3-D打印技术在青少年胫骨近端骺损伤骨折诊治中的应用

马雅昌 朱雅文 杨朝昕 邱宇辰 苗伟 穆怀昭 金宇

1承德医学院（河北承德 067000）；2承德医学院附属医院创伤骨科（河北承德 067000）

临床上青少年骺损伤疾病中胫骨近端骺损伤骨折较少见，其常可伴半月板、韧带及神经血管损伤，骺板的损伤可导致骨骼生长发育障碍和进行性关节畸形，其损伤机制复杂，诊治难度大，制定适宜的手术方案以达到骨折满意的复位和确切固定是取得良好手术效果的关键［1-2］。青少年患者骨骺的生长发育与成人患者存在着明显区别，成人患者的治疗方式在青少年骨折治疗中受到很大限制，因此术前骨折复位、内固定的设计及实际手术更为困难［3］。术前应充分了解胫骨近端骺损伤骨折情况，进行全面的评估和规划，以便术中能准确有效的复位和固定。传统的骨折手术前，骨科医生采用放射科X线、CT等二维影像学资料数据，通过放射科医生测量并给出数据，以此进行手术设计，其手术的效果很大程度上取决于术者的经验与手术熟练程度，近年来3-D打印技术逐渐被应用到复杂骨折的诊治过程中，应用此技术可进行术前模拟骨折复位、内固定，并可在术中做参考，为手术提供了重要依据，但目前3-D打印技术在青少年胫骨近端骺损伤骨折诊治中的应用尚罕见相关文献报道。2014年1月至2016年6月，我院将3-D打印技术应用于8例胫骨近端骺损伤骨折患者的诊治中，取得了良好的临床效果，报告如下。

1 资料与方法

1.1 一般资料2014年1月至2016年3月承德医学院附属医院小儿创伤骨科收治的胫骨近端骺损伤骨折8例，男6例，女2例；年龄11～14岁；左侧3例，右侧5例；致伤原因：交通事故伤5例，高处坠落伤2例，摔扭伤1例；骨折分型：骨折按Salter-Harris分型标准进行分型：Ⅲ型4例、Ⅵ型4例。合并伤：合并半月板损伤2例，合并内侧副韧带损2例；受伤到手术时间为2～6 d，平均3 d。患者均为闭合性骨折并选择择期手术，同意并签署知情同意书。排除标准：病理性骨折、开放性骨折、合并严重半月板及韧带损伤、合并有神经血管损伤、合并严重内科疾病。

1.2 术前准备患者术前常规行患肢膝关节X线、CT及MRI检查。CT数据以Dicom格式保存，通过Mimics14.0医学软件处理并导入3-D打印机，打印1∶1骨折模型。术前观察3-D模型，确认骨折的类型。模拟手术：在3-D模型上行骨折复位，选择合适的克氏针及其他内固定物行内固定植入，记录所选内固定物的最佳长度、规格型号、内固定物植入位置角度等精确数据，在模型上标记关键的实用解剖点，最终设计出适宜的手术方案。

1.3 术中操作及术后处理患者在全麻下（6例）、蛛网膜下腔阻滞麻醉下（2例）下取仰卧位，安止血带。8例患儿均行切开复位内固定术。复位：根据3-D模型判断各骨折块的大小、位置、移位方向和程度、术前复位时的解剖标记、术前设计步骤以获得满意复位。内固定：根据术前设计的详细记录，将克氏针及空心螺钉置入合适位置。伴随损伤的处理：半月板损伤2例，均一期关节镜下修复，内侧副韧带损伤2例，行一期修复。外固定：所有患儿均行高分子石膏膝关节轻度屈曲位外固定。术者：手术均由同一组高年资的小儿创伤专业医师完成。术后处理：术后轻度抬高患肢，常规行术区换药及抗炎消肿治疗；术后6～8周后拆除石膏并逐步行功能锻炼，骨折愈合后拔出克氏针及其他内固定物。术后1 d、7d、1、3、6、12个月复查双下肢X线片，随访时间至少达12个月。

1.4 观察指标及疗效评价观察骨折复位质量及术后患肢并发症的发生情况，术后第12个月应用改良Hohl和Luck膝关节评分标准［4］（此标准包括功能评分、放射学评分、对比健侧与患侧膝关节活动度和生长情况）行患肢膝关节评分。采用PACS系统软件测量患肢及健侧肢体生长及膝关节内外翻成角。并对术后健侧、患侧膝关节活动度、肢体的生长长度均值行t检验（相关数据测量值根据相关测量标准由放射科医生提供，测量标准根据人体骨性标志进行测量，误差可忽略不计）。

1.5 统计学方法采用统计软件SPSS 19.0进行统计学数据分析，数值变量用均数±标准差表示，计量资料采用t检验，P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

8例患者均获得随访，时间12～18个月，平均15.3个月。8例患儿骨折均达解剖复位并骨性愈合，愈合时间2～4个月，平均2.4个月。术后随访未发生创伤性关节炎、骨骺早闭、关节僵硬、膝关节内外翻、膝关节不稳定等并发症。术后12个月的膝关节改良Hohl和Luck评分：优级7例，良级1例。患侧膝关节屈膝活动度（129±6.48）°、肢体生长长度为（7.45±3.42）mm，与健侧膝关节活动度（131.56±5.49）°、肢体生长长度为（7.73±2.51）mm比较差异均无统计学意义。典型病例见图1。

3 讨论

国内外研究证实3-D打印技术可协助临床手术术前规划，使手术更加科学和精确，帮助临床医师更加明确骨折的严重程度和分型，为实际术中骨折复位和内固定方式服务［5-8］。但相关3-D打印技术在青少年胫骨近端骺损伤骨折诊治中的应用相关文献报道较少。本研究将3-D打印技术应用到青少年胫骨近端骺损伤骨折手术治疗中，发现优质的3-D模型可清晰显示出骨折的位置、骨折块大小、骨折的移位方向；实际术中实际操作过程、克氏针和螺钉的规格和放置的位置都与术前的模拟手术基本一致。本组所有患者手术顺利，术后随访过程均达到骨性愈合，术后的改良Hohl和Luck膝关节评分优良率达到100%，患肢的生长发育状况均取得了满意结果。

图1 典型病例Fig.1 Typical Case

3.1 胫骨近端骺损伤骨折临床诊治经验要点骨折累及骺板损伤容易造成肢体缩短和成角畸形，且累及关节面的胫骨近端骨折增加了关节功能受限和生长发育畸形的机率［9-10］，因此术中对骨折复位的要求较高，其最终目的是获得骨骺部位及关节的解剖复位，从而恢复力线、维持膝关节稳定，最终使骨折愈合、重新获得肢体的正常活动，也避免骨折术后发育异常而出现肢体畸形［11］。诊断：青少年胫骨近端骺损伤骨折常会伴周围软组织的损伤，所以术前行MRI检查不仅能明确诊断，又可判断骨折断端软组织嵌入、韧带、半月板损伤状况，这样不仅可避免漏诊，也为具体手术方案提供了客观影像依据［12］。手术治疗：对于患儿单纯采用克氏针常不能提供满意的固定效果，加用空心钉固定可明显提高固定的牢固程度，不能为达到骨折坚强内固定而盲目选择有损骺板的内固定方式，比如跨越骺板的坚强内固定。内固定材料多选用克氏针及空心螺钉，空心螺钉治疗对骨折端有加压作用，能为早期功能锻炼创造条件；而克氏针直径较细，虽然对骨骺损伤较小，但其对骨块把持力较弱，应与空心螺钉配合使用。术者的要求：患儿骺板经不起反复贯穿打击，植钉一次成功要求很高，所以累及骺板的胫骨远端骨折手术应由年资较高的医师完成。

3.2 术前设计过程经验要点3-D打印技术在临床上从初期的影像学资料到完备的3-D术前计划，涉及到多个步骤的技术操作，其经验要点我们总结如下：（1）影像学资料采集和术前设计：患者行CT等影像学检查前，临床医生应与影像科室进行充分交流沟通，提出对影像学资料的具体需求以得到最完整数字资料，利于下一计划步骤的顺利进行。术前设计应全面地进行骨折复位顺序的计划，内固定方式及内固定物的选择，包括内固定物放置的具体位置、型号大小，螺钉的直径、长度、数量、植入方向［13］。若术前设计达不到完备具体，就大大降低了术前3-D数字计划的优势和实际临床价值［14］。（2）精准打印3D模型：临床医师对3-D打印技术应用到的软件要充分学习和熟练操作，对软件及3-D打印机要经过反复调试才能设定出最合适的打印参数。在技术应用前期，同样一组影像学资料最终打印出的3-D模型往往存在局部差异，在应用软件作表面光滑等技术处理时，要客观考虑正常解剖结构和实际骨折情况，过度处理反而会降低3-D模型的精准度［15-17］。（3）模拟手术中3-D实物模型与正常解剖结构和实际操作的结合：3-D打印的实物模型没有软组织结构，术中的软组织牵拉、患者体位变化、复位顺序等都有可能导致术前设计与实际手术情况不完全相符。因而模拟手术过程中要充分考虑到软组织、重要神经血管、患者体位、患儿具体发育状况等的影响［18］，以实际手术心态去实施每一个术前设计。

综上所述，随着3-D打印技术应用的日益成熟，此技术联合数字技术已广泛应用到了医学多个领域，其对手术的标准化具有极大的推动意义。3-D打印技术应用于儿童复杂骨折的治疗有助于提高手术安全性和准确性，明确降低患者术后并发症的发生率。3-D打印应用于儿童治疗、术前充分设计、选择合适患儿的内固定、克氏针配合空心螺钉、相关科室见充分沟通协作等要点为本研究新颖之处，但本研究中患者病例数较少、随访时间较短，远期应用效果有待进一步增加样本量并行长期随访明确并更进行深层次研究。

［1］OMAR M，PETRI M，ETTINGER M，et al.Simultaneous bilateral transitional fractures of the proximal tibia after minor sports trauma［J］.Case Rep Orthop，2013，2013（7）：724-802.

［2］杨健，刘少峰，刘敏.儿童骨骺及骺板损伤的诊断和治疗进展［J］.华西医学，2012，27（3）：471-474.

［3］韩炳强，徐蕴岚，杨杰，等.青少年屈曲型胫骨近端骨骺骨折的治疗体会［J］.中华小儿外科杂志，2014，35（10）：751-755.

［4］辛雷，苏佳灿.膝关节功能评分：现状与展望［J］.中国组织工程研究，2010，14（39）：7367-7370.

［5］DEMARTINI T L，BECK A F，KLEIN M D，et al.Access to digital technology among families coming to urban pediatric primary care clinics［J］.Pediatrics，2013，132（1）：e142.

［6］RIESENKAMPFF E，RIEDORF U，WOLF I，et al.The practical clinical value of three-dimensional models of complex congenitally malformed hearts［J］.J Thoracic Cardiovasc Sur，2009，138（3）：571-80.

［7］MAO K，WANG Y，XIAO S，et al.Clinical application of computer-designed polystyrene models in complex severe spinal deformities：A pilot study［J］.Eur Spine J，2010，19（5）：797-802.

［8］魏代清，李翠，徐杨博.3-D打印技术在足踝外科的应用进展［J］.中国修复重建外科杂志，2017（7）：880-884.

［9］CHERNEY S， GARDNER M J.Bicondylar tibial plateau fractures：assessing and treating the medial fragment［J］.J Knee Sur，2014，27（1）：39.

［10］NAJDI H，THEVENINLEMOINE C，GAUZY J S D，et al.Arthroscopic treatmentofintercondylareminence fractures with intraepiphyseal screws in children and adolescents［J］.Orthop Traumatol Surg Res，2016，102（4）：447-451.

［11］庞涛，孙锋，郭燕芬，等.前外侧联合后内侧手术入路治疗SchatzkerⅤ、Ⅵ型胫骨平台骨折疗效观察［J］.中国矫形外科杂志，2014，22（6）：564-567.

［12］张南，钱学江，刘中冲，等.MRI对膝关节前交叉韧带损伤诊断的假阳性及假阴性的病例分析［J］.医学影像学杂志，2017，27（5）：887-891.

［13］CHAKRAVERTY J K，WEAVER M J，SMITH R M，et al.Surgical management of tibial tubercle fractures in association with tibial plateau fractures fixed by direct wiring to a locking plate［J］.J Orthop Trauma，2009，23（23）：221-225.

［14］WU S K，YANG L，YAN S F，et al.Treatment of tibiofibular diastasis without ankle fracture with endobutton device［J］.Chin J Orthop Trauma，2012，25（3）：224-227.

［15］OSAGIE L，SHAUNAK S，MURTAZA A，et al.Advances in 3D modeling：Preoperative templating for revision wrist surgery［J］.Hand，2017，12（5）：NP68.

［16］袁浩天，时舒曼，张晓晓，等.利用CT数据构建3D打印骨组织工程支架材料［J］.实用医学杂志，2016，32（14）：2319-2322.

［17］KOBAYASHI A，ISHII Y，TAKEDA M，et al.Comparison of analog 2D and digital 3D preoperative templating for predicting implant size in total knee arthroplasty［J］.Comput Aided Surg，2012，17（2）：96.

［18］WEI S J，HAN F，LAN S H，et al.Surgical treatment of pilon fracture based on ankle position at the time of injury/initial direction of fracture displacement：A prospective cohort study［J］.Int J Sur，2014，12（5）：418-425.