3D打印技术在复杂胫骨平台骨折术前规划中的应用

2016-07-14董乐乐魏海涛连建强郭鹏年

转化医学电子杂志 2016年5期

关键词：正确率胫骨分型

王　敏，董乐乐，魏海涛，连建强，郭鹏年，刘　瑞

(1包头医学院；2包头医学院第一附属医院骨二科，内蒙古包头 014010)

3D打印技术在复杂胫骨平台骨折术前规划中的应用

王敏1,2，董乐乐2，魏海涛2，连建强2，郭鹏年2，刘瑞2

(1包头医学院；2包头医学院第一附属医院骨二科，内蒙古包头 014010)

【摘要】目的：探讨Mimics软件三维重建结合快速成形技术在胫骨平台骨折治疗中的应用，并对其临床效果进行评估. 方法：选取2013-11/2015-10包头医学院第一附属医院复杂胫骨平台骨折患者60例，随机分为3D打印术前规划的试验组(n=30)及常规手术的对照组(n=30). 分别对分型正确率、手术时间、手术效果等数据进行比较. 结果：与对照组相比，试验组分型正确率高、手术时间短、手术效果优良率高，差异具有统计学意义(P<0.01). 结论：结合3D打印技术的术前规划有助于提高胫骨平台骨折分型准确率、手术效率及手术满意度，具有一定的借鉴性.

【关键词】复杂胫骨平台骨折;3D打印技术;术前规划

0引言

胫骨平台骨折是临床上常见的骨折，属关节内骨折. 多由间接暴力或直接暴力引起，占所有骨折的1.3%[1]，是膝关节创伤中常见的骨折之一. 胫骨平台在人体负重和行走的过程中发挥着重要作用，因此对骨折复位的要求比较高. 准确的骨折分型是选择正确治疗方法的基础. 复杂胫骨平台骨折，一般指Schatzker分型Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ型，其临床表现复杂多变，往往给临床治疗带来很大的难度. 有研究[2]表明，术后10年需要全膝关节置换的患者大约占7.3%. 因此，正确的术前诊断及明确的骨折分型，对于手术计划的制订和治疗有着至关重要的作用. 本研究利用3D打印技术制作胫骨平台骨折实物模型，用于骨折的诊断分型及手术治疗，取得满意疗效，现报道如下.

1 资料和方法

1.1一般资料选取2013-11/2015-10包头医学院第一附属医院复杂胫骨平台骨折患者60例，随机分为3D打印术前规划的试验组(n=30)及常规手术的对照组(n=30). 常规手术组男19例，女11例，年龄20～74(平均47.50±7.96)岁. 3D打印组男18例，女12例，年龄21～73(平均48.50±8.24)岁. 两组患者均在患肢牵引7～10 d后手术. 所有患者均属于新鲜胫骨平台骨折，同时排除：①合并重要脏器损伤患者；②胫骨神经坏死患者；③先天性畸形者等. 两组患者的性别、年龄、分型等一般资料比较，差异均无统计学意义(P>0.05)，具有可比性.

1.2方法常规手术组，术前常规行X线、CT检查，明确诊断后行手术治疗.

3D打印组，所有患者均行CT扫描，层厚1 mm，获取DICOM数据导入Mimics10.0软件，运用阈值分割、区域增长和3D建模等工具建立胫骨平台骨折三维模型，保存为STL文件，导入3D打印机(Stratasys公司Objet24快速成型机)，制作出与实体1∶1等比例大小的胫骨平台骨折模型. 根据实物模型模拟手术，决定内固定的类型、长度及预弯程度，所选螺钉规格、数量，如患者需要植骨，可以计算所需植骨量. 规划完成后行手术治疗.

1.3观察指标及评价标准

1.3.1分型标准参照胫骨平台骨折Schatzker分型标准，具体如下. Ⅳ型：内侧平台骨折；Ⅴ型：涉及内、外侧平台劈裂的双髁骨折；Ⅵ型：平台骨折涉及干骺端与骨干间骨折，致胫骨髁部与骨干部分离. 分型正确率=分型正确例数/总例数×100%.

1.3.2观察指标记录两组患者从开皮到切口缝合的实际手术时间，手术均由同一高年资的主任医师完成.

1.3.3手术效果判定标准两组指导手术效果采用Rasmussen法[3]进行评定，具体如下. ①优：并无明显疼痛，行走能力正常，膝关节的屈伸与活动正常，膝关节稳定；②良：偶尔疼痛，行走能力>1 h，膝关节屈伸缺失<10°，活动度>120°，屈伸20°不稳定；③中：固定或持续疼痛，仅能行走几分钟，膝关节屈伸缺失>120°，活动度仅为60°～90°，伸直不稳定；④差：静坐痛，不能行走、屈伸，活动度<60°.

2结果

2.1两组分型正确率比较依术中所见判断分型正确情况，常规手术组分型正确率低于3D打印组，错误率高于3D打印组，差异具有统计学意义(P<0.01,表1).

表1两组分型正确率比较

[n=30,n(%)]

bP<0.01vs常规手术组.

2.2两组手术时间比较3D打印组手术时间较常规手术组短，差异具有统计学意义(P<0.05,表2).

表2两组手术时间比较

bP<0.01vs常规手术组.

2.3两组指导胫骨平台粉碎性骨折手术效果比较3D打印组Ⅴ、Ⅵ型手术优良率均高于常规手术组，差异具有统计学意义(P<0.01)，但Ⅳ型无统计学意义(P>0.05,表3)，考虑与实验例数尚少有关.

表3两组指导胫骨平台粉碎性骨折手术效果比较

[n=30,n(%)]

bP<0.01vs常规手术组.

3 讨论

胫骨平台骨折在临床工作中十分常见，其中胫骨平台粉碎性骨折是其中最为严重的骨折类型，Schatzker分型常在Ⅳ型以上，又称复杂胫骨平台骨折[4]. 临床上常以手术治疗作为胫骨平台粉碎性骨折的首选治疗手段[5-6]. 由于其病情复杂，传统辅助检查如X线、CT常出现误诊、漏诊以及明确诊断后的骨折分型错误等现象. 术者常根据主观产生的三维印象选择手术入路、术式，单方面的制定手术方案，由于术前准备不充分，术中常常面临没有合适的钢板可供选择等窘境，勉强植入效果又不甚理想，导致复杂胫骨平台骨折内固定植入效果参差不齐，手术效果仅取决于术者的经验与熟练程度. 因此，详尽合适的术前手术方案设计显得尤为重要[7]. 传统手术术前设计主要关注手术入路、术式选择、骨折以及骨缺损等情况，往往忽视内固定植入所需的接骨板和螺钉的规格、植入位置、螺钉植入方向等重要因素. 近年来，随着3D打印技术的快速发展，利用Mimics软件结合快速成形技术，打印出骨折部位的1∶1实体模型，直观再现了骨折部位的实际情况，在此基础上的术前规划势必更加详尽周全，进而提高手术成功率及满意度[8-10].

本研究结果显示，对于复杂胫骨平台骨折而言，3D打印组相较于常规手术组，诊断及分型正确率高，手术时间短，Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ型手术优良率均高于常规手术组，但IV型无统计学意义，考虑与实验例数尚少有关. 由此可以看出，3D打印技术在复杂胫骨平台骨折的诊断及治疗方面明显优于传统手术方式. 3D打印骨折模型可以直观地显示骨折线的走向，骨折块的数量和移位情况，真实反映骨折原貌，帮助医师进行准确的Schatzker分型[11]. 术前在3D模型上进行仿真手术模拟，为骨科医师在术前设计手术方案及判断手术效果时增加更多数据支持，使骨折复位达到或接近解剖复位，同时可以使内固定物的位置、规格、所选螺钉数量及长度更具科学性,使内固定材料的匹配性更好，进而显著降低手术时间，减少手术出血量，降低手术风险，提高手术成功率. 这一工程学与医学技术的完美结合，使临床医师更好地理解所面临的疾病，从而提高整体医疗水平[12]. 美中不足的是，虽然3D打印骨折模型在胫骨平台骨折的诊断、分型和术前指导方面有一定的优势，但其需要软件及硬件多方面的支持，且模型制作过程较长，极大地增加了患者住院的费用，因此目前在临床广泛应用还存在一定的困难. 不过随着3D打印技术的不断发展与革新，伴随着打印制作成本的降低，打印精度与速度的提高以及打印模型力学强度的增加，3D打印技术在以后的临床工作中必将得到广泛的应用与推广[13].

【参考文献】

[1] Dattani R, Slobogean GP, O’Brien PJ, et al. Psychometric analysis of measuring functional outcomes in tibial plateau fractures using the Short Form 36 (SF-36), Short Musculoskeletal Function Assessment (SMFA) and the Western Ontario McMaster Osteoarthritis (WOMAC) questionnaires[J]. Injury,2013,44(6):825-829.

[2] Wasserstein D, Henry P, Paterson JM, et al. Risk of total knee arthroplasty after operatively treated tibial plateau fracture: a matched-population-based cohort study[J]. J Bone Joint Surg Am,2014,96(2):144-150.

[3] 谭叙强,庞彤,程碧,等. 电子计算机断层扫描图像三维重建及三维打印在胫骨平台粉碎性骨折的诊断与治疗指导意义[J]. 中外医学研究,2015,13(19):64-65.

[4] 傅中国,姜保国,张殿英,等. 内固定加皮瓣转移治疗胫骨平台粉碎性骨折并胫前皮肤缺损[J]. 骨与关节损伤杂志,2003,18(8):524-525.

[5] 沈光银，周建中. 关节镜辅助经皮内固定和切开复位内固定治疗Schatzker Ⅱ、Ⅲ型胫骨平台骨折的比较研究[J]. 中国修复重建外科杂志，2011，25(10)：1201-1204.

[6] Urruela AM, Davidovitch R, Karia R, et al. Results following operative treatment of tibial plateau fractures[J]. J Knee Surg,2013,26(3):161-165.

[7] 李江涛. Mimics软件三维重建结合快速成形技术在骨折治疗中的探索[D]. 石家庄:河北医科大学,2014.

[8] 王欣文,张堃,朱养均,等. 3D打印技术在复杂胫骨平台骨折治疗中的临床应用[J]. 实用骨科杂志,2015,21(10):887-890.

[9] 张计超,宁宇,王向前,等. 3D打印技术在复杂胫骨平台骨折中的应用[J]. 生物骨科材料与临床研究,2015,12(6):26-28.

[10] 吴云峰,尹勇,黄斐,等. 3D打印技术在复杂胫骨平台骨折临床诊治中的应用[J]. 中华解剖与临床杂志,2015,20(4):347-349.

[11] 陈羽,宋烜,张海兵. 三维重建及虚拟手术在复杂胫骨平台骨折治疗中的应用[J]. 中国组织工程研究,2013,17(39):6940-6945.

[12] 周颖颖. 三维重建及虚拟手术技术在复杂胫骨平台骨折修复前评估和修复前规划中的应用价值[J]. 文摘版:医药卫生,2015(4):225.

[13] 李震,张永飞,李仁增,等. 3D打印技术在胫骨平台骨折手术中的临床应用[J]. 临床医药文献杂志,2016，3(4):649-650.

文章编号：2095-6894(2016)05-48-03