3D 打印技术在复杂性胫骨平台骨折的应用效果观察

★ 徐涛 余兆仲 龚剑斌 宋颖军*

（1.江西中医药大学 南昌 330004；2.江西中医药大学附属医院 南昌 330006）

胫骨平台骨折是涉及膝关节的关节内骨折，为创伤骨科的常见好发部位之一［1］。随交通建筑业的发展，骨折的损伤能量逐渐加大，复杂性胫骨平台骨折在胫骨平台骨折的比率不断提高。胫骨平台骨折作为关节内骨折，须解剖复位，坚强内固定，早期无痛的功能锻炼，以最大程度恢复膝关节的功能［2］。其中复杂性胫骨平台骨折（Schatzker 分型V、VI 型）又常常伴有半月板、内外侧副韧带、前后交叉韧带等关节内组织损伤，如治疗不当可致关节僵硬、创伤性关节炎等并发症［3］。以往治疗主要依靠X 线及CT 判断骨折的损伤类型、骨折的移位情况，对术者的空间构建能力及治疗经验是极大的挑战。随着3D 打印技术在临床上的推广应用，极大地提高了手术的精准率，从而降低了不良并发症的发生。我院自2015 年引进3D 打印技术，取得了较为满意的效果，现将有关情况报告如下。

1 临床资料

1.1 一般资料 2015 年2 月—2018 年5 月，江西中医药大学附属医院骨伤科收治复杂性胫骨平台骨折患者56 例，按随机数字法分为观察组和对照组各28 例。观察组：年龄21～58 岁，平均年龄（36.9±3.7）岁，其中V 型16 例、VI 型12 例，受伤原因：车祸伤12 例、高处坠落伤8 例、重物砸伤3 例、其他5 例。对照组：年龄24～63 岁，平均年龄（38.5±4.3）岁，其中V型17例、VI型11例，受伤原因：车祸伤12例、高处坠落伤10 例、重物砸伤3 例、其他3 例。两组患者年龄、骨折分型、受伤原因等一般资料比较无明显差异（P＞0.05），具有可比性。

1.2 纳入标准 符合胫骨平台骨折诊断标准，由2 名副主任及以上医师依据X 线进行骨折分型，按Schatzker 骨折分型，符合Schatzker 分型V、VI 型。

1.3 排除标准 ①陈旧性胫骨平台骨折；②有手术禁忌，不能耐受手术者或拒绝手术者；③先天性或后天性膝关节发育异常者；④受伤前，其它原因导致患肢功能异常者。

2 方法

2.1 治疗方法 对照组：术前完善相关检查，行X、CT、MRI 等影像学检查，评估骨折损伤程度，制定手术方案。手术过程：麻醉成功后常规消毒铺巾，选择合适的手术入路（外侧髁骨折采用前外侧入路或腓骨截骨入路，内侧髁骨折块采用前内侧入路或者后内侧入路，后侧骨折块采用后侧正中入路或倒“L”入路），逐层剥离暴露骨折线，依次固定损伤柱（按先稳定侧再不稳定侧顺序固定）。如有关节面塌陷，可直接打开劈裂骨折块直视下复位植骨，或运用开窗技术复位并植骨。如有半月板损伤及侧副韧带损伤予以一期修复，伴有交叉韧带损伤视损伤程度予以一期修复或二期处理。大量生理盐水冲洗后逐层关闭伤口，常规放置负压引流。

观察组：将膝关节CT 平扫+三维重建数据传输第三方科技打印公司，工程师将CT 数据结果以Dicom 格式导出，输入Mimics 13.0 软件进行数据处理， 应用3D 技术打印出1∶1 的骨折模型。根据骨折模型再次了解骨折线的走向、骨折块的移位程度、关节面的塌陷范围，重新确定Schatzker 骨折分型及“三柱”分型，并在骨折模型上进行模拟手术，选取所需的钢板（如有需要可预弯）及螺钉，并测量螺钉的长度，将其做好标记消毒后手术备用。手术方法及步骤同对照组。典型病例及治疗大致过程见图1。

图1 典型病例及治疗过程

2.2 观察指标 （1）记录两组手术时间、术中出血量、术中透视次数，比较术后骨折骨性愈合时间、术后6 个月膝关节HSS 评分及术后并发症发生率。（2）采用特种外科医院膝关节评分（HSS）对膝关节功能进行评价。分别从疼痛（30 分）、功能（22分）、活动度（18 分）、肌力（10 分）、屈曲畸形（10分）、稳定性（10 分）等方面进行评价，其中扶拐、伸直滞缺、内外翻为减分项目，满分为100 分。优：≥85 分，良：70～84 分， 可：60～69 分，差：＜59 分。优良率=［（优例数+良例数）/总例数］×100%。

2.3 统计学方法 应用SPSS 17.0 统计软件进行统计学分析。手术时间、术中出血量、透视次数、骨性愈合时间等资料采用t 检验，计数资料用率描述，组间比较采用χ2检验。P＜0.05为差异有统计学意义。

3 结果

3.1 两组手术相关指标比较 见表1。两组手术时间、术中出血量、透视次数等指标比较，观察组有明显优势，组间差异有统计学意义（P＜0.05）。两组患者骨折骨性愈合时间均为3～4 个月，组间比较无明显差异（P＞0.05）。

表1 两组手术情况与骨折愈合时间比较（，n=28）

表1 两组手术情况与骨折愈合时间比较（，n=28）

组 别 手术时间/min术中出血量/mL术中透视次数/次骨折愈合时间/月观察组 124.6±26.5 280.6±86.4 17.2±6.4 3.2±0.5对照组 162.3±34.2 450.6±90.8 26.6±5.4 3.4±0.7 t 4.617 7.177 5.940 1.230 P 0.000 0.000 0.000 0.224

3.2 两组术后膝关节HSS 评分比较 见表2。术后6 个月膝关节HSS 评分优良率观察组为89.28%，对照组为 78.57%，组间差异有统计学意义（P＜0.05）。

表2 两组术后6个月HSS评分比较（n=28） 例

3.3 术后并发症情况 术后对照组出现切口感染1例、关节僵硬2 例、创伤性关节炎3 例、关节不稳1例，观察组出现关节僵硬1 例、创伤性关节炎1 例。并发症发生率对照组为25%，观察组为7.1%，两组比较差异无统计学意义（χ2=0.804，P=0.849＞0.05）。其中切口感染经清创换药后治愈，3 例关节僵硬中的2 例经关节松解术、1 例经中药熏洗配合功能锻炼后症状好转，创伤性关节炎患者症状无明显改善。

4 讨论

复杂性胫骨平台骨折多为高能量损伤，骨折常合并重要神经血管（胫前胫后动静脉、腓总神经等）损伤、骨筋膜室综合征、深静脉血栓等并发症。治疗目标是复位并稳定骨折块，恢复关节面的平整、下肢的正常力线，以及膝关节的稳定性［4-5］。目前切开复位钢板内固定术仍然是该骨折治疗的金标准，但因骨折的严重粉碎及膝关节结构的复杂性，治疗十分棘手，即使经验丰富的高年资医生也会出现复位不良、螺钉穿出关节腔、术后关节面继发塌陷、膝关节僵硬、创伤性关节炎等并发症［6］。为更加精准的对骨折进行复位，我们必须进行大量的术前准备工作，包括骨折的分型、手术时机、手术入路的选择、钢板的数量及预置位置等。最为重要的是根据影像学资料对骨折进行详实的判断，结合X 线及CT 准确判断Schatzker 骨折分型，在“三柱理论”指导下，基于CT 结果判断骨折的受伤机制及暴力方向，通过MRI 了解关节内韧带及半月板的损伤情况。但对于复杂性胫骨平台骨折，X 线不能完全显示骨折的形态，尤其是后内侧及后外侧骨折块存在一定程度的漏诊率，对手术入路的选择具有很大的误导性，最终导致骨折复位不佳甚至手术的失败。CT 及三维重建虽然弥补了X 线的不足之处，但其图像平面化的缺点仍然不够直观，对于复杂性胫骨平台骨折，3D 打印的骨折模型成为了临床医生的一大利器。

3D 打印是一种以数字模型为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过分层扫描，逐层累加的打印方式来重建物体的技术，是一种不需要传统模具、夹具或机床可以打造出任意形状，根据零件或物体的三维模型数据，通过成型设备以材料累加的方式制成实物模型的技术［7］。病人常规接受膝关节CT 平扫+三维重建，将三维数据发送给3D 打印科技公司，由工程师将数据导入3D 打印机，即可打印一个1∶1 的骨折模型，还可以打印一个计算机预复位的骨折模型。骨折模型很好地还原体内的骨折移位情况，对术前规划及术中操作有着十分重要的指导意义，也顺应了当今医学发展的新趋势——精准医学、个性化治疗。

3D 打印的骨折模型优势主要有以下几点：（1）骨折分型的确定。3D 打印骨折模型可以直接直观、多角度的观察骨折的部位及骨折的移位程度、关节面的塌陷情况，可以准确的确定骨折的Schatzker骨折分型。董乐乐等［8］在研究3D 骨折模型在胫骨平台Schatzker 骨折分型的应用中，对比分别基于X 线与3D 打印模型的Schatzker 骨折分型，结果得出基于3D 打印模型的骨折分型对基于X 线的骨折分型有较大改动，发现X 线对于胫骨平台后侧的损伤情况反映不精确，根据3D 打印模型确定的骨折损伤程度较X 线更加严重。如图1 中的A 所示，X 线显示关节面似乎较为平整，损伤程度较轻，但从3D 打印模型来看（图1 中的C、D、E），该骨折关节面破坏十分严重，尤以后侧柱明显，并发现内外侧柱都伴有横行骨折线，以及前交叉韧带止点撕脱性骨折，以上都是X 线未能发现的，为详细精准的治疗方案提供了十分重要的参考。（2）合理的手术入路的选择。术前根据3D 骨折模型，了解每一个骨折块的移位情况，了解“三柱理论”［9］中的每一柱损伤情况，制定最为合理有效的手术入路，确保每一个损伤柱都能得到坚强固定，避免因认识不清而选择错误的手术入路导致手术的困难甚至失败。如若以后侧柱损伤为主的骨折采用内外侧切口，因后侧柱未能得到坚强固定将大大增加继发的关节面塌陷（图1 中的F）。（3）术前模拟操作。术前可在计算机上模拟手术复位，尤其是对于粉碎严重、复位骨性标志不明显的，可根据计算机参数进行有效复位，避免术中因骨折块辨识困难而难以解剖复位，并将计算机模拟复位的模型一同打印，便于术中观察分析（图1 中的C、D）。除此还可以在3D 骨折模型上进行模拟手术，模拟骨折复位的顺序、骨折块的固定方式、钢板的放置、螺钉的植入方向等，预测术中可能遇到的问题及挑战，做好充分的术前准备，从而使手术有条不紊地按计划进行（图1 中的G、H、I）。（4）充分的术前准备。根据模拟手术提前选择合适的钢板、测量所需螺钉的长度，如有需要可根据骨折模型的骨折情况对钢板进行预弯再消毒处理。这样可大大减少手术中的多余操作，并极大减少手术时间。（5）良好的医患沟通。医生可根据3D 模型更为直观的讲解骨折的严重程度及手术的大致流程，不仅使患者能够更容易了解病情及手术方式，还可以消除患者的紧张和焦虑情绪，更为积极主动地配合。（6）新颖的教学方式。胫骨平台骨折结构复杂，其损伤机制也十分复杂多样，对于年轻医师尤其是实习医师，理解并掌握骨折的受伤机制，判断骨折的不同分型，以及骨折的治疗原则，存在一定的学习曲线。3D 打印骨折模型不同于传统书本文字及图画，它更加直观的显示骨折的移位情况，使学习者更为容易的理解并掌握知识，不仅增加了教学的趣味性，也激发了初学者的积极性。

总之，3D 打印模型可显著提高医生对复杂性胫骨平台骨折的认识，缩短年轻医生对该骨折类型的学习曲线，减少医源性损伤，从而缩短手术时间、麻醉时间、术中出血量，对医生及患者来说都是十分有意义的工作，也顺应了近来备受推崇的“精准医学”“个性化治疗”的理念。当然，在日常的工作开展中，笔者发现仍有一些问题需要进一步解决和完善，如3D 打印的材料问题，3D 打印较传统手术所产生的额外费用问题，以及医工（医师与工程师）沟通问题。随着医学影像学、计算机数学、材料工程学等多学科的进步与合作，这些问题也将会迎刃而解，3D 打印技术也将迎来更加广阔的应用前景。