規組取髂前、髂后上棘連線中后1/3交點為表皮進針點，插入導針至骨面；透視入口位、出口位，如皮膚進針點不滿意，可拔出導針再次從皮膚插入至骨面；再次透視入口位、出口位并調整導針，直至找到合適的皮膚進針點及骨面進針點；如僅需微調，可貼導針作一小切口切開皮膚，切口內移動導針至合適位置即可；于C臂X線機透視下，作出口位、入口位、骶骨側位透視判斷導針進針位置，術者根據透視情況調節進針方向及深度；待導針進入正確位置后，予以攻絲并擰入骶髂關節螺釘；再次行出口位、入口位、骶骨側位透視確認骶髂螺釘位置正確。
兩組所有患者前環骨折均采用INFIX（北京市富樂科技開發有限公司）固定骨盆前環。
1.4 術后處理及療效評價指標
術后無需常規預防性使用抗生素；術后12 h開始低分子肝素鈉預防劑量皮下注射至術后4周，以預防下肢深靜脈血栓形成。患者麻醉清醒后，鼓勵行踝泵運動、股四頭肌收縮練習及髖、膝關節屈伸活動；術后1 d可搖高床頭30° 左右，2周后可坐輪椅活動，4～6周開始下床扶雙拐部分負重行走，待12～14周影像學復查示骨折愈合后再完全負重。
記錄術中S1、S2椎體和所有椎體每枚骶髂螺釘的植釘時間、C臂X線機透視次數、導針調整次數，術后并發癥發生情況和骨愈合情況；術后6個月采用Majeed評分評價功能恢復情況。術后復查CT，觀察螺釘是否進入骶管、骶孔或穿透骶骨前方皮質。于導板組矢狀位CT圖像上測量實際螺釘尖端、骶孔和進釘點處位置與虛擬位置之間的偏差，并計算平均偏差（3處位置偏差均值）。
1.5 統計學方法
采用SPSS23.0統計軟件進行分析。計量資料經Shapiro-Wilk檢驗，均符合正態分布，數據以均數±標準差表示，組間比較采用獨立樣本t檢驗；計數資料組間比較采用四格表卡方檢驗或列聯表卡方檢驗；檢驗水準α=0.05。
2 結果
導板組S1和S2椎體分別植釘14枚和16枚，常規組分別為17枚和18枚。導板組S1、S2椎體及所有椎體每枚骶髂螺釘的植釘時間、透視次數及導針調整次數均少于常規組，差異有統計學意義（P<0.05）。兩組患者均獲隨訪，隨訪時間8～48個月，平均19.7個月。兩組均未發生切口感染，無螺釘移位及內固定物松動等并發癥發生。術后12周所有患者均見骨痂生長，均達骨性愈合，愈合時間12～24周，平均15.7周。導板組無患者骶髂螺釘穿破皮質；常規組2例患者骶髂螺釘穿破皮質，未損傷血管、神經。導板組實際螺釘尖端、骶孔和進釘點處位置與虛擬位置之間的偏差分別為（2.91±1.01）、（2.10±0.74）、（1.67±0.70）mm，平均偏差（2.19±1.22）mm。術后6個月兩組Majeed功能評價差異無統計學意義（P>0.05）。見表2，圖4。
表2
兩組患者結局指標比較
Table2.
Comparison of outcome indicators between the two groups
圖4
導板組患者，男，55歲，Tile B3型骨盆后環骨折
a～c. 術中安裝好導板后置入克氏針，行入口位、出口位透視確認位置；d～g. 根據透視位置于蜂窩頭合適導向孔置入第2枚導針，再次行入口位、出口位透視，確定位置良好后透視下進針；h～j. 植入骶髂螺釘并行骶骨側位、入口位、出口位透視；k. 術后3 d X線片示螺釘位置滿意；l. 術后1年X線片示骨折愈合
Figure4. A 55-year-old male patient with Tile B3 posterior pelvic ring fracture in the guide plate groupa-c. After the guide plate was installed during operation, the Kirschner wire was placed, and the inlet and outlet positions were confirmed by fluoroscopy; d-g. According to the fluoroscopy position, the second guide wire was placed in the appropriate guide hole of the honeycomb head, and the inlet and outlet positions were confirmed by fluoroscopy again, and the needle was inserted under fluoroscopy after the position was confirmed to be good; h-j. Sacroiliac screw were implanted and fluoroscopy was taken from the sacral side, inlet, and outlet positions; k. X-ray film at 3 days after operation showed that the screw position was satisfactory; l. X-ray film at 1 year after operation showed that the fracture healed
3 討論
骶髂螺釘因具有損傷小、固定可靠等優點，目前為治療骨盆后環骨折的常用術式[12]。由于骨盆解剖結構復雜，不同個體之間存在明顯解剖差異，單純雙平面C臂X線機透視難以保證準確植入骶髂螺釘，輕微的植釘偏差即可能造成嚴重手術并發癥，對醫生的手術技巧要求較高[3]。因此，減少術中透視次數、縮短手術時間并提高骶髂螺釘植釘準確率成為目前研究熱點。術中CT、手術機器人及三維熒光透視導航可以提高骨折復位質量，并降低并發癥發生率，但高昂的設備價格限制了技術的應用[4，13-14]。Deveci 等[15]通過在犬尸體標本中采用3D打印導板植入骶髂螺釘，發現能夠有效縮短手術時間，并能減少螺釘穿出骶骨皮質的風險。馬馳等[16]的研究采用3D打印導板輔助脛骨截骨，手術效果接近術前預期矯正角度。隨著3D打印技術和Mimics等設計軟件廣泛應用于醫學領域，3D打印導板輔助骶髂螺釘植入為術中存在問題提供了新的解決方案[17]。
我們參照既往研究的體外導板研發了一種3D打印貼皮蜂窩頭導板，用于引導骶髂螺釘植入。設計初期的思路是采用貼骨導板輔助植入骶髂螺釘，但通過臨床應用發現存在以下問題：① 貼骨導板體積較大，術中用于安置導板的手術切口增加了手術損傷。② 由于骨盆髂棘處軟組織難以徹底剝離，殘留軟組織影響了導板與骨面貼合度，術中往往需要多次微調導板位置才能獲得準確的進針點與進針方向，且過度剝離髂前上棘軟組織會增加術后切口愈合不良的發生。分析原因是由于僅設計了1個導向孔，術中在第1枚導針置入存在誤差的情況下，無法于導針周邊再次置入導針。③ 骨盆缺乏能夠使導板精準貼附的骨標志表面，使得導板始終難以精準安放到術前設計部位。為此，我們改良設計思路為采用定位針固定導板，術前于髂前上棘打入2枚克氏針作為定位針，設計安裝于定位針上的貼皮導板，并在導板的導向模塊增加了類似“蜂窩煤”的導向孔，設計成“蜂窩頭”形狀。手術過程中僅需將導板固定模塊安裝于定位針上，并由助手輔助貼合髂前上棘處皮膚，術者由導向模塊中央導向孔打入第1枚導針，術中可根據第1枚導針位置決定是否需要額外置入導針。
傳統徒手經皮骶髂螺釘植入術使用C臂X線機透視指導經皮骶髂螺釘植入，術中常需額外多角度透視圖像進一步提高植釘準確率，增加了手術時間和輻射暴露[18-19]。本研究結果顯示，與常規組相比，使用3D打印貼皮蜂窩頭導板引導骶髂螺釘植入，具有較高的準確性與可調整性，且手術時間更短、導針調整次數更少，相應輻射暴露量更低。
Takeba等[20]使用三維CT透視匹配導航，術后于CT矢狀位圖像上評估螺釘尖端、骶孔和進釘點處實際螺釘與虛擬螺釘位置的偏差分別為（2.2±0.8）、（1.8±0.7）和（2.5±1.8）mm。本研究導板組實際螺釘位置與虛擬位置之間的偏差稍大于Takeba等的研究，產生這種偏差的因素較多，導板材料、制作工藝、滅菌方式、固定方式及固定位置均會對導板精度產生影響[21-24]。Nguyen 等[25]研究顯示，3D打印的制作工藝已經可達到較高精度。導板的固定模塊貼附皮膚定位可能是本研究中實際與虛擬位置偏差產生的主要原因。在具體操作中，我們要求患者術前CT掃描體位與手術體位保持一致，以減少軟組織形變造成的誤差；同時，將導板固定模塊設計為貼附軟組織較為固定且薄弱的髂前上棘部分，并限制貼皮部分寬度，然而即便如此，患者腹部呼吸運動仍會使導板在垂直位置發生移動，從而產生一定誤差。因此，在置入第1枚導針過程中，由助手穩定導板的固定模塊，使之緊貼髂前上棘皮膚的同時控制力度，避免過度下壓引起皮膚形變；待第1枚導針穿透骨面后，2枚定位針加上第1枚導針就可形成穩定的三角固定；此時，第1枚導針既可作為骶髂螺釘導針，也可起到穩定導板的效果。我們設想下一步可以設計一種帶有阻擋裝置的定位針，以進一步在垂直方向上固定導板位置。
本研究中，導板組受傷至手術時間略長于常規組，是由于導板的設計和打印需要一定時間完成。通過分析我們認為以下措施可以適當縮短術前準備時間：① 患者入院后即由手術團隊評估，快速確定手術方案后床旁置入定位針，立即復查CT并制作導板，使患者的導板制作和常規術前準備同步進行，能夠縮短術前準備時間；② 對于需盡早手術的患者，完成CT掃描后立即由熟練的技術人員收集圖像，數小時內即能完成導板制作，3D打印機于當晚即可制出導板，手術可在入院次日中午或下午進行，則與常規擇期手術時間無明顯差異。
釘道感染是外固定針常見并發癥，因需要將2枚克氏針插入髂前上棘，這也是體外導板技術的一個潛在弱點[26-27]。但本研究兩組患者均未發生針道感染，分析可能有以下原因：① 植釘前嚴格皮膚消毒，植釘后至術后進行完善的釘道護理。② 盡早手術縮短定位針留置時間有助于預防釘道感染[28-29]，因此我們通常在擇期手術前1天置入定位針。③ 釘道松動與定位針變形會導致明顯植釘位置偏差，在早期研究中我們發現，定位針直徑越小越容易發生變形，定位針越靠近髂骨邊緣越容易發生松動而引起位置改變。因此，本研究采用2.5 mm克氏針作為定位針，較為粗大的克氏針可以有效減少形變；為了減少在患者搬動過程中定位針位置改變，需從髂前上棘骨質中間置入定位針，同時定位針需到達對側髂骨皮質而不穿透對側，置釘后剪去定位針過長部分使之高于導板固定部分約5 mm，減少定位針留存于體外的長度；另外，縮短定位針留置時間也有助于減少變形及位置改變。④ 術中使用平行導向器輔助安裝定位針以確保2枚定位針平行，僅需10 min左右即可完成定位針安裝且位置良好。⑤ 在實際操作中我們發現，當使用2.5 mm定位針和導針時，導板的導向孔內徑需要略大于2.5 mm，經測試發現2.8 mm導向孔可獲得最佳操作流暢度及導針精度。
使用3D打印導板輔助骶髂螺釘固定需要復位的骨盆骨折是我們下一步研究方向。我們初步研究顯示，可能有3種方式可用于設計導板：第一，在術前設計導板時采用軟件模擬復位后的骨塊位置，根據模擬情況設計患側導板，此時一般不能模擬成解剖復位狀態，而是模擬成術中較容易做到的功能復位狀態，因為術中很難達到解剖復位。其次，也可采用健側骨骼設計鏡像導板。最后，植入S2骶髂螺釘時也可直接將導板安裝于對側，待術中復位后采用長導針從健側導板貫穿骨盆穿至患側，再從患側攻絲后打入骶髂螺釘。
綜上述，3D打印貼皮蜂窩頭導板可有效輔助經皮植入骶髂螺釘治療骨盆后環骨折，能夠縮短手術時間，減少術者和患者輻射暴露，降低植釘風險發生。但本研究局限性在于樣本量較少且為單中心回顧性研究，有待進行更大樣本量多中心隨機對照研究明確該導板輔助植釘的確切效果。
利益沖突 在課題研究和文章撰寫過程中不存在利益沖突；經費支持沒有影響文章觀點和對研究數據客觀結果的統計分析及其報道
倫理聲明 研究方案經湖南省人民醫院醫學倫理委員會批準 ［（2023）-31］，并符合2013年修訂的《赫爾辛基宣言》，患者均簽署知情同意書
作者貢獻聲明 劉超、劉德龍、楊瞻宇：資料收集、文章構思及撰寫；肖睿、魯穎、王奕威：導板設計及術前準備；盛斌、王愉思：對文章的知識性內容作批評性審閱，并提出修改意見
骶髂螺釘固定是治療骨盆后環骨折或脫位的常用方法，與骶骨棒固定、鎖定加壓鋼板固定和鋼板螺釘固定相比，骶髂螺釘固定骨盆后環可提供足夠的生物力學穩定性，且手術創傷更小、感染率更低，降低了內固定失敗風險[1]。傳統骶髂螺釘固定術需反復C臂X線機透視下植釘，術者及患者受輻射量較大；此外，骶骨畸形、腸道積氣、肥胖均會導致植釘錯誤，使骶髂螺釘穿出骨皮質，從而損傷骨盆周圍血管神經，嚴重者危及生命[2-3]。為減少手術并發癥的發生，我們采用C臂X線機透視聯合術中CT輔助骶髂螺釘植入，可減少植釘偏差，術中CT實時導航可避免植釘錯誤引發血管神經損傷及術后翻修，但昂貴的設備及復雜的術前準備限制了該技術推廣，且術中CT導航輔助植釘總手術時間與徒手植釘手術時間接近[4-5]。
研究發現，3D打印導板可以在提高螺釘植入精度、減少血管神經損傷風險的同時縮短手術時間[6-8]。但常規的3D打印導板難以同時兼具微創安裝及高精準度，貼骨導板常以骨表面作為固定模塊的貼附點，需要切開并徹底顯露骨面，產生額外手術創傷，骨表面殘留的軟組織也會影響導板精準度[8]；貼皮導板可以避免行額外手術切口安裝導板，但導板的精準度仍有待提高[9]。基于骨盆外固定架的3D打印體外導板可以精確輔助骶髂螺釘植入，無需額外切開皮膚，但昂貴的外固定架裝置阻礙了該技術的推廣[10]。因此，為了同時兼具微創安裝及高精準度，我們參照以外固定架為固定模塊的體外導板研發了一種3D打印貼皮蜂窩頭導板，用于引導骶髂螺釘植入[11]。現回顧分析2019年12月—2022年12月，湖南省人民醫院（湖南師范大學附屬第一醫院）骨科應用3D打印貼皮蜂窩頭導板輔助骶髂螺釘植入治療的骨盆后環骨折患者臨床資料，并與采用常規透視下徒手經皮植入骶髂螺釘進行療效比較。報告如下。
1 臨床資料
1.1 一般資料
患者納入標準：① 傷后2周內的閉合Tile B型骨盆骨折；② 年齡<80歲；③ 骨盆后環骨折無需復位，或術前經牽引復位后無移位或輕度移位滿足植釘條件者；④ 行骶髂螺釘固定術治療。排除標準：① 骨盆后環骨折移位明顯，或不能維持復位狀態者；② 合并嚴重臟器損傷或其他疾病，無法耐受全身麻醉手術者；③ 失訪或隨訪時間不足6個月者；④ 進釘點為骨折線或重度骨質疏松區域；⑤ 對導板材料過敏者；⑥ 進針點皮膚存在感染灶者。
2019年12月—2022年12月，湖南省人民醫院（湖南師范大學附屬第一醫院）共40例患者符合選擇標準納入研究。其中18例應用3D打印貼皮蜂窩頭導板輔助骶髂螺釘植入（導板組），22例采用常規透視下徒手經皮植入骶髂螺釘（常規組）。兩組患者性別、年齡、受傷至手術時間及Dennis分型等基線資料比較差異均無統計學意義（P>0.05），具有可比性。見表1。
表1
兩組患者基線資料比較
Table1.
Comparison of baseline data between the two groups
1.2 導板設計及術前模擬手術
3D打印蜂窩頭導板由固定模塊、導向模塊和連接模塊組成（圖1）。固定模塊含2個間隔7 mm、相互平行且直徑為2.8 mm的導向孔洞和貼皮基座，高50 mm、寬23 mm。導向模塊含S1、S2和髖臼3個呈圓柱形的蜂窩頭植釘導向器，每個導向器均含有9個呈正方形排列的導向孔，孔徑為2.8 mm；其中S1、S2導向器底部直徑和高分別為2.1 cm和3.2 cm，髖臼導向器底部直徑和高分別為2.1 cm和1.6 cm，對于無需行髖臼固定的患者無需制作髖臼導向器。連接模塊由2根直徑為10 mm的弧形圓柱組成，長度及弧度可根據患者體型調整，為減少形變造成的誤差，連接模塊應盡可能短，2根弧形圓柱可一體化制作。CT掃描金屬偽影對導板精確度有一定影響，技術人員根據CT掃描數據，在克氏針高密度區域重建出與克氏針同尺寸并與高密度區域高度重合的圓柱三維模型；圓柱重建完成后，再次在三維空間與CT掃描重建出的克氏針三維模型進行比較，以減少克氏針CT掃描金屬偽影對導板設計的干擾。
圖1
3D打印貼皮蜂窩頭導板
從左至右紅圈內分別示固定模塊、導向模塊和連接模塊
Figure1. The 3D printed faceted honeycomb guide plateThe red circles from left to right showed the fixing module, the guiding module, and the connecting module, respectively
術前局部麻醉下于患側髂前上棘上方約1、2 cm處置入2枚2.5 mm平行克氏針，剪去過長部分，保持克氏針露出皮膚約6 cm（此處不可短于導板固定模塊，否則術中難以拆除導板），外露部分套塑膠管保護。行全骨盆0.625 mm薄層CT掃描，將CT數據導入Mimics軟件，在軟件中重建包含定位針的骨盆三維模型；將S1和S2虛擬螺釘植入骶骨，并調整至骶骨通道中央，根據螺釘位置設計多孔蜂窩頭導向模塊；設計導板的固定模塊使其能精準安裝于定位針上。設計完畢并電腦驗證后，以高分子尼龍粉末材料為原料打印導板，清洗滅菌后備用。見圖2。
圖2
3D打印貼皮蜂窩頭導板設計及制作
a. 包含定位針的骨盆三維模型；b～d. 虛擬螺釘植釘及導向模塊；e、f. 貼皮的固定模塊（箭頭）；g、h. 3D打印導板正、側面觀
Figure2. Design and fabrication of the 3D printed faceted honeycomb guide platea. Pelvic 3D model with positioning pin; b-d. Virtual screw placement and guidance module; e, f. Fixed module with faceted skin (arrow); g, h. Front and side views of the 3D printed guide plate
1.3 手術方法
患者于全身麻醉下取平臥位，防輻射鉛衣保護會陰及頭、頸、胸、上腹部及雙下肢，手術部位絡合碘消毒3遍，常規手術鋪單。導板組按照術前計劃安裝3D打印貼皮蜂窩頭導板于平行克氏針上，并由助手輔助緊貼局部皮膚，沿導板中央植釘通道打入骶髂螺釘導針進入髂骨約0.5 cm；C臂X線機行入口位、出口位透視，確認導針進針路線安全有效；若導針預計進針路線稍有偏離，則根據透視情況選擇合適的導向孔置入第2枚導針；透視確認導針進針路線安全有效后，繼續打入導針至預計深度；再次C臂X線機透視，確認導針位于S1或S2椎體骨質內。若用于定位的克氏針之間不平行，則使用本團隊研發的一款平行導向器（圖3）用于輔助安裝，以確保2枚定位針平行。測深并選取合適長度的骶髂關節螺釘（北京市富樂科技開發有限公司），攻絲后擰入螺釘，再次行出口位、入口位、骶骨側位透視確認骶髂螺釘位置正確。
圖3
平行導向器外觀及模擬手術
a、b. 導向器平放和直立視圖；c. 導向器輔助定位針平行置入
Figure3. Appearance of parallel guide and simulated operationa, b. Flat and upright views of the guide; c. Parallel placement of the guide assisted positioning pin
常規組取髂前、髂后上棘連線中后1/3交點為表皮進針點，插入導針至骨面；透視入口位、出口位，如皮膚進針點不滿意，可拔出導針再次從皮膚插入至骨面；再次透視入口位、出口位并調整導針，直至找到合適的皮膚進針點及骨面進針點；如僅需微調，可貼導針作一小切口切開皮膚，切口內移動導針至合適位置即可；于C臂X線機透視下，作出口位、入口位、骶骨側位透視判斷導針進針位置，術者根據透視情況調節進針方向及深度；待導針進入正確位置后，予以攻絲并擰入骶髂關節螺釘；再次行出口位、入口位、骶骨側位透視確認骶髂螺釘位置正確。
兩組所有患者前環骨折均采用INFIX（北京市富樂科技開發有限公司）固定骨盆前環。
1.4 術后處理及療效評價指標
術后無需常規預防性使用抗生素；術后12 h開始低分子肝素鈉預防劑量皮下注射至術后4周，以預防下肢深靜脈血栓形成。患者麻醉清醒后，鼓勵行踝泵運動、股四頭肌收縮練習及髖、膝關節屈伸活動；術后1 d可搖高床頭30° 左右，2周后可坐輪椅活動，4～6周開始下床扶雙拐部分負重行走，待12～14周影像學復查示骨折愈合后再完全負重。
記錄術中S1、S2椎體和所有椎體每枚骶髂螺釘的植釘時間、C臂X線機透視次數、導針調整次數，術后并發癥發生情況和骨愈合情況；術后6個月采用Majeed評分評價功能恢復情況。術后復查CT，觀察螺釘是否進入骶管、骶孔或穿透骶骨前方皮質。于導板組矢狀位CT圖像上測量實際螺釘尖端、骶孔和進釘點處位置與虛擬位置之間的偏差，并計算平均偏差（3處位置偏差均值）。
1.5 統計學方法
采用SPSS23.0統計軟件進行分析。計量資料經Shapiro-Wilk檢驗，均符合正態分布，數據以均數±標準差表示，組間比較采用獨立樣本t檢驗；計數資料組間比較采用四格表卡方檢驗或列聯表卡方檢驗；檢驗水準α=0.05。
2 結果
導板組S1和S2椎體分別植釘14枚和16枚，常規組分別為17枚和18枚。導板組S1、S2椎體及所有椎體每枚骶髂螺釘的植釘時間、透視次數及導針調整次數均少于常規組，差異有統計學意義（P<0.05）。兩組患者均獲隨訪，隨訪時間8～48個月，平均19.7個月。兩組均未發生切口感染，無螺釘移位及內固定物松動等并發癥發生。術后12周所有患者均見骨痂生長，均達骨性愈合，愈合時間12～24周，平均15.7周。導板組無患者骶髂螺釘穿破皮質；常規組2例患者骶髂螺釘穿破皮質，未損傷血管、神經。導板組實際螺釘尖端、骶孔和進釘點處位置與虛擬位置之間的偏差分別為（2.91±1.01）、（2.10±0.74）、（1.67±0.70）mm，平均偏差（2.19±1.22）mm。術后6個月兩組Majeed功能評價差異無統計學意義（P>0.05）。見表2，圖4。
表2
兩組患者結局指標比較
Table2.
Comparison of outcome indicators between the two groups
圖4
導板組患者，男，55歲，Tile B3型骨盆后環骨折
a～c. 術中安裝好導板后置入克氏針，行入口位、出口位透視確認位置；d～g. 根據透視位置于蜂窩頭合適導向孔置入第2枚導針，再次行入口位、出口位透視，確定位置良好后透視下進針；h～j. 植入骶髂螺釘并行骶骨側位、入口位、出口位透視；k. 術后3 d X線片示螺釘位置滿意；l. 術后1年X線片示骨折愈合
Figure4. A 55-year-old male patient with Tile B3 posterior pelvic ring fracture in the guide plate groupa-c. After the guide plate was installed during operation, the Kirschner wire was placed, and the inlet and outlet positions were confirmed by fluoroscopy; d-g. According to the fluoroscopy position, the second guide wire was placed in the appropriate guide hole of the honeycomb head, and the inlet and outlet positions were confirmed by fluoroscopy again, and the needle was inserted under fluoroscopy after the position was confirmed to be good; h-j. Sacroiliac screw were implanted and fluoroscopy was taken from the sacral side, inlet, and outlet positions; k. X-ray film at 3 days after operation showed that the screw position was satisfactory; l. X-ray film at 1 year after operation showed that the fracture healed
3 討論
骶髂螺釘因具有損傷小、固定可靠等優點，目前為治療骨盆后環骨折的常用術式[12]。由于骨盆解剖結構復雜，不同個體之間存在明顯解剖差異，單純雙平面C臂X線機透視難以保證準確植入骶髂螺釘，輕微的植釘偏差即可能造成嚴重手術并發癥，對醫生的手術技巧要求較高[3]。因此，減少術中透視次數、縮短手術時間并提高骶髂螺釘植釘準確率成為目前研究熱點。術中CT、手術機器人及三維熒光透視導航可以提高骨折復位質量，并降低并發癥發生率，但高昂的設備價格限制了技術的應用[4，13-14]。Deveci 等[15]通過在犬尸體標本中采用3D打印導板植入骶髂螺釘，發現能夠有效縮短手術時間，并能減少螺釘穿出骶骨皮質的風險。馬馳等[16]的研究采用3D打印導板輔助脛骨截骨，手術效果接近術前預期矯正角度。隨著3D打印技術和Mimics等設計軟件廣泛應用于醫學領域，3D打印導板輔助骶髂螺釘植入為術中存在問題提供了新的解決方案[17]。
我們參照既往研究的體外導板研發了一種3D打印貼皮蜂窩頭導板，用于引導骶髂螺釘植入。設計初期的思路是采用貼骨導板輔助植入骶髂螺釘，但通過臨床應用發現存在以下問題：① 貼骨導板體積較大，術中用于安置導板的手術切口增加了手術損傷。② 由于骨盆髂棘處軟組織難以徹底剝離，殘留軟組織影響了導板與骨面貼合度，術中往往需要多次微調導板位置才能獲得準確的進針點與進針方向，且過度剝離髂前上棘軟組織會增加術后切口愈合不良的發生。分析原因是由于僅設計了1個導向孔，術中在第1枚導針置入存在誤差的情況下，無法于導針周邊再次置入導針。③ 骨盆缺乏能夠使導板精準貼附的骨標志表面，使得導板始終難以精準安放到術前設計部位。為此，我們改良設計思路為采用定位針固定導板，術前于髂前上棘打入2枚克氏針作為定位針，設計安裝于定位針上的貼皮導板，并在導板的導向模塊增加了類似“蜂窩煤”的導向孔，設計成“蜂窩頭”形狀。手術過程中僅需將導板固定模塊安裝于定位針上，并由助手輔助貼合髂前上棘處皮膚，術者由導向模塊中央導向孔打入第1枚導針，術中可根據第1枚導針位置決定是否需要額外置入導針。
傳統徒手經皮骶髂螺釘植入術使用C臂X線機透視指導經皮骶髂螺釘植入，術中常需額外多角度透視圖像進一步提高植釘準確率，增加了手術時間和輻射暴露[18-19]。本研究結果顯示，與常規組相比，使用3D打印貼皮蜂窩頭導板引導骶髂螺釘植入，具有較高的準確性與可調整性，且手術時間更短、導針調整次數更少，相應輻射暴露量更低。
Takeba等[20]使用三維CT透視匹配導航，術后于CT矢狀位圖像上評估螺釘尖端、骶孔和進釘點處實際螺釘與虛擬螺釘位置的偏差分別為（2.2±0.8）、（1.8±0.7）和（2.5±1.8）mm。本研究導板組實際螺釘位置與虛擬位置之間的偏差稍大于Takeba等的研究，產生這種偏差的因素較多，導板材料、制作工藝、滅菌方式、固定方式及固定位置均會對導板精度產生影響[21-24]。Nguyen 等[25]研究顯示，3D打印的制作工藝已經可達到較高精度。導板的固定模塊貼附皮膚定位可能是本研究中實際與虛擬位置偏差產生的主要原因。在具體操作中，我們要求患者術前CT掃描體位與手術體位保持一致，以減少軟組織形變造成的誤差；同時，將導板固定模塊設計為貼附軟組織較為固定且薄弱的髂前上棘部分，并限制貼皮部分寬度，然而即便如此，患者腹部呼吸運動仍會使導板在垂直位置發生移動，從而產生一定誤差。因此，在置入第1枚導針過程中，由助手穩定導板的固定模塊，使之緊貼髂前上棘皮膚的同時控制力度，避免過度下壓引起皮膚形變；待第1枚導針穿透骨面后，2枚定位針加上第1枚導針就可形成穩定的三角固定；此時，第1枚導針既可作為骶髂螺釘導針，也可起到穩定導板的效果。我們設想下一步可以設計一種帶有阻擋裝置的定位針，以進一步在垂直方向上固定導板位置。
本研究中，導板組受傷至手術時間略長于常規組，是由于導板的設計和打印需要一定時間完成。通過分析我們認為以下措施可以適當縮短術前準備時間：① 患者入院后即由手術團隊評估，快速確定手術方案后床旁置入定位針，立即復查CT并制作導板，使患者的導板制作和常規術前準備同步進行，能夠縮短術前準備時間；② 對于需盡早手術的患者，完成CT掃描后立即由熟練的技術人員收集圖像，數小時內即能完成導板制作，3D打印機于當晚即可制出導板，手術可在入院次日中午或下午進行，則與常規擇期手術時間無明顯差異。
釘道感染是外固定針常見并發癥，因需要將2枚克氏針插入髂前上棘，這也是體外導板技術的一個潛在弱點[26-27]。但本研究兩組患者均未發生針道感染，分析可能有以下原因：① 植釘前嚴格皮膚消毒，植釘后至術后進行完善的釘道護理。② 盡早手術縮短定位針留置時間有助于預防釘道感染[28-29]，因此我們通常在擇期手術前1天置入定位針。③ 釘道松動與定位針變形會導致明顯植釘位置偏差，在早期研究中我們發現，定位針直徑越小越容易發生變形，定位針越靠近髂骨邊緣越容易發生松動而引起位置改變。因此，本研究采用2.5 mm克氏針作為定位針，較為粗大的克氏針可以有效減少形變；為了減少在患者搬動過程中定位針位置改變，需從髂前上棘骨質中間置入定位針，同時定位針需到達對側髂骨皮質而不穿透對側，置釘后剪去定位針過長部分使之高于導板固定部分約5 mm，減少定位針留存于體外的長度；另外，縮短定位針留置時間也有助于減少變形及位置改變。④ 術中使用平行導向器輔助安裝定位針以確保2枚定位針平行，僅需10 min左右即可完成定位針安裝且位置良好。⑤ 在實際操作中我們發現，當使用2.5 mm定位針和導針時，導板的導向孔內徑需要略大于2.5 mm，經測試發現2.8 mm導向孔可獲得最佳操作流暢度及導針精度。
使用3D打印導板輔助骶髂螺釘固定需要復位的骨盆骨折是我們下一步研究方向。我們初步研究顯示，可能有3種方式可用于設計導板：第一，在術前設計導板時采用軟件模擬復位后的骨塊位置，根據模擬情況設計患側導板，此時一般不能模擬成解剖復位狀態，而是模擬成術中較容易做到的功能復位狀態，因為術中很難達到解剖復位。其次，也可采用健側骨骼設計鏡像導板。最后，植入S2骶髂螺釘時也可直接將導板安裝于對側，待術中復位后采用長導針從健側導板貫穿骨盆穿至患側，再從患側攻絲后打入骶髂螺釘。
綜上述，3D打印貼皮蜂窩頭導板可有效輔助經皮植入骶髂螺釘治療骨盆后環骨折，能夠縮短手術時間，減少術者和患者輻射暴露，降低植釘風險發生。但本研究局限性在于樣本量較少且為單中心回顧性研究，有待進行更大樣本量多中心隨機對照研究明確該導板輔助植釘的確切效果。
利益沖突 在課題研究和文章撰寫過程中不存在利益沖突；經費支持沒有影響文章觀點和對研究數據客觀結果的統計分析及其報道
倫理聲明 研究方案經湖南省人民醫院醫學倫理委員會批準 ［（2023）-31］，并符合2013年修訂的《赫爾辛基宣言》，患者均簽署知情同意書
作者貢獻聲明 劉超、劉德龍、楊瞻宇：資料收集、文章構思及撰寫；肖睿、魯穎、王奕威：導板設計及術前準備；盛斌、王愉思：對文章的知識性內容作批評性審閱，并提出修改意見
