3-D打印技術在青少年脛骨近端骺損傷骨折診治中的應用

馬雅昌 朱雅文 楊朝昕 邱宇辰 苗偉 穆懷昭 金宇

1承德醫學院（河北承德 067000）；2承德醫學院附屬醫院創傷骨科（河北承德 067000）

臨床上青少年骺損傷疾病中脛骨近端骺損傷骨折較少見，其常可伴半月板、韌帶及神經血管損傷，骺板的損傷可導致骨骼生長發育障礙和進行性關節畸形，其損傷機制復雜，診治難度大，制定適宜的手術方案以達到骨折滿意的復位和確切固定是取得良好手術效果的關鍵［1-2］。青少年患者骨骺的生長發育與成人患者存在著明顯區別，成人患者的治療方式在青少年骨折治療中受到很大限制，因此術前骨折復位、內固定的設計及實際手術更為困難［3］。術前應充分了解脛骨近端骺損傷骨折情況，進行全面的評估和規劃，以便術中能準確有效的復位和固定。傳統的骨折手術前，骨科醫生采用放射科X線、CT等二維影像學資料數據，通過放射科醫生測量并給出數據，以此進行手術設計，其手術的效果很大程度上取決于術者的經驗與手術熟練程度，近年來3-D打印技術逐漸被應用到復雜骨折的診治過程中，應用此技術可進行術前模擬骨折復位、內固定，并可在術中做參考，為手術提供了重要依據，但目前3-D打印技術在青少年脛骨近端骺損傷骨折診治中的應用尚罕見相關文獻報道。2014年1月至2016年6月，我院將3-D打印技術應用于8例脛骨近端骺損傷骨折患者的診治中，取得了良好的臨床效果，報告如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料2014年1月至2016年3月承德醫學院附屬醫院小兒創傷骨科收治的脛骨近端骺損傷骨折8例，男6例，女2例；年齡11～14歲；左側3例，右側5例；致傷原因：交通事故傷5例，高處墜落傷2例，摔扭傷1例；骨折分型：骨折按Salter-Harris分型標準進行分型：Ⅲ型4例、Ⅵ型4例。合并傷：合并半月板損傷2例，合并內側副韌帶損2例；受傷到手術時間為2～6 d，平均3 d。患者均為閉合性骨折并選擇擇期手術，同意并簽署知情同意書。排除標準：病理性骨折、開放性骨折、合并嚴重半月板及韌帶損傷、合并有神經血管損傷、合并嚴重內科疾病。

1.2 術前準備患者術前常規行患肢膝關節X線、CT及MRI檢查。CT數據以Dicom格式保存，通過Mimics14.0醫學軟件處理并導入3-D打印機，打印1∶1骨折模型。術前觀察3-D模型，確認骨折的類型。模擬手術：在3-D模型上行骨折復位，選擇合適的克氏針及其他內固定物行內固定植入，記錄所選內固定物的最佳長度、規格型號、內固定物植入位置角度等精確數據，在模型上標記關鍵的實用解剖點，最終設計出適宜的手術方案。

1.3 術中操作及術后處理患者在全麻下（6例）、蛛網膜下腔阻滯麻醉下（2例）下取仰臥位，安止血帶。8例患兒均行切開復位內固定術。復位：根據3-D模型判斷各骨折塊的大小、位置、移位方向和程度、術前復位時的解剖標記、術前設計步驟以獲得滿意復位。內固定：根據術前設計的詳細記錄，將克氏針及空心螺釘置入合適位置。伴隨損傷的處理：半月板損傷2例，均一期關節鏡下修復，內側副韌帶損傷2例，行一期修復。外固定：所有患兒均行高分子石膏膝關節輕度屈曲位外固定。術者：手術均由同一組高年資的小兒創傷專業醫師完成。術后處理：術后輕度抬高患肢，常規行術區換藥及抗炎消腫治療；術后6～8周后拆除石膏并逐步行功能鍛煉，骨折愈合后拔出克氏針及其他內固定物。術后1 d、7d、1、3、6、12個月復查雙下肢X線片，隨訪時間至少達12個月。

1.4 觀察指標及療效評價觀察骨折復位質量及術后患肢并發癥的發生情況，術后第12個月應用改良Hohl和Luck膝關節評分標準［4］（此標準包括功能評分、放射學評分、對比健側與患側膝關節活動度和生長情況）行患肢膝關節評分。采用PACS系統軟件測量患肢及健側肢體生長及膝關節內外翻成角。并對術后健側、患側膝關節活動度、肢體的生長長度均值行t檢驗（相關數據測量值根據相關測量標準由放射科醫生提供，測量標準根據人體骨性標志進行測量，誤差可忽略不計）。

1.5 統計學方法采用統計軟件SPSS 19.0進行統計學數據分析，數值變量用均數±標準差表示，計量資料采用t檢驗，P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結果

8例患者均獲得隨訪，時間12～18個月，平均15.3個月。8例患兒骨折均達解剖復位并骨性愈合，愈合時間2～4個月，平均2.4個月。術后隨訪未發生創傷性關節炎、骨骺早閉、關節僵硬、膝關節內外翻、膝關節不穩定等并發癥。術后12個月的膝關節改良Hohl和Luck評分：優級7例，良級1例。患側膝關節屈膝活動度（129±6.48）°、肢體生長長度為（7.45±3.42）mm，與健側膝關節活動度（131.56±5.49）°、肢體生長長度為（7.73±2.51）mm比較差異均無統計學意義。典型病例見圖1。

3 討論

國內外研究證實3-D打印技術可協助臨床手術術前規劃，使手術更加科學和精確，幫助臨床醫師更加明確骨折的嚴重程度和分型，為實際術中骨折復位和內固定方式服務［5-8］。但相關3-D打印技術在青少年脛骨近端骺損傷骨折診治中的應用相關文獻報道較少。本研究將3-D打印技術應用到青少年脛骨近端骺損傷骨折手術治療中，發現優質的3-D模型可清晰顯示出骨折的位置、骨折塊大小、骨折的移位方向；實際術中實際操作過程、克氏針和螺釘的規格和放置的位置都與術前的模擬手術基本一致。本組所有患者手術順利，術后隨訪過程均達到骨性愈合，術后的改良Hohl和Luck膝關節評分優良率達到100%，患肢的生長發育狀況均取得了滿意結果。

圖1 典型病例Fig.1 Typical Case

3.1 脛骨近端骺損傷骨折臨床診治經驗要點骨折累及骺板損傷容易造成肢體縮短和成角畸形，且累及關節面的脛骨近端骨折增加了關節功能受限和生長發育畸形的機率［9-10］，因此術中對骨折復位的要求較高，其最終目的是獲得骨骺部位及關節的解剖復位，從而恢復力線、維持膝關節穩定，最終使骨折愈合、重新獲得肢體的正常活動，也避免骨折術后發育異常而出現肢體畸形［11］。診斷：青少年脛骨近端骺損傷骨折常會伴周圍軟組織的損傷，所以術前行MRI檢查不僅能明確診斷，又可判斷骨折斷端軟組織嵌入、韌帶、半月板損傷狀況，這樣不僅可避免漏診，也為具體手術方案提供了客觀影像依據［12］。手術治療：對于患兒單純采用克氏針常不能提供滿意的固定效果，加用空心釘固定可明顯提高固定的牢固程度，不能為達到骨折堅強內固定而盲目選擇有損骺板的內固定方式，比如跨越骺板的堅強內固定。內固定材料多選用克氏針及空心螺釘，空心螺釘治療對骨折端有加壓作用，能為早期功能鍛煉創造條件；而克氏針直徑較細，雖然對骨骺損傷較小，但其對骨塊把持力較弱，應與空心螺釘配合使用。術者的要求：患兒骺板經不起反復貫穿打擊，植釘一次成功要求很高，所以累及骺板的脛骨遠端骨折手術應由年資較高的醫師完成。

3.2 術前設計過程經驗要點3-D打印技術在臨床上從初期的影像學資料到完備的3-D術前計劃，涉及到多個步驟的技術操作，其經驗要點我們總結如下：（1）影像學資料采集和術前設計：患者行CT等影像學檢查前，臨床醫生應與影像科室進行充分交流溝通，提出對影像學資料的具體需求以得到最完整數字資料，利于下一計劃步驟的順利進行。術前設計應全面地進行骨折復位順序的計劃，內固定方式及內固定物的選擇，包括內固定物放置的具體位置、型號大小，螺釘的直徑、長度、數量、植入方向［13］。若術前設計達不到完備具體，就大大降低了術前3-D數字計劃的優勢和實際臨床價值［14］。（2）精準打印3D模型：臨床醫師對3-D打印技術應用到的軟件要充分學習和熟練操作，對軟件及3-D打印機要經過反復調試才能設定出最合適的打印參數。在技術應用前期，同樣一組影像學資料最終打印出的3-D模型往往存在局部差異，在應用軟件作表面光滑等技術處理時，要客觀考慮正常解剖結構和實際骨折情況，過度處理反而會降低3-D模型的精準度［15-17］。（3）模擬手術中3-D實物模型與正常解剖結構和實際操作的結合：3-D打印的實物模型沒有軟組織結構，術中的軟組織牽拉、患者體位變化、復位順序等都有可能導致術前設計與實際手術情況不完全相符。因而模擬手術過程中要充分考慮到軟組織、重要神經血管、患者體位、患兒具體發育狀況等的影響［18］，以實際手術心態去實施每一個術前設計。

綜上所述，隨著3-D打印技術應用的日益成熟，此技術聯合數字技術已廣泛應用到了醫學多個領域，其對手術的標準化具有極大的推動意義。3-D打印技術應用于兒童復雜骨折的治療有助于提高手術安全性和準確性，明確降低患者術后并發癥的發生率。3-D打印應用于兒童治療、術前充分設計、選擇合適患兒的內固定、克氏針配合空心螺釘、相關科室見充分溝通協作等要點為本研究新穎之處，但本研究中患者病例數較少、隨訪時間較短，遠期應用效果有待進一步增加樣本量并行長期隨訪明確并更進行深層次研究。

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