3D打印技术辅助与传统手术治疗复杂胫骨平台骨折的疗效比较

吴旭年 牛鸣 李军伟 王同 蔡经纬 王旭勃

随着建筑行业和交通运输业的发展，复杂胫骨平台骨折的发生率明显增加，若治疗不当将严重影响患者膝关节功能的恢复。手术治疗是复杂胫骨平台骨折的首选方法，解剖复位、坚强内固定能够有效避免术后骨折畸形愈合、关节面塌陷、骨不连、创伤性关节炎等不良结局。复杂胫骨平台骨折多由高能量暴力所致，骨折程度较为严重，手术难度往往较大。传统切开复位内固定术治疗复杂胫骨平台骨折的复位效果欠佳。近年来，新兴的3D打印辅助技术能够使术者精确术中定位、定量，全方位了解骨折情况，并有助于制定及优化手术方案，通过模拟手术过程，可有效降低传统手术器械造成的严重并发症[1-2]。本研究旨在比较3D打印辅助技术与传统手术治疗复杂胫骨平台骨折的疗效。

资料与方法

一、资料

1.病例纳入与排除标准：(1)病例纳入标准：经X线或CT影像学检查确诊为胫骨平台骨折；具备手术指征，且病程<1周；同意参与本研究，并签署知情同意书。(2)病例排除标准：合并严重心脑血管疾病及肝、肾疾病者；全身多发伤、复合伤或合并严重神经、血管损伤者；中途失访或脱落者；精神障碍或心理疾病者。

2.患者来源：选取2018年1月至2019年6月在甘肃省张掖市甘州区人民医院骨科就诊的46例复杂胫骨平台骨折患者作为研究对象。采用随机数字表法将其分为对照组和观察组，每组23例。对照组男12例，女11例；年龄25～56(37.6±4.1)岁；骨折原因：交通事故8例，摔伤9例，高处坠落3例，其他3例；骨折部位：左侧10例，右侧13例。观察组男13例，女10例；年龄21～58(38.4±5.5)岁；骨折原因：交通事故10例，摔伤10例，高处坠落1例，其他2例；骨折部位：左侧12例，右侧11例。两组患者的性别、年龄、骨折原因、骨折部位等一般资料比较，差异无统计学意义(P>0.05)，具有可比性。本研究经甘肃省张掖市甘州区人民医院伦理委员会批准后实施。

二、方法

1.手术：对照组采用传统切开复位内固定术治疗。根据术前X线及CT影像学检查结果确定手术方案，选择胫骨外侧正中或前内侧切口，暴露骨折端，清理关节腔内血块、组织及骨折碎片，骨折端复位满意后采用克氏针临时固定，解剖钢板固定，经X线确认复位良好，留置引流管，依次缝合切口。观察组采用螺旋CT重建三维立体图像，将数据处理后输入3D打印机，按1∶1比例打印实物模型。在实物模型上明确骨折类型，测量关节面塌陷高度、移位距离，计算主要骨折块数量，明确骨折块形状和具体位置等参数后标记重要解剖位置，根据模型选择髌旁切口或弧形切口，选择合适的解剖钢板，确定钢板的规格、型号、固定位置以及螺钉的长度和打入方向，其余手术步骤同对照组。

2.观察指标：术后6个月采用Rasmussen胫骨髁部骨折膝关节功能评分量表评估两组患者的恢复情况，内容包括平台塌陷、增宽、膝内外翻等，满分18分[3]。优：18分；良：12～17分；可：6～11分；差<6分。采用美国特种外科医院膝关节评分(hospital of special surgery knee score，HSS)评价两组患者的膝关节功能，内容包括患者的主观感受与体征，满分100分[4]。优：≥85分；良：70～84分；可：60～69分；差：<59分。采用功能性步行能力量表(functional ambulation category scale，FAC)和Fugl-Meyer运动功能评分量表(Fugl-Meyer assessment scale，FMA)评价两组患者下肢步行及运动功能，分值越高表示下肢步行距离越远及运动功能越佳。比较两组患者的术中出血量、骨折复位时间、手术时间、住院时间、骨折愈合时间及术后完全负重时间。统计两组患者发生螺钉松动或断裂、创伤性关节炎、关节僵直、伤口感染等并发症的概率。

3.术后处理：两组患者在术后给予常规护理，抬高并固定患肢3 d。必要时给予依托考昔镇痛，1片/次，2次/d。术后3 d开始被动屈伸膝锻炼，术后1周开始主动屈膝伸锻炼，术后2周拆除缝线，术后6周在辅助下开始逐步负重下地行走，经影像学检查确认骨折愈合后开始完全负重。

结 果

1.膝关节Rasmussen评分和HSS评分：观察组膝关节Rasmussen评分优良率高于对照组，差异有统计学意义(P<0.05)。两组HSS评分优良率比较，差异无统计学意义(P>0.05)。见表1。

2.下肢步行及运动功能：治疗前，两组FAC、FMA评分比较，差异均无统计学意义(均P>0.05)；治疗后，观察组FAC、FMA评分均高于对照组，差异均有统计学意义(均P<0.05)。见表2。

3.手术指标：两组患者住院时间比较，差异无统计学意义(P>0.05)；观察组术中出血量少于对照组，骨折复位时间、手术时间、愈合时间及完全负重时间均短于对照组，差异均有统计学意义(均P<0.05)。见表3。

4.术后并发症发生情况：对照组出现螺钉松动或断裂1例，创伤性关节炎1例，伤口感染1例，并发症总发生率为13.05%；观察组出现创伤性关节炎1例，并发症总发生率为4.35%。两组并发症总发生率比较，差异有统计学意义(P<0.05)。

5.典型病例：患者男，47岁，外伤致左侧胫骨平台骨折，Schatzker分型Ⅴ型。术前行膝关节3D打印实物模型并模拟手术。术中清理肉芽组织，复位骨折块，恢复塌陷骨折面高度，用克氏针临时固定，在“C”型臂X线机透视下确认骨折复位满意后，按照预先设计的3D打印手术方案以一枚5孔T型钢板放于后侧作为支撑，随后在胫骨平台内侧放置一枚5孔支撑锁定钢板，拧入螺钉。再次透视确认内固定放置妥当，冲洗术区，彻底止血后在骨缺损处植入异体人工骨，缝合关节囊，修复内侧副韧带，逐层关闭切口，无菌敷料加压包扎，术毕。术后给予积极抗感染治疗，并预防深静脉血栓的发生。嘱患者术后抬高患肢；术后3 d进行肌肉收缩锻炼，腿部肌肉收缩紧张，脚尖向上勾，然后将腿抬起至45°，每天2组，每组200个；术后4周开始主动屈伸膝关节，逐渐加大屈曲角度至90°，术后8周增加至120°并开始部分负重，术后4个月开始完全负重。见图1。

表1 两组膝关节Rasmussen评分和HSS评分比较[例(%)]

表2 两组FAC、FMA评分比较(分，

注：FAC，functional ambulation category scale，功能性步行能力量表；FMA，Fugl-Meyer assessment scale，Fugl-Meyer运动功能评分量表

表3 两组手术指标比较

图1 患者男，47岁，外伤致左侧胫骨平台骨折 A,B 术前左膝关节正、侧位X线示内侧胫骨平台骨折，骨折线清晰 C,D 术前膝关节3D打印实物模型并模拟手术 E,F 术中“C”型臂X线机透视骨折复位满意，平台高度恢复，钢板位置妥当固定可靠 G 术后4周患肢膝关节屈曲达90°，恢复情况良好 H 术后8周患肢膝关节屈曲可达130°左右，基本达到正常屈曲功能

讨 论

切开复位内固定术是治疗复杂胫骨平台骨折的主要方法。为达到骨折处及关节面最大限度的复位效果，术前需对患者的骨折分型及严重程度进行评估，以制定最优手术方案[5]。传统的术前评估方法以X线、MRI和CT扫描为主，在一定程度上能够满足术前方案的设计，但对于部分隐匿性骨折往往难以辨认[6]。近年来，3D打印技术在髋关节置换、膝关节置换、髋臼骨折等复杂手术中得到广泛应用。3D打印技术将患者影像学数据导入计算机，根据患者自身解剖结构特点及损伤分型通过三维重建导出实体骨折模型，打印出的实物模型可直观、清晰地显示胫骨平台结构及其与关节间的连接情况，同时可进行虚拟手术操作，实现术前个性化方案设计，以达到制定最优手术方案的目的[7]。

复杂胫骨平台骨折常由于高能量暴力所致，常见的分型为Schatzker Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ型，且多伴有半月板损伤及交叉韧带损伤，导致膝关节的稳定性降低，因此及早手术治疗对于膝关节功能的恢复及降低骨折并发症的发生率有重要意义[8]。张擎柱等[1]研究结果显示，3D打印技术辅助手术治疗复杂胫骨平台骨折患者术后膝关节功能恢复效果更佳。黄华军等[9]将复杂胫骨平台骨折病例及胫骨平台钢板的CT数据导入Mimics系统，对骨折进行三维重建、虚拟复位，数字化设计内固定方案，并进行模拟手术，在手术过程中能够精准复位骨折，提高手术治疗效果。本研究结果显示，观察组手术复位时间及手术时间均明显短于对照组，说明术前在3D打印实物模型上模拟手术使术者在术中更容易处理复杂骨折的复位问题，减少长时间暴露切口带来的并发症，从而提高了手术质量。章莹等[10]研究结果显示，术前计算机辅助个体化3D打印技术模拟可提高复杂骨盆骨折的手术成功率，减少术中出血量，降低手术并发症发生率，这与本研究结果一致。

综上所述，3D打印技术辅助治疗复杂胫骨平台骨折能直观反映骨折的分型和严重程度，而且通过术前在实物模型上进行虚拟手术能够获得准确的复位，与传统手术相比具有手术时间短、术后并发症少、患者恢复快等优势。但本研究样本较少，仅统计了两组患者的性别、年龄、骨折原因、骨折部位等资料，骨折类型、基础疾病等未进行统计，且部分患者术后锻炼的依从性较差，今后将充分考虑这些因素以进一步验证本研究结果的可靠性。