3D打印技術(shù)在股骨髁間骨折治療中的應(yīng)用

張睿，樓溢桯，陳鍇，王鑒順，郭曉山

（溫州醫(yī)科大學(xué)附屬第二醫(yī)院育英兒童醫(yī)院 創(chuàng)傷骨科，浙江 溫州 325027）

3D打印技術(shù)在股骨髁間骨折治療中的應(yīng)用

張睿，樓溢桯，陳鍇，王鑒順，郭曉山

（溫州醫(yī)科大學(xué)附屬第二醫(yī)院育英兒童醫(yī)院 創(chuàng)傷骨科，浙江 溫州 325027）

目的：探討運用3D打印技術(shù)輔助治療股骨髁間骨折的臨床療效。方法：選取2015年1月至2015 年9月溫州醫(yī)科大學(xué)附屬第二醫(yī)院育英兒童醫(yī)院收治的48例股骨髁間骨折患者，隨機分為試驗組和對照組。試驗組術(shù)前采用Mimics軟件進行骨折重建及復(fù)位，再利用3D打印技術(shù)打印模型進行術(shù)前設(shè)計，對照組采用常規(guī)切開復(fù)位內(nèi)固定治療。記錄2組患者手術(shù)時間、術(shù)中出血量、術(shù)中透視次數(shù)，采用HSS標準評價膝關(guān)節(jié)功能。結(jié)果：試驗組患者手術(shù)時間為（61.25±14.28）min，與對照組的（79.14±18.43）min比較明顯縮短，術(shù)中失血量為（81.74±23.50）mL，與對照組的（106.80±22.75）mL比較明顯減少，術(shù)中透視次數(shù)為（2.10± 0.50）次，與對照組的（4.10±0.70）次比較亦明顯減少，差異均有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05）。術(shù)后1年隨訪，試驗組膝關(guān)節(jié)功能優(yōu)于對照組（P＜0.05）。結(jié)論：利用3D打印技術(shù)輔助治療股骨髁間骨折能節(jié)省手術(shù)時間，減少術(shù)中出血量和透視次數(shù)，相對傳統(tǒng)治療方案能獲得更好的臨床療效。

3D打印；股骨髁間骨折；內(nèi)固定；臨床效果

股骨髁間骨折多為直接暴力所致，占全身骨折的4%，該種類型骨折由于波及關(guān)節(jié)面以及影響下肢力線，解剖復(fù)位及堅強內(nèi)固定成為治療的首選。然而由于股骨髁間骨折大多表現(xiàn)為不穩(wěn)定、粉碎性骨折，加之膝關(guān)節(jié)復(fù)雜的解剖結(jié)構(gòu)，給骨科醫(yī)師復(fù)位及固定帶來一定的困難。不恰當?shù)膹?fù)位方式不利于關(guān)節(jié)面軟骨的修復(fù)，進而形成創(chuàng)傷性關(guān)節(jié)炎，往往導(dǎo)致患者術(shù)后膝關(guān)節(jié)僵直和功能喪失[1]。近年來，數(shù)字化技術(shù)在我國發(fā)展迅速，其中3D打印技術(shù)通過構(gòu)建直觀、立體的模型在骨科領(lǐng)域中得到了廣泛的運用。本研究采用3D打印技術(shù)指導(dǎo)股骨髁間骨折的治療，取得了一定的效果，現(xiàn)報告如下。

1 資料和方法

1.1 一般資料 選取溫州醫(yī)科大學(xué)附屬第二醫(yī)院育英兒童醫(yī)院創(chuàng)傷骨科2015年1月至2015年9月期間收治的符合條件的股骨髁間骨折患者48例。納入標準：①年齡≥18歲；②影像學(xué)檢查確診為股骨髁間骨折；③簽署知情同意書。排除標準：①拒絕手術(shù)治療患者；②開放性骨折；③既往有膝關(guān)節(jié)周圍骨病；④合并全身免疫性疾病，嚴重循環(huán)系統(tǒng)、呼吸系統(tǒng)等相關(guān)疾病，有精神疾病患者。

隨機分為試驗組和對照組，各24例。試驗組術(shù)前采用Mimics軟件進行骨折重建及復(fù)位，再利用3D打印技術(shù)打印模型進行術(shù)前設(shè)計，對照組采用常規(guī)切開復(fù)位內(nèi)固定治療。試驗組男13例，女11例，年齡24～67歲，中位年齡43.5歲。受傷原因：高墜傷5例，交通傷11例，壓砸傷8例。骨折AO分型：C1型6例，C2型13例，C3型5例。受傷至手術(shù)時間為2～10 d，中位時間7.5 d。對照組男10例，女14例，年齡22～68歲，中位年齡44.5歲。受傷原因：高墜傷4例，交通傷13例，壓砸傷7例。骨折AO分型：C1型5例，C2型15例，C3型4例。受傷至手術(shù)時間為3～12 d，中位時間8 d。2組一般資料比較，差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05）。

1.2 術(shù)前準備 所有患者術(shù)前行股骨遠端CT檢查明確骨折移位情況，同時予以完善相關(guān)檢查排除手術(shù)禁忌，年齡≥55歲患者予以行心臟、下肢血管彩超和肺功能檢查。軟組織腫脹患者行脛骨結(jié)節(jié)或跟骨牽引等消腫措施，待軟組織情況允許后行手術(shù)治療。

將試驗組患者股骨遠端CT數(shù)據(jù)以DICOM格式保存，導(dǎo)入至Mimics 17.0（Materialise公司，比利時）軟件中重建骨折模型，并于軟件中進行模擬復(fù)位，最后將復(fù)位后的模型數(shù)據(jù)導(dǎo)入3D打印機（SRP400B，常州華森醫(yī)療有限公司）打印出1∶1大小實物模型（見圖1）。在體外選擇合適型號的鋼板及螺釘進行骨折塊的固定，記錄模擬手術(shù)所選的鋼板型號、螺釘數(shù)目及螺釘長度。

1.3 手術(shù)方法 所有患者取仰臥位，采用全身麻醉或腰硬聯(lián)合麻醉，所有手術(shù)均由同一名手術(shù)醫(yī)師完成。試驗組根據(jù)術(shù)前體外模擬結(jié)果，選擇恰當?shù)氖中g(shù)入路后，將骨折復(fù)位滿意后選取已測量好的鋼板及螺釘進行置入；對照組根據(jù)患者全身情況以及骨折類型選擇合適入路及內(nèi)固定材料，將骨折復(fù)位滿意后，置入內(nèi)固定材料。試驗組采用髕前外側(cè)入路9例，股外側(cè)入路10例，后外側(cè)入路5例，內(nèi)固定采用LISS鋼板14例，動力髁鋼板10例；對照組采用髕前外側(cè)入路8例，股外側(cè)入路12例，后外側(cè)入路4例，內(nèi)固定采用LISS鋼板15例，動力髁鋼板9例。

圖1 試驗組患者術(shù)前資料導(dǎo)入Mimics軟件進行骨折重建及3D模型打印

1.4 術(shù)后處理 所有患者術(shù)后常規(guī)預(yù)防性使用抗生素，24～48 h拔出引流管，2～3 d進行股四頭肌功能鍛煉，1周后進行膝關(guān)節(jié)屈伸鍛煉或使用下肢CPM機進行膝關(guān)節(jié)被動鍛煉。術(shù)后2～3個月復(fù)查X線，根據(jù)骨折愈合情況決定下肢負重情況。

1.5 臨床效果評價 記錄2組患者手術(shù)時間、術(shù)中出血量及術(shù)中透視次數(shù)，所有患者術(shù)后第3天常規(guī)行X線檢查，了解骨折復(fù)位及內(nèi)固定位置情況（見圖2）。術(shù)后1年對患者進行隨訪，采用HSS標準[2]評價膝關(guān)節(jié)功能，其中80～100分為優(yōu)，70～79分為良，60～69分為可，≤59分為差，以優(yōu)良病例數(shù)占總數(shù)百分比計算優(yōu)良率。

圖2 試驗組患者術(shù)后X線提示骨折對位對線良好，內(nèi)固定位置可

1.6 統(tǒng)計學(xué)處理方法 所有數(shù)據(jù)采用SPSS21.0軟件進行分析。正態(tài)分布的計量資料采用±s描述，組間比較采用t檢驗，非正態(tài)分布的計量資料采用中位數(shù)描述，組間比較采用秩和檢驗。計數(shù)資料采用百分比描述，組間比較采用χ2檢驗或Fisher確切概率法。P＜0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 術(shù)中情況比較 試驗組患者手術(shù)時間較對照組短，術(shù)中失血量較對照組少，術(shù)中透視次數(shù)較對照組少，差異均有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.01），見表1。

表1 試驗組與對照組術(shù)中情況比較（n=24，±s）

表1 試驗組與對照組術(shù)中情況比較（n=24，±s）

組別手術(shù)時間（min）術(shù)中失血量（mL）術(shù)中透視次數(shù)對照組79.14±18.43106.80±22.754.10±0.70試驗組61.25±14.28 81.74±23.502.10±0.50 t 1.5251.4212.128 P ＜0.001＜0.001＜0.001

2.2 術(shù)后HSS標準評分比較 試驗組優(yōu)16例，良6例，中2例，差0例，優(yōu)良率為91.7%，對照組優(yōu)12例，良8例，中3例，差1例，優(yōu)良率為83.3%，2組相比，試驗組優(yōu)于對照組（χ2=0.762，P＜0.05）。

2.3 不良反應(yīng) 所有患者獲得完整隨訪，試驗組無一例出現(xiàn)切口感染、內(nèi)固定松動或斷裂、骨折延遲愈合或不愈合，對照組出現(xiàn)2例切口感染（占8.3%），經(jīng)換藥等抗感染對癥處理后痊愈，出現(xiàn)1例骨折不愈合（占4.2%），后期行內(nèi)固定拆除，取髂骨植骨內(nèi)固定手術(shù)治療后達到骨性愈合，余病例無特殊不良反應(yīng)發(fā)生。2組不良反應(yīng)發(fā)生率差異有統(tǒng)計學(xué)意義（χ2=0.320，P＜0.05）

3 討論

目前股骨髁間骨折內(nèi)固定方式多采用LISS鋼板或動力髁鋼板為主。LISS鋼板結(jié)合了內(nèi)固定與外固定的特點，當螺釘與鋼板鎖定后，可以為骨折塊提供良好的穩(wěn)定性[3]，同時LISS鋼板減少對骨膜血供的破壞，利于骨折的愈合，尤其適用于粉碎性骨折以及骨質(zhì)疏松患者[4]。動力髁鋼板固定效果牢靠，由于其外形與股骨髁形成良好匹配，因而可以一定程度上防止術(shù)后畸形。如果股骨髁間骨折塊復(fù)位良好，無論采取何種內(nèi)固定方式都能取得良好的效果，而復(fù)位后骨折塊仍不穩(wěn)定，則需采用LISS鋼板進行固定。

數(shù)字化醫(yī)學(xué)的發(fā)展，推動了骨科在手術(shù)技術(shù)、內(nèi)固定材料等方面的發(fā)展。通過3D打印技術(shù)，可以實現(xiàn)對骨折塊模型的擬合，將其以更直觀形象的方式展現(xiàn)出來，也可以說3D打印技術(shù)為虛擬手術(shù)和現(xiàn)實實施之間構(gòu)建了一座橋梁。骨科醫(yī)師可以借助3D打印技術(shù)了解受傷機制以及骨折類型，使得術(shù)前計劃更加完善，而患者和家屬也可通過骨折模型對自己的病情有更加全面的了解，很大程度上利于醫(yī)患之間的溝通和交流[5]。已有研究證實，3D打印技術(shù)輔助骨科手術(shù)治療可以取得良好的臨床效果[6-8]，但目前尚未見針對股骨髁間骨折的相關(guān)報道。

在傳統(tǒng)的治療中，醫(yī)師通常是在自己大腦中對骨塊修復(fù)進行模擬，而這種治療方案質(zhì)量的高低取決于醫(yī)師個體的臨床經(jīng)驗和技術(shù)水平。在本研究中，Mimics軟件能夠利用數(shù)字化模型模擬骨折塊的復(fù)位，可多角度、多方位了解手術(shù)部位的結(jié)構(gòu)特點。術(shù)前通過體外模擬手術(shù)，設(shè)計手術(shù)方案，準確確定鋼板位置和精確設(shè)計釘?shù)溃瑥亩@得手術(shù)關(guān)鍵參數(shù)，提高了手術(shù)的可預(yù)測性。因而在本研究中，我們采用3D打印技術(shù)為手術(shù)操作提供準確的信息，減少了修復(fù)重建過程中的出血量，縮短手術(shù)時間，節(jié)省了術(shù)中測量時間，減少C型臂X線機透視次數(shù)，從而減少手術(shù)醫(yī)師和患者的暴露。良好的復(fù)位固定、早期的功能鍛煉有利于股骨髁間骨折術(shù)后膝關(guān)節(jié)功能恢復(fù)[9-10]，而借助3D打印技術(shù)可以實現(xiàn)骨折塊的解剖復(fù)位和堅強固定，患者可以進行早期功能鍛煉，肢體功能恢復(fù)時間也大大縮短。本研究結(jié)果證實，試驗組患者術(shù)后膝關(guān)節(jié)功能優(yōu)于對照組。

納入本研究的2組相關(guān)人口統(tǒng)計學(xué)資料之間無明顯統(tǒng)計學(xué)差異，排除了年齡和性別等相關(guān)因素的影響，而手術(shù)均由同一位醫(yī)師完成排除了術(shù)者對于試驗結(jié)果的影響。然而本研究也存在一定的不足之處：首先樣本量較少，未來的研究方向?qū)㈤_展大樣本量、隨機多中心對照試驗；其次，3D打印技術(shù)成本相對一般CT及MRI檢查費用較高，耗時較長，目前運用于急診手術(shù)和基層醫(yī)院推廣存在一定的難度。

綜上所述，我們利用3D打印技術(shù)輔助治療股骨髁間骨折取得了良好的效果，它能很大程度上節(jié)省手術(shù)時間，減少術(shù)中出血，使內(nèi)固定的置入更加精確，一定程度上減小了手術(shù)帶給患者的創(chuàng)傷，相對傳統(tǒng)治療方案能獲得更好的臨床療效，是針對股骨髁間骨折一種良好的治療方法。

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（本文編輯：丁敏嬌）

The application of three-dimensional printing technique for the treatment of femoral intercondylar frac-tures

ZHANG Rui, LOU Yiting, CHEN Kai, WANG Jianshun, GUO Xiaoshan. Department of Orthopaedics Trauma, the Second Affi liated Hospital & Yuying Children’s Hospital of Wenzhou Medical University, Wenzhou, 325027

Objective:To investigate the clinical outcome of three-dimensional printing technique for the treatment of femoral intercondylar fractures.Methods:Forty eight patients with femoral intercondylar fractures between January 2015 and September 2015 were randomly divided into treatment group and control group. Mimics software was used to reconstruct fracture model and reduction in treatment group, and preoperative plan was designed based on 3D printing model. Control group’s patients underwent traditional treatment. The surgery duration, blood loss, fl uoroscopy time and HSS score were collected.Results:The surgery duration in treatment group (61.25±14.28) min was shorter than that in the control group (79.14±18.43) min, blood loss in treatment group (81.74±23.50) mL was less than that in the control group (106.80±22.75) mL while fl uoroscopy time also showed better performance (2.10±0.50 vs. 4.10±0.70), and there was signifi cant difference between two groups (P＜0.05). After one-year follow up, the knee function in treatment group was better than that in the control group (P＜0.05).Conclusion:Three-dimensional printing technique for the treatment of femoral intercondylar fractures can save surgery duration, reduce blood loss to certain extent, and obtaine better clinical outcome compared to traditional treatment.

three-dimensional printing; femoral intercondylar fractures; internal fi xation; clinical outcome

R683.4

A

10.3969/j.issn.2095-9400.2017.06.005

2016-12-12

國家自然科學(xué)基金資助項目（81472146）。

張睿（1991-），男，安徽合肥人，碩士生。

郭曉山，教授，主任醫(yī)師，Email：guoxiaoshan888@ aliyun.com。