3D打印技术在Schazker VI型胫骨平台骨折中的临床应用

郑均炬，林洲，陈嘉如，倪跃平，牟哲飞，蔡乐益

（1.温州市中心医院 骨科，浙江 温州 325000；2.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）

胫骨平台骨折在临床上较多见，占各部位骨折的1%。胫骨平台骨折多累及负胫骨平台关节面，该关节为负重关节，常伴有内外侧半月板及膝关节各韧带的损伤。Schazker VI型胫骨平台骨折移位明 显，碎骨片多，周围皮肤及软组织损伤重，骨折断端形态复杂，术中要求尽量解剖复位，难度高，在术前即要求设计合理的手术方案。传统手术术前由医师根据X片、CT平扫及三维重建了解骨折形态。以上检查只能得到平面二维图像。手术医师只能依靠想象得到虚拟的三维模型，无法得到可触及的准确且直观的模型。对于手术例数少，年资较低的医师，了解骨折形态的立体信息比较困难。

3D打印技术是在计算机软件运算控制下，通过3D打印设备，得到实体大小1:1的模型[1]。3D打印技术在医学上首先应用于整形外科和颅颌面外科专 业[2]。随着3D打印技术的发展，现今3D打印技术在骨外科专业的临床及科研中得到了广泛的应用。在骨科的应用范围包括：术前规划，预手术，导航模板在术中的应用，外支架的个体定制，内固定装置的个体化制作及骨组织工程。应用较为成熟的是术前规划，预手术，导航模板。本研究比较传统手术与应用3D打印技术参与手术2种方法治疗Schazker VI 型胫骨平台骨折的疗效，探讨3D打印技术在辅助治疗Schazker VI型胫骨平台骨折的可行性和应用价值。

1 资料和方法

1.1 一般资料 收集2017年1月至2019年10月温州市中心医院和温州医科大学附属第二医院育英儿童医院57例Schazker VI型胫骨平台骨折的临床资料。其中男35例，女22例，年龄（41.9±9.4）岁。按是否应用3D打印技术辅助治疗，分成传统组和3D模型组。2组手术由同组医师或相似年资医师完成，性别、年龄、致伤因素以及外伤至手术时间差异无统计学意义（P＞0.05），具体见表1。本研究由温州市中心医院伦理委员会审查通过。

表1 2组患者的一般资料比较

1.2 术前准备

1.2.1 2组术前常规准备：常规术前检查，膝关节X线、三维CT重建、MRI检查，患膝关节制动、消肿、镇痛治疗，患肢等长收缩锻炼，抗凝治疗；处理高血压、糖尿病等基础疾病；术前预防感染，禁食。

1.2.2 3D模型组特殊准备：3D模型组除传统手术组术前准备外，还要收集薄层CT扫描结果，获得骨折三维模型。由3D打印机打印出1:1胫骨近端骨折模型2个，一个用来观察骨折形态，另一个行切复预手术。在模型上明确骨折形态。立体观察骨碎块位置，制定合适的手术入路。对打印的骨折模型复位，体外模拟手术，利用克氏针固定复位后的胫骨平台后选用合适的钢板及螺钉固定骨折模型，并对钢板塑形，大致确定螺钉的固定方向及长度。之后消毒内固定物准备用于手术。

1.3 手术方法 传统组患者按术前制定手术方案做胫骨近端前外侧、后内侧、内侧及后侧切口。显露胫骨近端骨折部位及胫骨平台关节面。暴露平台骨折碎块及塌陷关节面，在平台下方约1.5 cm处开窗，撬拨顶高塌陷的关节面，复位骨折断端及骨碎片。由克氏针平行关节面，做临时固定，放置外侧或内侧支撑主力钢板及辅助支撑钢板。后内侧平台骨折往往需后侧入路复位骨折，置钢板或螺钉固定。平台塌陷区顶起后缺损处需植骨。

3D模型组术前对骨折模型有了深刻理解，在制定手术方案时更加确切，术中可对比骨折断端与模型，参考使用模拟手术中定制的内植物进行固定。

1.4 疗效评定 比较2组手术时间、术中出血量、术中C臂机透视次数以及随访HSS评分评价骨折愈合后膝关节功能[3]。

1.5 统计学处理方法 采用SPSS13.0统计学软件进行统计。计量资料以表示，2组比较采用t检验；计数资料采用χ2检验。P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 2组治疗效果的比较 与传统组比，3D模型组手术时间、术中出血量、术中透视次数均明显减少，差异有统计学意义（P＜0.01）。术后所有患者均获得随访，随访时间10～16（12.8±1.9）个月，3D模型组HSS评分较传统组明显升高，差异有统计学意义（P＜0.01）。见表2。说明3D打印技术在 Schazker VI型胫骨平台骨折手术治疗与传统手术相比，具有优势。

表2 2组治疗效果的比较

2.2 典型病例 患者，男，39岁，因重物砸伤致左侧胫骨平台骨折。CT三维重建见图1，提示骨折累及内外侧胫骨平台及胫骨干。Schatzker分型为VI型。入院传统术前准备。应用3D打印技术打印1:1胫骨平台骨折模型，术前判断骨折形态，行复位预手术，钢板克氏针固定骨折端见图2。手术效果满 意，手术时间92 min，术中出血80 mL，手术过程中C臂机透视12次。手术参考模型及预手术结果，复位满意，内植物固定可靠，见图3。术后患者能遵医嘱功能锻炼，术后3.5个月下地负重，无并发症。术后12个月患侧膝关节HSS评分89分。

图1 术前CT三维重建

3 讨论

Schazker VI型胫骨平台骨折一般为高能量损伤，关节面损伤严重，累计范围大，塌陷严重，手术治疗是恢复膝关节功能的有效手段[4-5]。术前X线片、CT的三维重建，只能得到平面图像。临床医师不能得到直观的模型，仅凭平面图像想象三维模型。手术中因皮肤软组织的覆盖，不能直观了解骨折形态，对于骨折碎片移位程度及方向、力线把握等较困难。在内植物固定过程中，由于存在个体差异，钢板与骨骼常不能匹配，需要术中对接骨板的塑型折弯以匹配骨组织的形态。各螺钉的方向及长度常需多次调整，增加了C臂机使用次数。手术时间难以控制在90 min内完成，而一次下肢止血带使用时间极限为90 min。所以对有严重软组织损伤 的，血液循环欠佳的患者是一项严峻的考验。因为手术时间关系，导致术者手术尚未达到解剖复位或固定牢靠即结束，影响手术效果，膝关节功能恢复不佳。为了达到手术效果而延长手术时间，则皮瓣坏死、感染等风险会增加。因此，胫骨平台骨折手术需要在尽短时间内做到精准复位固定。但3D打印技术不能对软组织进行复制，存在一定缺陷，需结合MRI了解韧带软组织损伤情况。

图2 3D打印技术打印1:1胫骨平台骨折端模型及模拟手术图

图3 术后X线正（A）侧（B）位片

近年来3D打印技术不断进步，在医学领域持续发展[6]，在临床骨科中的应用日益广泛。在打印制作骨折模型、术前规划模拟手术、定制个体化的内植物及外支架制作、骨组织工程等方面均开展了较深入的研究。3D打印技术在骨科手术治疗中的应用取得了良好的临床效果[7-8]。3D打印的模型直接可以测量骨折移位的距离[9-10]，了解骨折形态，明确骨折分型。术前可定制个体化的手术方法。在实体模型上预手术，通过比较多种手术方式、固定方法，制定最佳方案，达到最好的治疗效果。术前定做个体化内植物，预先塑型匹配，减少手术时间，继而减少出血量，降低感染风险。3D打印骨折模型无皮肤韧带软组织遮挡，方便术者了解寻找解剖标记，对骨折碎片移位及需要复位的方向，对固定螺钉的长度、固定方向均可预先测量制定。模拟手术减少了手术中螺钉穿入关节腔、螺钉过长损伤周围组织等问题。通过模拟手术，提高术中精准复位固定，可减少术中C臂机透视次数，减少术者及患者的射线暴露。利用骨折模型及预手术复位模型向患者介绍骨折形态及手术目的及效果，使患者更加直观了解骨折及手术效果，利于医患沟通。本研究中3D模型组在手术时间、术中出血量、术中透视次数、HSS评分等指标均优于传统组，证明3D打印技术在Schazker VI型胫骨平台骨折手术治疗中的应用与传统手术相比，具有较明显的优势。

Schazker VI型胫骨平台骨折关节面一般塌陷严重，松质骨嵌插，撬拨复位后平台下方骨质缺损形成空腔，容易引起平台再塌陷及骨折移位，故骨缺损处需行植骨。临床基本采取人工骨植入或自体髂骨植入。但当骨缺损范围大时，自体骨可取用量不够，人工骨量大费用高，易感染，植入骨组织形态不吻合等各种问题将出现。目前3D打印技术在骨组织工程学中的应用研究较多。通过3D打印支架，将特定骨组织细胞培养扩增，并植于支架上，增殖形成骨组织，支架被机体吸收降解。袁景等[11]在3D打印支架上培养大鼠骨髓间充质干细胞，并在支架上良好地生长。3D打印的人工骨植入于新西兰兔后未发生免疫反应，人工骨上能长入骨和纤维组 织[12-13]。PARK等[14]利用3D打印技术制作出组织工程支架，植入兔子体内后出现骨再生。该支架由聚乳酸-羟基乙酸与聚己内酯共聚物为材料。目前骨组织工程学中各种材料打印的支架研究尚处在动物实验的初级阶段，但正逐步向着肿瘤、感染、坏死等原因引起的缺损方向前进。

综上所述，3D打印技术在Schazker VI型胫骨平台骨折中有利于术前诊断，制定治疗方案，提高手术效率，改善医患沟通。3D打印技术的应用符合“精准医学”理念，体现个体化治疗。随着研究的深入，3D打印技术将有更高的精密度，更低的成本，更好的材料，更高的效率，并将成为临床骨科的重要技术力量。