3D打印术前模拟手术固定辅助治疗胫骨平台陈旧骨折

王培召，李小永，谭红略，袁彦浩，王 啸

胫骨平台骨折大多由高能量损伤引起，常表现为胫骨平台关节面塌陷、骨块粉碎移位等，如处理不当，极易发生术后切口感染、皮肤坏死、关节畸形及创伤性关节炎等并发症[1-2]；如延误为陈旧骨折，治疗难度更大。近些年，基于数字医学的3D打印术前模拟手术通过3D打印骨折原始立体模型，能使临床对胫骨平台陈旧骨折的具体移位形态及结构有更加准确的观察。同时，可在打印出的骨折原始模型上进行术前模拟手术固定[3-4]。2015年7月～2017年8月，我们采用3D打印术前模拟手术固定辅助治疗20例胫骨平台陈旧骨折患者，疗效满意，报道如下。

1 材料与方法

1.1 病例资料本组20例，男13例，女7例，年龄28～54岁。左侧9例，右侧11例。致伤原因：交通伤11例，高处坠落伤9例。均为闭合骨折，7例合并半月板损伤。骨折Schatzker分型：Ⅳ型7例，Ⅴ型8例，Ⅵ型5例。患者均为陈旧骨折：15例入院后行常规患肢血管B超检查，提示下肢深静脉血栓形成，主要存在于胫后静脉、腘静脉、腓静脉及小腿肌间静脉，患者接受全身抗凝及患肢局部静脉溶栓等治疗3周及以上；2例合并颅脑损伤、1例合并腹部损伤、2例因不恰当非手术治疗致病程超过3周。伤后至手术时间21～30(23.5±2.2) d。

1.2 3D打印模型及模拟手术① 实体骨折模型打印：对胫骨平台骨折进行64排CT平扫(层厚0.5 mm)，将数据导入Mimics软件中进行三维重建，然后数据以.stl格式输入到3D打印机，以粉末状聚乳酸可黏合材料打印出与实际平台骨折形态等比例的实物模型。② 实体模型骨折块标识：通过对打印模型仔细观察，全面了解各骨折块形态及移位程度，识别其复位对合的关键标识，以便指导术中辨认。③ 模拟手术操作：在模型上模拟骨折块的复位步骤，将骨折块逐一解剖复位后，以克氏针固定；选择合适的解剖锁定钢板，进行必要的预弯塑形后，贴附在复位骨折模型合适位置，并以相应的锁定螺钉固定。④ 钢板螺钉型号测量记录：钢板固定后，逐一测量相应固定孔置入螺钉的型号及长度，并做好标记及记录，以利于术中直接选择使用。⑤ 钢板螺钉准备：准备2套钢板及螺钉，1套为术前模拟预弯塑形钢板，送入手术室消毒后术中可直接使用；另1套为常规钢板，以备术中内置物变更时使用。同时，3D打印骨折原始模型及复位固定后模型带入手术室以备术中实时观察参考。

1.3 手术操作腰硬联合麻醉或全身麻醉。较完整的内侧柱及外侧柱胫骨平台骨折患者取仰卧位及前正中入路(Schatzker Ⅴ、Ⅵ型)，内侧柱粉碎性骨折并膝关节脱位(Schatzker Ⅳ型)及延及干骺端(Schatzker Ⅵ型)的三柱骨折患者取漂浮体位及后内侧倒L形入路联合前正中入路。后内侧倒L形入路做长10～15 cm切口，分离组织时将胫神经、腘血管、腓肠肌内侧头等牵向外侧，钝性剥离其下的比目鱼肌、腘肌并向外分离牵开，即可显露后内侧及外侧柱骨折面。前正中手术入路做长10～15 cm切口，分离后由髌韧带两侧进入膝关节，显露关节面及骨折端。参考打印模型，仔细分离确定骨折块，解除骨折块间软组织和半月板的阻挡；参考复位固定后的实体模型，依术前设计复位主要骨折块及其他骨折块，后内侧入路置入已塑形的T形桡骨远端钢板或直型锁定钢板，前正中入路置入已塑形的解剖锁定钢板。术中保证术前预塑形钢板的贴附固定；如不服帖，需再次检查调整骨折复位，直至钢板置入到合适位置。根据术前计划，直接选择钢板钉孔对应规格的锁定螺钉进行固定。骨折复位固定后，对存在骨缺损较大患者，混合植入同种异体骨及自体髂骨。7例半月板损伤者5例缝合修复、2例次全切除。C臂机透视确定骨折复位固定满意后，置入引流管，常规缝合切口。

1.4 术后处理常规应用预防感染及下肢深静脉血栓形成药物。麻醉作用消失后，嘱患者进行足趾及踝关节活动，主动行股四头肌及腘绳肌等长收缩锻炼。术后2 d拔除引流管，膝关节CPM机辅助锻炼，逐步增加屈曲角度。术后2周扶双拐患肢不负重下地活动。出院后定期复查，根据骨折愈合情况指导患者部分及完全负重，同时配合本院中药外洗剂以促进膝关节功能康复。

1.5观察指标与疗效评价① 记录手术时间、骨折愈合时间及并发症发生情况。② 术后即刻及末次随访时摄X线片复查，在X线片上测量胫骨平台内翻角(TPA)、股胫角(FTA)及内侧平台后倾角(PSA)评估骨折复位质量。TPA：X线片冠状面上胫骨平台面的切线与胫骨机械轴线所构成的内侧夹角；PSA：X线片矢状位上胫骨中上段前侧骨皮质切线的垂线与内侧胫骨平台前后缘连线之间的夹角；FTA：X线片冠状面上股骨与胫骨机械轴线所构成的外侧夹角。③ 末次随访时记录患膝关节活动度、HSS膝关节功能评分。

2 结果

患者均获得随访，时间12～26个月。

2.1 手术情况手术时间90～150(117.8±16.3)min，骨折愈合时间4～6(5.3±0.6)个月。术后2例切口脂肪液化，予以清创换药后愈合；2例创伤性关节炎,行口服及外敷药物等非手术治疗后症状好转。患者均无患肢深静脉血栓形成、切口感染、内固定物松动断裂及骨折不愈合等并发症发生。

2.2 胫骨平台TPA、FTA及PSA见表1。胫骨平台TPA、FTA及PSA末次随访时与术后即刻比较差异均无统计学意义(P>0.05)。

2.3 膝关节活动度、HSS膝关节功能评分末次随访时，患膝关节活动度:屈100°～140°(130.5°±11.9°)，伸0°～5°(1.8°±1.5°)；HSS膝关节功能评分：疼痛15～30(27.0±3.8)分，功能16～22(19.9±2.0)分，活动度12～18(16.2±1.5)分，肌力8～10(8.7±1.0)分，屈曲畸形5～10(8.5±1.5)分，稳定性8～10(9.4±0.9)分，总分64～99(89.7±8.2)分；疗效评价：优15例，良4例，中1例。

2.4 典型病例见图1。

3 讨论

3.1 3D打印在胫骨平台骨折中的应用无论是术前计划还是术中骨折块显露及复位固定，胫骨平台陈旧骨折的手术治疗对于外科医师来说均具有挑战性。临床中依据X线片、CT及MRI指导的术前设计及术中操作由于受到二维平面的局限，可导致术者对平台骨折立体结构认识不足，术中对骨折的显露及骨折块的识别困难，使骨折的复位效果及固定可靠程度受影响[3-4]。3D打印是一种以数字模型为基础，运用粉末状塑料等可黏合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术[5]。该技术可提高骨科手术的准确性、减少手术出血、缩短手术时间，有利于术后肢体功能的恢复，目前在骨科临床上应用日渐广泛[6-7]。Giannetti et al[8]采用3D打印辅助复位固定胫骨平台骨折并与未采用3D打印的患者作对照，研究表明，是否采用3D打印辅助治疗对患者的临床疗效无明显差异，但3D打印组手术时间及医患放射线曝露时间更短。杨龙 等[9]探讨了3D打印在胫骨平台骨折术前计划和术中的辅助作用，对照研究结果显示，手术时间、术中出血量及手术疗效3D打印组均优于对照组，提示3D打印骨折模型有助于精确制定内固定修复方案，且有着更满意的临床随访效果。

3.2 3D打印术前模拟手术固定辅助治疗胫骨平台陈旧骨折的优势及不足优势：① 术前等比例3D打印出胫骨平台骨折模型，可让医师直观清晰地了解骨折线的走向、骨折块大小、移位塌陷程度及隐秘的骨折块，进而准确判断骨折类型，指导手术入路及术式选择。② 对于胫骨平台陈旧骨折，满意复位后匹配可靠的钢板固定是获得术后膝关节理想功能的重要保证。而钢板与骨面解剖不贴附是平台骨折术中常出现的问题，往往需要反复塑形及调整位置才能达到满意效果。术前在3D打印骨折复位模型上模拟手术，可以预先选择合适的钢板并塑形，同时确定钢板的合适位置及螺钉的长度、方向等，将预弯钢板及螺钉备好消毒，以便术中直接使用[10]，可提高手术效率，节约手术时间，减少医患放射线曝露。③ 胫骨平台骨折未复位前模型及复位固定后模型可带入手术室，随时进行术中参考，提高手术效率。④ 医师术前可通过直观易懂的3D模型对患者讲解骨折情况及相应治疗方案，有助于患者及家属理解病情并取得配合，使医患关系更加融洽。然而，3D打印在临床中应用也存在一定局限性：① 3D打印模型价格较高，增加了治疗费用；② 打印程序较为繁杂，制作过程时间较长；③ 3D打印目前能够反映骨折的移位程度，但不能直观地显示膝关节软组织结构如血管、韧带及软骨的受损情况，因此还需结合MRI、血管等影像学技术进行术前设计。

3.3注意事项① 打印必须按1 ∶1模型进行，模拟手术时，对于骨折块的分离复位要轻柔细致，避免单个骨折块的再劈裂或非骨折区域的劈裂，否则可导致复位及钢板螺钉塑形及测量的不准确。② 模拟手术需结合实物模型及MRI表现进行，确定骨折块复位顺序及术中需要采取的患者体位和手术切口。③ 模型需包括骨折复位前原始模型及复位固定后模型，以便术中进行实时参照；术前选择的钢板需准备2套，其中1套为术前模拟预弯塑形钢板，另1套为常规钢板，以备术中内置物变更使用。④ 3D打印技术为辅助手术技术，对于胫骨平台陈旧骨折，围手术期患者管理仍不可忽视，包括抗凝、切口管理、术后功能康复等。

表1 术后即刻与末次随访时胫骨平台TPA、FTA及PSA比较

图1 患者，女，45岁，左胫骨平台陈旧骨折，行3D打印术前模拟手术固定辅助治疗 A.术前X线片，显示左胫骨平台粉碎性骨折，Schatzker分型为Ⅴ型,TPA、FTA及PSA分别为82°、158°、30°;B.术前数字化模拟并按1 ∶1比例3D打印骨折模型; C.术前在打印模型上模拟复位、预弯钢板固定; D.术后3 d X线片，显示骨折断端对位良好，平台关节面恢复良好，TPA、FTA及PSA分别为88°、166°、9°; E.术后14个月X线片，显示骨折端愈合，内固定在位，关节面未塌陷，TPA、FTA及PSA分别为88°、166°、10°; F.术后17个月X线片，显示胫骨平台形态结构正常，TPA、FTA及PSA分别为87°、166°、10°

综上所述，3D打印术前模拟手术固定辅助治疗胫骨平台陈旧骨折，有助于精确制定内固定修复方案，使得胫骨平台骨折的手术修复治疗更加精准及个性化；同时可增进医患沟通，节约手术时间，进而提高手术效率及治疗效果。