3D打印技术在股骨髁间骨折治疗中的应用

张睿，楼溢桯，陈锴，王鉴顺，郭晓山

（温州医科大学附属第二医院育英儿童医院 创伤骨科，浙江 温州 325027）

3D打印技术在股骨髁间骨折治疗中的应用

张睿，楼溢桯，陈锴，王鉴顺，郭晓山

（温州医科大学附属第二医院育英儿童医院 创伤骨科，浙江 温州 325027）

目的：探讨运用3D打印技术辅助治疗股骨髁间骨折的临床疗效。方法：选取2015年1月至2015 年9月温州医科大学附属第二医院育英儿童医院收治的48例股骨髁间骨折患者，随机分为试验组和对照组。试验组术前采用Mimics软件进行骨折重建及复位，再利用3D打印技术打印模型进行术前设计，对照组采用常规切开复位内固定治疗。记录2组患者手术时间、术中出血量、术中透视次数，采用HSS标准评价膝关节功能。结果：试验组患者手术时间为（61.25±14.28）min，与对照组的（79.14±18.43）min比较明显缩短，术中失血量为（81.74±23.50）mL，与对照组的（106.80±22.75）mL比较明显减少，术中透视次数为（2.10± 0.50）次，与对照组的（4.10±0.70）次比较亦明显减少，差异均有统计学意义（P＜0.05）。术后1年随访，试验组膝关节功能优于对照组（P＜0.05）。结论：利用3D打印技术辅助治疗股骨髁间骨折能节省手术时间，减少术中出血量和透视次数，相对传统治疗方案能获得更好的临床疗效。

3D打印；股骨髁间骨折；内固定；临床效果

股骨髁间骨折多为直接暴力所致，占全身骨折的4%，该种类型骨折由于波及关节面以及影响下肢力线，解剖复位及坚强内固定成为治疗的首选。然而由于股骨髁间骨折大多表现为不稳定、粉碎性骨折，加之膝关节复杂的解剖结构，给骨科医师复位及固定带来一定的困难。不恰当的复位方式不利于关节面软骨的修复，进而形成创伤性关节炎，往往导致患者术后膝关节僵直和功能丧失[1]。近年来，数字化技术在我国发展迅速，其中3D打印技术通过构建直观、立体的模型在骨科领域中得到了广泛的运用。本研究采用3D打印技术指导股骨髁间骨折的治疗，取得了一定的效果，现报告如下。

1 资料和方法

1.1 一般资料 选取温州医科大学附属第二医院育英儿童医院创伤骨科2015年1月至2015年9月期间收治的符合条件的股骨髁间骨折患者48例。纳入标准：①年龄≥18岁；②影像学检查确诊为股骨髁间骨折；③签署知情同意书。排除标准：①拒绝手术治疗患者；②开放性骨折；③既往有膝关节周围骨病；④合并全身免疫性疾病，严重循环系统、呼吸系统等相关疾病，有精神疾病患者。

随机分为试验组和对照组，各24例。试验组术前采用Mimics软件进行骨折重建及复位，再利用3D打印技术打印模型进行术前设计，对照组采用常规切开复位内固定治疗。试验组男13例，女11例，年龄24～67岁，中位年龄43.5岁。受伤原因：高坠伤5例，交通伤11例，压砸伤8例。骨折AO分型：C1型6例，C2型13例，C3型5例。受伤至手术时间为2～10 d，中位时间7.5 d。对照组男10例，女14例，年龄22～68岁，中位年龄44.5岁。受伤原因：高坠伤4例，交通伤13例，压砸伤7例。骨折AO分型：C1型5例，C2型15例，C3型4例。受伤至手术时间为3～12 d，中位时间8 d。2组一般资料比较，差异无统计学意义（P＞0.05）。

1.2 术前准备 所有患者术前行股骨远端CT检查明确骨折移位情况，同时予以完善相关检查排除手术禁忌，年龄≥55岁患者予以行心脏、下肢血管彩超和肺功能检查。软组织肿胀患者行胫骨结节或跟骨牵引等消肿措施，待软组织情况允许后行手术治疗。

将试验组患者股骨远端CT数据以DICOM格式保存，导入至Mimics 17.0（Materialise公司，比利时）软件中重建骨折模型，并于软件中进行模拟复位，最后将复位后的模型数据导入3D打印机（SRP400B，常州华森医疗有限公司）打印出1∶1大小实物模型（见图1）。在体外选择合适型号的钢板及螺钉进行骨折块的固定，记录模拟手术所选的钢板型号、螺钉数目及螺钉长度。

1.3 手术方法 所有患者取仰卧位，采用全身麻醉或腰硬联合麻醉，所有手术均由同一名手术医师完成。试验组根据术前体外模拟结果，选择恰当的手术入路后，将骨折复位满意后选取已测量好的钢板及螺钉进行置入；对照组根据患者全身情况以及骨折类型选择合适入路及内固定材料，将骨折复位满意后，置入内固定材料。试验组采用髌前外侧入路9例，股外侧入路10例，后外侧入路5例，内固定采用LISS钢板14例，动力髁钢板10例；对照组采用髌前外侧入路8例，股外侧入路12例，后外侧入路4例，内固定采用LISS钢板15例，动力髁钢板9例。

图1 试验组患者术前资料导入Mimics软件进行骨折重建及3D模型打印

1.4 术后处理 所有患者术后常规预防性使用抗生素，24～48 h拔出引流管，2～3 d进行股四头肌功能锻炼，1周后进行膝关节屈伸锻炼或使用下肢CPM机进行膝关节被动锻炼。术后2～3个月复查X线，根据骨折愈合情况决定下肢负重情况。

1.5 临床效果评价 记录2组患者手术时间、术中出血量及术中透视次数，所有患者术后第3天常规行X线检查，了解骨折复位及内固定位置情况（见图2）。术后1年对患者进行随访，采用HSS标准[2]评价膝关节功能，其中80～100分为优，70～79分为良，60～69分为可，≤59分为差，以优良病例数占总数百分比计算优良率。

图2 试验组患者术后X线提示骨折对位对线良好，内固定位置可

1.6 统计学处理方法 所有数据采用SPSS21.0软件进行分析。正态分布的计量资料采用±s描述，组间比较采用t检验，非正态分布的计量资料采用中位数描述，组间比较采用秩和检验。计数资料采用百分比描述，组间比较采用χ2检验或Fisher确切概率法。P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 术中情况比较 试验组患者手术时间较对照组短，术中失血量较对照组少，术中透视次数较对照组少，差异均有统计学意义（P＜0.01），见表1。

表1 试验组与对照组术中情况比较（n=24，±s）

表1 试验组与对照组术中情况比较（n=24，±s）

组别手术时间（min）术中失血量（mL）术中透视次数对照组79.14±18.43106.80±22.754.10±0.70试验组61.25±14.28 81.74±23.502.10±0.50 t 1.5251.4212.128 P ＜0.001＜0.001＜0.001

2.2 术后HSS标准评分比较 试验组优16例，良6例，中2例，差0例，优良率为91.7%，对照组优12例，良8例，中3例，差1例，优良率为83.3%，2组相比，试验组优于对照组（χ2=0.762，P＜0.05）。

2.3 不良反应 所有患者获得完整随访，试验组无一例出现切口感染、内固定松动或断裂、骨折延迟愈合或不愈合，对照组出现2例切口感染（占8.3%），经换药等抗感染对症处理后痊愈，出现1例骨折不愈合（占4.2%），后期行内固定拆除，取髂骨植骨内固定手术治疗后达到骨性愈合，余病例无特殊不良反应发生。2组不良反应发生率差异有统计学意义（χ2=0.320，P＜0.05）

3 讨论

目前股骨髁间骨折内固定方式多采用LISS钢板或动力髁钢板为主。LISS钢板结合了内固定与外固定的特点，当螺钉与钢板锁定后，可以为骨折块提供良好的稳定性[3]，同时LISS钢板减少对骨膜血供的破坏，利于骨折的愈合，尤其适用于粉碎性骨折以及骨质疏松患者[4]。动力髁钢板固定效果牢靠，由于其外形与股骨髁形成良好匹配，因而可以一定程度上防止术后畸形。如果股骨髁间骨折块复位良好，无论采取何种内固定方式都能取得良好的效果，而复位后骨折块仍不稳定，则需采用LISS钢板进行固定。

数字化医学的发展，推动了骨科在手术技术、内固定材料等方面的发展。通过3D打印技术，可以实现对骨折块模型的拟合，将其以更直观形象的方式展现出来，也可以说3D打印技术为虚拟手术和现实实施之间构建了一座桥梁。骨科医师可以借助3D打印技术了解受伤机制以及骨折类型，使得术前计划更加完善，而患者和家属也可通过骨折模型对自己的病情有更加全面的了解，很大程度上利于医患之间的沟通和交流[5]。已有研究证实，3D打印技术辅助骨科手术治疗可以取得良好的临床效果[6-8]，但目前尚未见针对股骨髁间骨折的相关报道。

在传统的治疗中，医师通常是在自己大脑中对骨块修复进行模拟，而这种治疗方案质量的高低取决于医师个体的临床经验和技术水平。在本研究中，Mimics软件能够利用数字化模型模拟骨折块的复位，可多角度、多方位了解手术部位的结构特点。术前通过体外模拟手术，设计手术方案，准确确定钢板位置和精确设计钉道，从而获得手术关键参数，提高了手术的可预测性。因而在本研究中，我们采用3D打印技术为手术操作提供准确的信息，减少了修复重建过程中的出血量，缩短手术时间，节省了术中测量时间，减少C型臂X线机透视次数，从而减少手术医师和患者的暴露。良好的复位固定、早期的功能锻炼有利于股骨髁间骨折术后膝关节功能恢复[9-10]，而借助3D打印技术可以实现骨折块的解剖复位和坚强固定，患者可以进行早期功能锻炼，肢体功能恢复时间也大大缩短。本研究结果证实，试验组患者术后膝关节功能优于对照组。

纳入本研究的2组相关人口统计学资料之间无明显统计学差异，排除了年龄和性别等相关因素的影响，而手术均由同一位医师完成排除了术者对于试验结果的影响。然而本研究也存在一定的不足之处：首先样本量较少，未来的研究方向将开展大样本量、随机多中心对照试验；其次，3D打印技术成本相对一般CT及MRI检查费用较高，耗时较长，目前运用于急诊手术和基层医院推广存在一定的难度。

综上所述，我们利用3D打印技术辅助治疗股骨髁间骨折取得了良好的效果，它能很大程度上节省手术时间，减少术中出血，使内固定的置入更加精确，一定程度上减小了手术带给患者的创伤，相对传统治疗方案能获得更好的临床疗效，是针对股骨髁间骨折一种良好的治疗方法。

[1] BRETIN P, O’LOUGHLIN P F, SUERO E M, et al. Infl uence of femoral malrotation on knee joint alignment and in-tra-articular contract pressures[J]. Arch Orthop Trauma Surg 2011, 131(8)： 1115-1120.

[2] INSALL J N, RANAWAT C S, AGLIETTI P, et al. A comparison of models of knee replacement prostheses[J]. J Bone Joint Surg (Am), 1976, 58： 754-756.

[3] PAKUŁA G, SŁOWIŃSKI J, SCIGAŁA K. Biomechanics of distal femoral fracture fi xed with an angular stable LISS plate[J]. Acta Bioeng Biomech, 2013, 15(4)： 57-65.

[4] RUSSO M, MALEKZADEH A S, HAMPTON C, et al. Reversed contralateral LISS plate for vancouver B1 periprosthetic femoral shaft fractures[J]. Orthopedics, 2015, 38(6)：e467-472.

[5] TACK P, VICTOR J, GEMMEL P, et al. 3D-printing techniques in a medical setting： a systematic review[J]. Biomed Eng Online, 2016, 15(1)： 115.

[6] ZENG C, XING W, WU Z, et al. A combination of three-dimensional printing and computer-assisted virtual surgical procedure for preoperative planning of acetabular fracture reduction[J]. Injury, 2016, 47(10)： 2223-2227.

[7] ZENG C, XIAO J, WU Z, et al. Evaluation of three-dimensional printing for internal fi xation of unstable pelvic fracture from minimal invasive para-rectus abdominis approach： a preliminary report[J]. Int J Clin Exp Med, 2015, 8(8)：13039-13044.

[8] QIAO F, LI D, JIN Z, et al. A novel combination of computerassisted reduction technique and three dimensional printed patient-specifi c external fi xator for treatment of tibial fractures[J]. Int Orthop, 2016, 40(4)： 835-841.

[9] 张立军, 杨占辉. 股骨髁间骨折术后膝关节功能恢复的影响因素[J]. 中国骨与关节外科杂志, 2014, 7(3): 208-212.

[10] 李卫康, 戚浩天, 赵永杰, 等. 影响股骨髁间骨折术后膝关节功能的相关因素分析[J]. 中国矫形外科杂志, 2013, 21(24): 2443-2448.

（本文编辑：丁敏娇）

The application of three-dimensional printing technique for the treatment of femoral intercondylar frac-tures

ZHANG Rui, LOU Yiting, CHEN Kai, WANG Jianshun, GUO Xiaoshan. Department of Orthopaedics Trauma, the Second Affi liated Hospital & Yuying Children’s Hospital of Wenzhou Medical University, Wenzhou, 325027

Objective:To investigate the clinical outcome of three-dimensional printing technique for the treatment of femoral intercondylar fractures.Methods:Forty eight patients with femoral intercondylar fractures between January 2015 and September 2015 were randomly divided into treatment group and control group. Mimics software was used to reconstruct fracture model and reduction in treatment group, and preoperative plan was designed based on 3D printing model. Control group’s patients underwent traditional treatment. The surgery duration, blood loss, fl uoroscopy time and HSS score were collected.Results:The surgery duration in treatment group (61.25±14.28) min was shorter than that in the control group (79.14±18.43) min, blood loss in treatment group (81.74±23.50) mL was less than that in the control group (106.80±22.75) mL while fl uoroscopy time also showed better performance (2.10±0.50 vs. 4.10±0.70), and there was signifi cant difference between two groups (P＜0.05). After one-year follow up, the knee function in treatment group was better than that in the control group (P＜0.05).Conclusion:Three-dimensional printing technique for the treatment of femoral intercondylar fractures can save surgery duration, reduce blood loss to certain extent, and obtaine better clinical outcome compared to traditional treatment.

three-dimensional printing; femoral intercondylar fractures; internal fi xation; clinical outcome

R683.4

A

10.3969/j.issn.2095-9400.2017.06.005

2016-12-12

国家自然科学基金资助项目（81472146）。

张睿（1991-），男，安徽合肥人，硕士生。

郭晓山，教授，主任医师，Email：guoxiaoshan888@ aliyun.com。