基于3D打印的SchatzkerⅤ、Ⅵ型胫骨平台骨折微创手术与传统切开复位内固定术的效果比较*

刘彦, 区文欢, 揭牧夫, 陈丽君, 陈述祥△

江门市五邑中医院、暨南大学附属江门中医院 1骨伤科二区, 3康复科(广东江门 529031)； 2江门市五邑中医院恩平分院骨伤科(广东江门 529400)

Schatzker Ⅴ、Ⅵ型胫骨平台骨折多是由于高能量损伤的所致的关节内骨折，发生率约占全身骨折的0.86%[1-4]，此类骨折治疗难度大，术后并发症多，若治疗不恰当，将影响膝关节的功能，其严重性不容忽视[5-6]。在治疗方面，Schatzker Ⅴ、Ⅵ型胫骨平台骨折关节面的解剖重建是膝关节早期活动和获得远期良好功能的基础[7-9]，但在以往利用术前影像学资料进行评估，有时很难在术中做到精准复位。本研究通过对Schatzker Ⅴ、Ⅵ型胫骨平台骨折患者基于CT检查图像进行三维模型构建，计算机软件辅助骨折模拟复位，通过3D打印机打印实体3D模型制定手术方案，以探讨3D打印辅助技术在Schatzker Ⅴ、Ⅵ型胫骨平台骨折手术的临床应用，为Schatzker Ⅴ、Ⅵ型胫骨平台骨折的精准治疗提供可行、实用的技术方法。

1 资料与方法

1.1 一般资料 回顾性分析2015年7月至2018年7月在江门市五邑中医院骨伤科二区以及江门市五邑中医院恩平分院骨伤科接受手术治疗的168例Schatzker Ⅴ、Ⅵ型胫骨平台骨折患者的临床资料。根据是否采用3D打印技术将168例患者分为3D打印微创手术组和常规手术组。3D打印微创手术组96例，男64例，女32例；年龄21～58岁，平均(36.1±8.7)岁；骨折按照Schazker分型：Ⅴ型42例，Ⅵ型54例；常规手术组72例，男46例，女26例；年龄24～52岁，平均(38.1±6.9)岁；骨折按照Schazker分型: Ⅴ型51例，Ⅵ型21例。两组患者术前一般资料比较差异无统计学意义(P>0.05)，具有可比性，见表1。

表1 两组患者术前一般资料比较

1.2 纳入与排除标准 纳入标准：(1)术前经过X线片及CT检查证实为新鲜的Schatzker Ⅴ、Ⅵ型胫骨平台骨折(年龄≥18岁)；(2)不伴有血管神经损伤以及无伤口感染及软组织损伤；(3)术前无明显手术禁忌证且能耐受手术；(4)手术均由同一组医生完成，符合医学伦理学原则并签署知情同意书。

排除标准：(1)合并其他部位的骨折或其他部位影响膝关节评判的损伤；(2)膝关节合并有类风湿性关节炎或骨关节炎等其他病史者；(3)无法获得随访者；(4)术后无法配合康复治疗。

1.3 治疗方法

1.3.1 3D打印微创手术组

1.3.1.1 3D图像重建 通过对患者术前X线检测和64排CT扫描，将获得的骨折图像保存为DICOM格式，将CT数据通过Mimics15.0软件处理并构建三维模型，以作为骨折部位的3D重建图像(图1)。

1.3.1.2 模拟手术复位 将Mimics15.0软件中的骨折三维模型数据导出为STL文件，并导入Imageware13.2软件中，通过评估骨折块的移位程度，通过镜像原理，利用独立图层模块的旋转、图素任意位移，对齐骨折关节面、模拟手术进行复位。

1.3.1.3 3D实体模型打印 将模型转换为3D打印机可以使用的骨折模型STL格式文件代码，通过SD数据卡传递给3D打印机(PRINT-RITE/天威)，然后打印机通过加热溶解PLA细丝，并由喷头喷出累积成型，即熔融沉积快速成型。最终得到同侧1∶1骨折模型备用(图2)。

1.3.1.4 3D辅助术前评估 对骨折3D模型进行观察，结合使用Mimics15.0软件的3D测量工具对骨折块分离的距离及关节面塌陷的距离进行测量，再根据实体3D模型进行手术入路选择、切口暴露范围设计、骨折复位设计、钢板试复位位置、钢板最佳塑性设计、螺钉长度测量、螺钉进入方向设计等一系列术前预操作(图3)。

1.3.1.5 修复方法 根据术前模拟设计方案进行手术，显露骨折部位后进行实体比对，为手术提供参考，术中根据术前模拟方案步骤进行骨折复位，使用根据在模型预弯的内固定，基于术前设计位置置入内固定(图4)。

注：A：术前X线片；B：CT三维重建

1.3.2 常规手术组 麻醉满意后，仰卧于手术床上，根据术前X线片以及CT分型明确骨折类型和部位，先复位平台骨折较简单的一侧，恢复力线及长度，而后再复位平台骨折严重的一侧；根据透视结果调整钢板位置，术中保证充分植骨；选用锁定钢板、联合支撑钢板及拉力螺钉固定骨折。

1.4 随访及疗效评价 (1) 记录手术时间、切口长度、出血量，术中复位所遇到的问题，通过术后随访所拍摄的X线片以了解骨折复位情况，同时测量胫骨平台内翻角、后倾角度数以及结合影像学Rasmussen评分[10]评估骨折愈合情况和愈合效果。影像学Rasmussen评分从平台塌陷、平台增宽、膝内外翻等方面进行评价，满分18分；其中18分为优，12～17分为良，6～11分为可，<6分为差。(2) 采用纽约特种外科医院膝关节评分(hospital for special surgery knee score,HSS)[11]评价膝关节功能。HSS评分通过记录患者主观感觉与客观体格检查进行评估，满分为100分；其中≥85分为优，70～84分为良，60～69分为可，<60分为差。

注：A:术前3D打印模型正面观；B:术前3D打印模型后面观；C:术前3D打印模型上面观

注：A:术前3D打印模型复位后上面观；B:术前3D打印模型复位后正面观；C:术前3D打印模型复位后侧面观；D:术前3D打印模型复位侧上面观；E:术前3D打印模型复位后后面观

图3左侧胫骨平台骨折(Schatzker分型Ⅵ型术前辅助评估及复位)

图4 左侧胫骨平台骨折(Schatzker分型Ⅵ型术后X线片)

2 结果

2.1 一般结果 168例患者均获得随访，骨折愈合时间为12～16周，平均为(13.5±1.2)周，两组患者骨折愈合时间比较差异无统计学意义(P>0.05)；3D打印微创手术组手术时间、术中失血量以及切口长度明显少于常规手术组，差异有统计学意义(P<0.05)。3D打印微创手术组出现并发症1例，常规手术组并发症4例，差异有统计学意义(P<0.05)，见表2。

项目例数手术时间(min)出血量(mL)切口长度(cm)骨折愈合时间(周)并发症(例)有无3D打印微创手术组9689.6±8.332.3±13.611.2±3.612.6±2.1195常规手术组72112.8±12.357.1±23.715.8±2.113.8±3.3468 2/t值-2.453-0.142-6.458-5.2124.243P值0.3450.2340.0000.6870.057

2.2 术后随访复查膝关节正侧位X线片结果 下肢力线、内外侧关节间隙、内翻角和后倾角均正常，胫骨平台关节平整，台阶<1 mm，通过测量胫骨平台内翻角和后倾角变化，差异无统计学意义(P>0.05)，见表3、图5。

2.3 术后12个月影像学Rasmussen评分结果 3D打印微创手术组Rasmussen评分为8～18分,其中优89例、良5例、可2例，优良率为92.7%(89/96)；常规手术组Rasmussen评分为3～18分，其中优64例、良4例、可2例、差2例，优良率为88.9%(64/72)；3D打印微创手术组优良率高于常规手术组，但两者比较差异无统计学意义(P>0.05)。见表4。

项目后倾角内翻角术后即刻8.36±0.7685.15±2.32术后3个月8.48±0.8786.59±2.74术后6个月8.52±0.8186.21±2.32术后12个月8.53±0.9186.34±2.69F值0.0540.268P值0.8430.875

注：患者男性，36岁，A：术前正位X线片；B：术前正位X线片； C：术后侧位X线片；D：术后正位X线片

2.4 膝关节HSS功能评价 术后12个月时3D打印微创手术组HSS评分为65～95分，其中优91例，良4例，可1例，优良率为94.7%(91/96)；常规手术组HSS评分为45～93分，其中优66例，良4例，可1例，差1例，优良率为91.6%(66/72)；3D打印微创手术组优良率高于常规手术组，但两者比较差异无统计学意义(P>0.05)。见表4。

表4 两组术后Rasmussen影像学评价和HSS功能学评分 膝(%)

3 讨论

3.1 Schatzker Ⅴ、Ⅵ型胫骨平台骨折的特点及治疗 Schatzker Ⅴ、Ⅵ型胫骨平台骨折多由高能量损伤所致的关节内骨折，可涉及到关节、韧带、软骨等多方面的关节结构，骨折后关节面出现的裂隙或台阶可引起关节的稳定性，导致疼痛、关节不能正常活动[12-13]。关节受损后所产生的炎症会导致关节出现纤维化，进而引起关节功出现活动时疼痛、关节僵直甚至功能丧失。对于关节内骨折，为了恢复关节良好的功能，目前主要的治疗方式以切开复位内固定手术为主，其目的是为了关节面的解剖复位，可靠的内固定，以促进关节早期功能锻炼[14]。

因此，如何重建关节的稳定性，恢复关节面的平整，同时尽可能降低周围软组织损伤，是临床医师对Schatzker Ⅴ、Ⅵ型胫骨平台骨折治疗效果的重要评估[8-9，15-16]。对于Schatzker Ⅴ、Ⅵ型胫骨平台骨折，以往通过术前X线、CT和三维重建图像进行术前评估，由于这些影像学资料只是二维图像，在反映骨折的严重程度、解剖学畸形所提供的信息有限，医师单从二维图像很难制定出可靠的内固定方案以实现术中的精准复位[17-18]。

3.2 3D打印技术在骨科的应用优势 近年来，3D打印技术已逐渐应用到临床及科研当中，该方案基于CT图像的3D打印模型为医生提供更加直观的信息，并能为患者进行精准的术前评估和制定个性化的治疗方案。在骨科脊柱畸形、手术设计、术前定位模板等方面已经逐渐开展研究，并取得了良好的临床应用效果[19]。3D打印技术的优势在于能够准确清晰地显示病变部位形态和结构，可基于实物模型指导手术设计，在骨科的应用具有独到的优势[20]。

Mao等[21]通过快速成型技术在16例中度脊柱侧弯患者中术前制定手术方案，提高了螺钉置入的准确率。Lu等[22]通过应用Mimics软件处理CT图像，设计了反向导向模板，提高了椎弓根钉置入的准确性。陈宣煌等[23]通过3D打印技术对患者进行腰椎手术术前模板制定，通过模板置入螺钉，所有置入螺钉位置未见穿破椎弓根皮质。除了在腰椎手术的应用外，3D打印技术同时也应用于骨科肿瘤中，Ran等[24]通过3D打印假体治疗骨盆Ⅳ区(骶骨)脊索瘤的复发患者，术后1年患者可拄拐无疼痛行走，无肿瘤复发及骨盆不稳等症状。Ren等[25]在3D打印导板的引导下治疗跟骨骨样骨瘤，不仅显著缩短了手术时间，降低了肿瘤的复发率，还可以尽可能多地保留患者正常骨组织，从而降低患肢重建难度及术后并发症，改善骨肿瘤患者术后肢体功能。

3D打印技术在骨折的应用也较为广泛。国内外已经有文献报道[26-27]，通过3D打印技术判断跟骨骨折、髋臼骨折的临床分型，方便于内固定及钢板的准确置入，缩短了手术时间。更重要的是，3D打印出来的骨折实物模型，能方便于患者术前交流，让患者更加了解手术方式和风险，增加了手术的安全性[28]。刘毅等[29]利用3D打印导板置入骶髂关节螺钉治疗5例骨盆后环骶髂关节复合体损伤患者，极大地简化了骨盆后环骶髂关节螺钉置入程序，具有微创、减少射线暴露、疗效确切等优势。吴超等[30]通过3D打印技术制作的个性化骨盆模型及手术导航模板应用于不稳定性骨盆骨折手术，提高了骶髂螺钉的植入精度，缩短了手术时间，减少了术中出血量和透视次数。

3.3 3D打印技术在Schatzker Ⅴ、Ⅵ型胫骨平台骨折中的应用优势 目前，对于胫骨平台骨折的治疗方法多为切开复位内固定，此类手术虽能满足胫骨平台骨折较高的复位要求，但术后感染、关节僵硬粘连等并发症发生率高的问题仍难以解决[8]。微创治疗胫骨平台骨折具有开放手术所不具备的优势，值得推广，但是骨折微创治疗的实施更加依靠于对骨折形态的详细理解和手术方案的提前规划。尤其是对于存在骨折块移位、关节面塌陷的骨折，术前对移位骨块位置的了解和塌陷部位的定位十分重要。

何志勇等[31]通过3D打印技术治疗复杂胫骨平台骨折(Schatzker Ⅴ型和Ⅵ型)能够有效缩短患者手术切口长度、减少患者术中出血量、缩短手术时间，同时亦可提高患者及其家属对手术方案的理解程度，且能够获得更好的膝关节功能、减少膝关节疼痛。周武等[32]通过3D打印技术辅助手术治疗复杂胫骨平台骨折与传统手术相比，不仅有利于医患之间对病情的沟通，而且在手术过程中可以充分做到对局部血运的保护，利于骨折愈合。左睿等[33]采用三维重建、虚拟复位、3D打印及个性化模型进行预手术，结果证实3D打印可以缩短复位固定时间短，钢板一次性放置率和复位满意度高。

本研究中，3D打印技术微创治疗Schatzker Ⅴ、Ⅵ型胫骨平台骨折与传统手术相比，手术时间缩短、术中出血量少，解剖复位率高，差异有统计学意义(P<0.05)，而且术后膝关节功能HSS评分和Rasmussen评分均优于传统手术，但差异无统计学意义(P<0.05)，笔者认为可能由于本研究样本量较少，统计结果可能存在偏倚，而且随访时间相对较短，同时应用3D技术打印实体模型是脱离软组织的骨骼模型，在模型上模拟手术与实际手术操作仍然有很大差距。但是3D打印技术的优势在于能够准确清晰地显示病变部位形态和结构，可基于实物模型指导手术设计，在辅助治疗Schatzker Ⅴ、Ⅵ型胫骨平台骨折时可为治疗提供可行、实用的技术方法。