3D打印技術在復雜脛骨平臺骨折手術中的臨床應用

龐彤+江夢謠+寧金沛+譚敘強+黃聲樂

摘要目的：探討術前3D打印技術在復雜脛骨平臺骨折手術中提高療效的可行性。方法：收治復雜脛骨平臺骨折患者50例，按Schatzker分型，其中Ⅳ型20例，Ⅴ型18例，Ⅵ型12例；隨機平分兩組，其中25例患者術前采用3D打印技術，25例患者行常規性術前檢查及手術，記錄兩組患者手術時間、術中透視次數。結果：與常規組對比，3D打印組手術所需時間及術中透視次數均比常規組低，兩組對比差異有統計學意義。結論：個體化3D打印技術可降低復雜脛骨平臺骨折手術時間及術中透視次數。

關鍵詞3D打印技術；三維重建；臨床應用

脛骨平臺粉碎性骨折是臨床常見的一類高能量復雜關節內骨折，大概占全部骨折的1%，嚴重的關節面塌陷、關節不穩常伴隨出現，內固定手術難度較大且疼痛、關節不穩及創傷性關節炎常在術后出現。其內固定要求同時實現良好的生物力線和關節面的解剖復位。如何在術中盡可能地將力線恢復及使關節面平整，同時又達到對軟組織的最小損傷，是術者考慮的首要問題。因此，充分的術前準備顯得尤為重要。3D打印技術的發展，使其可以完整地重建骨折情況，準確判斷骨折移位，而且在術前可以模擬復位，規劃更合理的內固定手術方案，故其為高能量的脛骨粉碎性骨折帶來了新的機遇。2014年8月-2016年5月采用3D打印技術輔助手術治療脛骨平臺粉碎性骨折，取得較好的效果，總結、分析如下。

資料與方法

2014年8月-2016年5月收治復雜脛骨平臺骨折患者50例。病例排除標準：①術前因失血性休克、合并傷且死亡的患者；②因開放性損傷、感染、復雜合并傷的脛骨平臺骨折；③術前血流動力學不穩定患者；④合并嚴重內科疾病的患者。本研究納入50例，男33例，女17例，年齡18～75歲，按Schatzker分型，Ⅳ型20例，Ⅴ型18例，Ⅵ型12例；隨機分成兩組，其中25例患者術前采用3D打印技術，25例患者常規性術前檢查及手術，兩組年齡、分型及性別構成差異無統計學意義（P>0.05），具有可比性，所有手術均由同一組醫生完成，見表1。

3D數據采集：三維圖像的構建及3D打印技術采用SIMENS 32排螺旋CT薄層、厚層掃描檢查，將數據Dicom格式導出，將其DICOM數據輸入計算機中采用Mimics軟件進行處理，然后將數據交由我院3D采用熔融沉積成型技術（FDM）按1：1比例打印脛骨平臺骨折模型，打印機器Makerbot 5th printer，打印材料為聚乳酸（PLA）；打印精度設置為0.1 mm，模型打印時間一般需4～6 h。

手術方法：①3D打印組：術前根據骨折影像學資料及3D可視模型準確評估骨折塊的移位方向，關節面的塌陷部位，然后制定手術入路、體位及鋼板植入數量，3D模型低溫等離子消毒，術中對照3D模型進行復位操作。②常規組：術前根據受傷側脛骨平臺x線及CT結果制定手術方案。③統計學處理：采用SPSS 22.0統計學軟件，計量資料采用（x±s）表示，兩組統計學計量資料采用兩獨立樣本t檢驗，P<0.05為差異有統計學意義。

結果

所有患者術中記錄手術時間及透視次數。與常規組對比，3D打印組手術所需時間及術中透視次數均比常規組低，兩組對比差異有統計學意義（P<0.05），見表2、圖1、圖2、圖3。

討論

本組50例脛骨平臺骨折主要為Schatzker分型Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ型，需要手術治療。脛骨平臺骨折需要獲得一個穩定、對線及運動良好的無痛關節，并且要盡可能地減少術后創傷性關節炎的發生。

近年隨著3D打印技術的發展，三維重建技術方便使用、操作簡單，可在大多數醫院開展。傳統的x線及CT平掃檢查往往難以確認骨折塊的移位、全面反映骨折的移位情況，對于粉碎的脛骨平臺骨折尤為如此，術中醫生只能依據腦海中的三維模型來進行復位，一個1：1的3D模型為臨床醫生整體、全面地觀察骨折情況提供了直觀、立體的圖像。術前給患者及其家屬進行3D模型的展示，可讓患者直觀了解病情，利于術前談話，使患者及其家屬對病情有一個直觀的認識。一些學者通過該技術輔助手術治療，并取得一定的效果。脛骨平臺3D打印模型可輔助手術治療，通過模型了解骨折移位方向及程度，手術前預復位及選用合理的內固定，3D模型消毒，術中比對模型復位骨折，減少手術創傷、縮短手術之間、選擇更準確的內固定方式及減少術中透視的次數。本次研究的3D打印組通過1：1的3D模型指導術前模擬復位，術中對照復位，無論在手術精度、手術時間、術中創傷面積及術中透視次數上都較對照組有顯著優勢，其中術中透視主要確認螺釘有無進入膝關節關節面、關節面的平整及評估螺釘對骨折碎塊的抓持力，在有3D模型的指導下，透視一次基本就可以完成，較少需要調整螺釘進釘方向及長度，反之，就是常規手術所花時間較多的原因。

本次研究針對脛骨平臺分型采用Schatzker分型，這是目前比較廣泛的分型方法，但Schatzker分型基于x線片，沒有一個三維立體的表現，不能反映骨折的全部特征，其中張貴林總結認為骨折復位不滿意的原因是不能全面理解骨折的特征，錯誤的手術入路選擇及不恰當的術中骨折復位方向。故本試驗基于Schatzker分型做出脛骨平臺骨折的3D模型，恰恰能補充x線平面圖像的不足，同時張貴林對現有分型進行了補充，提出三柱分型理論，將脛骨平臺骨折分為零柱骨折、內側柱骨折、外側柱骨折、后側柱骨折、雙柱骨折、三柱骨折，并強調對每柱骨折均需堅強固定，此理論對治療脛骨平臺骨折提出了新的概念，尤其適用于SchatzkerⅣ、Ⅴ、Ⅵ型骨折的患者。也有學者研究根據計算機虛擬重建骨折塊移位，并進行模擬復位的手術軟件，故本次研究根據Schatzker分型結合3D打印技術，更好地指導手術的入路、手術骨折的復位及鋼板內固定物的選擇。

本次試驗對3D打印組及常規手術組進行的對比研究發現。3D打印組手術時間及術中透視次數明顯比普通手術組少，術后兩組患者均無感染，術后2周均能扶拐、在患肢無負重下行走。術后復查x線及CT顯示骨折復位滿意，關節面平整。本次研究對象中部分患者未能回院復查，造成隨訪缺失，故本次研究未進行患者術后的隨訪，未能系統統計患者術后1年患者膝關節功能情況。本院骨科2014年購置3D打印機，目前病例數量有限，隨訪機制不完善，其次，3D打印模型脫離機體肌肉、韌帶等軟組織的附著，與真實手術有一定差距，術中會遇到即使根據3D打印模型骨折移位方向進行復位，也有復位困難的問題。故手術醫生對機體解剖，特別是骨折以后的解剖關系的準確把握也相當重要。endprint