3D打印技术在复杂胫骨平台骨折手术中的临床应用

庞彤+江梦谣+宁金沛+谭叙强+黄声乐

摘要目的：探讨术前3D打印技术在复杂胫骨平台骨折手术中提高疗效的可行性。方法：收治复杂胫骨平台骨折患者50例，按Schatzker分型，其中Ⅳ型20例，Ⅴ型18例，Ⅵ型12例；随机平分两组，其中25例患者术前采用3D打印技术，25例患者行常规性术前检查及手术，记录两组患者手术时间、术中透视次数。结果：与常规组对比，3D打印组手术所需时间及术中透视次数均比常规组低，两组对比差异有统计学意义。结论：个体化3D打印技术可降低复杂胫骨平台骨折手术时间及术中透视次数。

关键词3D打印技术；三维重建；临床应用

胫骨平台粉碎性骨折是临床常见的一类高能量复杂关节内骨折，大概占全部骨折的1%，严重的关节面塌陷、关节不稳常伴随出现，内固定手术难度较大且疼痛、关节不稳及创伤性关节炎常在术后出现。其内固定要求同时实现良好的生物力线和关节面的解剖复位。如何在术中尽可能地将力线恢复及使关节面平整，同时又达到对软组织的最小损伤，是术者考虑的首要问题。因此，充分的术前准备显得尤为重要。3D打印技术的发展，使其可以完整地重建骨折情况，准确判断骨折移位，而且在术前可以模拟复位，规划更合理的内固定手术方案，故其为高能量的胫骨粉碎性骨折带来了新的机遇。2014年8月-2016年5月采用3D打印技术辅助手术治疗胫骨平台粉碎性骨折，取得较好的效果，总结、分析如下。

资料与方法

2014年8月-2016年5月收治复杂胫骨平台骨折患者50例。病例排除标准：①术前因失血性休克、合并伤且死亡的患者；②因开放性损伤、感染、复杂合并伤的胫骨平台骨折；③术前血流动力学不稳定患者；④合并严重内科疾病的患者。本研究纳入50例，男33例，女17例，年龄18～75岁，按Schatzker分型，Ⅳ型20例，Ⅴ型18例，Ⅵ型12例；随机分成两组，其中25例患者术前采用3D打印技术，25例患者常规性术前检查及手术，两组年龄、分型及性别构成差异无统计学意义（P>0.05），具有可比性，所有手术均由同一组医生完成，见表1。

3D数据采集：三维图像的构建及3D打印技术采用SIMENS 32排螺旋CT薄层、厚层扫描检查，将数据Dicom格式导出，将其DICOM数据输入计算机中采用Mimics软件进行处理，然后将数据交由我院3D采用熔融沉积成型技术（FDM）按1：1比例打印胫骨平台骨折模型，打印机器Makerbot 5th printer，打印材料为聚乳酸（PLA）；打印精度設置为0.1 mm，模型打印时间一般需4～6 h。

手术方法：①3D打印组：术前根据骨折影像学资料及3D可视模型准确评估骨折块的移位方向，关节面的塌陷部位，然后制定手术入路、体位及钢板植入数量，3D模型低温等离子消毒，术中对照3D模型进行复位操作。②常规组：术前根据受伤侧胫骨平台x线及CT结果制定手术方案。③统计学处理：采用SPSS 22.0统计学软件，计量资料采用（x±s）表示，两组统计学计量资料采用两独立样本t检验，P<0.05为差异有统计学意义。

结果

所有患者术中记录手术时间及透视次数。与常规组对比，3D打印组手术所需时间及术中透视次数均比常规组低，两组对比差异有统计学意义（P<0.05），见表2、图1、图2、图3。

讨论

本组50例胫骨平台骨折主要为Schatzker分型Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ型，需要手术治疗。胫骨平台骨折需要获得一个稳定、对线及运动良好的无痛关节，并且要尽可能地减少术后创伤性关节炎的发生。

近年随着3D打印技术的发展，三维重建技术方便使用、操作简单，可在大多数医院开展。传统的x线及CT平扫检查往往难以确认骨折块的移位、全面反映骨折的移位情况，对于粉碎的胫骨平台骨折尤为如此，术中医生只能依据脑海中的三维模型来进行复位，一个1：1的3D模型为临床医生整体、全面地观察骨折情况提供了直观、立体的图像。术前给患者及其家属进行3D模型的展示，可让患者直观了解病情，利于术前谈话，使患者及其家属对病情有一个直观的认识。一些学者通过该技术辅助手术治疗，并取得一定的效果。胫骨平台3D打印模型可辅助手术治疗，通过模型了解骨折移位方向及程度，手术前预复位及选用合理的内固定，3D模型消毒，术中比对模型复位骨折，减少手术创伤、缩短手术之间、选择更准确的内固定方式及减少术中透视的次数。本次研究的3D打印组通过1：1的3D模型指导术前模拟复位，术中对照复位，无论在手术精度、手术时间、术中创伤面积及术中透视次数上都较对照组有显著优势，其中术中透视主要确认螺钉有无进入膝关节关节面、关节面的平整及评估螺钉对骨折碎块的抓持力，在有3D模型的指导下，透视一次基本就可以完成，较少需要调整螺钉进钉方向及长度，反之，就是常规手术所花时间较多的原因。

本次研究针对胫骨平台分型采用Schatzker分型，这是目前比较广泛的分型方法，但Schatzker分型基于x线片，没有一个三维立体的表现，不能反映骨折的全部特征，其中张贵林总结认为骨折复位不满意的原因是不能全面理解骨折的特征，错误的手术入路选择及不恰当的术中骨折复位方向。故本试验基于Schatzker分型做出胫骨平台骨折的3D模型，恰恰能补充x线平面图像的不足，同时张贵林对现有分型进行了补充，提出三柱分型理论，将胫骨平台骨折分为零柱骨折、内侧柱骨折、外侧柱骨折、后侧柱骨折、双柱骨折、三柱骨折，并强调对每柱骨折均需坚强固定，此理论对治疗胫骨平台骨折提出了新的概念，尤其适用于SchatzkerⅣ、Ⅴ、Ⅵ型骨折的患者。也有学者研究根据计算机虚拟重建骨折块移位，并进行模拟复位的手术软件，故本次研究根据Schatzker分型结合3D打印技术，更好地指导手术的入路、手术骨折的复位及钢板内固定物的选择。

本次试验对3D打印组及常规手术组进行的对比研究发现。3D打印组手术时间及术中透视次数明显比普通手术组少，术后两组患者均无感染，术后2周均能扶拐、在患肢无负重下行走。术后复查x线及CT显示骨折复位满意，关节面平整。本次研究对象中部分患者未能回院复查，造成随访缺失，故本次研究未进行患者术后的随访，未能系统统计患者术后1年患者膝关节功能情况。本院骨科2014年购置3D打印机，目前病例数量有限，随访机制不完善，其次，3D打印模型脱离机体肌肉、韧带等软组织的附着，与真实手术有一定差距，术中会遇到即使根据3D打印模型骨折移位方向进行复位，也有复位困难的问题。故手术医生对机体解剖，特别是骨折以后的解剖关系的准确把握也相当重要。endprint