3D打印技術在復雜脛骨平臺骨折治療中的臨床應用

王欣文，張堃，朱養均，宋哲

(西安交通大學附屬紅會醫院創傷骨科，陜西 西安 710054)

3D打印技術在復雜脛骨平臺骨折治療中的臨床應用

王欣文，張堃，朱養均，宋哲

(西安交通大學附屬紅會醫院創傷骨科，陜西 西安 710054)

目的 探討3D打印技術在復雜脛骨平臺骨折手術治療中的可行性和臨床應用價值。方法 對臨床上復雜脛骨平臺骨折的患者進行螺旋CT掃描，將其DICOM數據輸入計算機中，采用Mimics軟件數據處理，應用3D打印技術打印骨折三維模型。按脛骨平臺三柱分型重新進行分型，在3D打印模型上確定手術入路及手術體位，并進行骨折的準確復位及鋼板放置的選擇等模擬手術。結果 重建的脛骨平臺骨折三維模型能準確反映出骨折移位的方向和程度，可準確的進行骨折的三柱分型，可初步實現脛骨平臺骨折的術前手術設計。結論 3D打印技術應用于復雜脛骨平臺骨折的治療，臨床可行性良好，可作為術前準備的常規項目。

3D打?。幻劰瞧脚_骨折；模擬手術

治療復雜脛骨平臺骨折一直是創傷骨科的一大難題，因其是一種高能量復雜關節內骨折，常伴有嚴重的關節面塌陷、膝關節周圍韌帶損傷及關節不穩，故而術后常出現皮膚缺血壞死、感染、切口愈合不良、骨與內固定物外露等早期并發癥[1-2]以及長期疼痛、關節不穩定、創傷性骨關節炎等晚期并發癥[3]。如何在術中盡可能的恢復關節面的平整，同時又達到對軟組織的最小損傷，是擺在術者面前的首要問題。因此，全面的術前評估及規劃對于復雜脛骨平臺骨折的治療顯得尤為重要。術者在術前應充分了解骨折的情況，以便術中能夠對骨折進行準確有效的復位和固定。本研究利用3D打印技術進行復雜脛骨平臺骨折病例的術前骨折復位、植骨內固定等模擬操作，制定復雜脛骨平臺骨折的術前設計，獲得了較好的臨床效果。

1 對象與方法

1.1 對象 復雜脛骨平臺骨折23 例，男18 例，女5 例，平均年齡39 歲，均為閉合性骨折，無血管神經損傷，無膝關節脫位。按Schatzker分型：Ⅱ型5 例，Ⅳ型4 例，Ⅴ型7 例，Ⅵ型7 例(見表1)。

1.2 三維圖像的構建及3D打印技術 所有患者行膝關節CT掃描檢查，構建三維數字模型，由影像科專業人員將其DICOM數據輸入計算機中采用Mimics軟件進行處理，然后將數據交由院外專業3D打印公司采用選擇性激光燒結技術按1︰1比例打印脛骨平臺骨折模型。打印機器為選擇性激光燒結設備Farsoon401，打印材料為用于激光燒結的尼龍粉末材料。模型打印時間一般需24 h。

1.3 手術方法

1.3.1 模擬手術 術前根據骨折影像學資料及3D可視模型對骨折重新進行三柱分型(見表1)，準確評估骨折塊的移位方向，關節面的塌陷部位，然后制定手術入路、體位及鋼板植入數量。按照手術方案在3D模型上對骨折塊進行復位操作，鋼板的放置等模擬手術。

1.3.2 實際手術 按照術前制定手術方案進行，術后行X線和CT三維重建檢查對骨折復位及關節面的平整度情況進行評估。將術前設計手術方案和實際手術過程相比較，比較內容包括手術入路、體位及鋼板放置，同時記錄實際手術所需的時間(見表2)。

2 結 果

23 例復雜脛骨平臺骨折術前均利用3D打印模型對骨折重新進行三柱分型，而后制定手術方案，模擬操作手術步驟。23 例復雜脛骨平臺骨折按術前手術方案進行手術，手術入路及鋼板數量均與術前方案一致，手術完成所需平均時間為80.5 min。術后CT顯示關節面解剖復位18 例，滿意復位5 例，沒有螺釘穿入關節腔。

2.1 骨折分型結果 除了Schatzker分型，本組病例均采用羅從風等[4]提出的脛骨平臺骨折三柱分型予以重新分型，其中單柱骨折6 例，雙柱骨折13 例，三柱骨折4 例(見表1)。

表1 Schatzker分型與三柱骨折分型(例)

2.2 手術入路、體位及鋼板的選擇 前外側入路適用于外側柱骨折，后內側入路用于內側柱骨折，倒L形入路用于后側柱骨折。內外側柱的骨折一般應用前外+后內聯合入路，涉及后柱的骨折采用前外側聯合后內側或后側倒L形入路[5]。前外側采用高爾夫鎖定鋼板或LISS鋼板，內側或后側采用3.5系統或4.5系統橈骨遠端T形接骨板或重建接骨板。后側鋼板根據骨折形態放置在內后側、外后側或者正后側[6]。對于采取前后聯合入路的患者采用漂浮體位，可減少術中再次消毒所帶來的風險，詳細資料見表2。

表2 三柱分型指導手術入路、體位及鋼板放置

2.3 典型病例 43 歲女性患者，車禍傷致左膝部腫痛活動受限2 d。術前X線片及CT顯示骨折波及脛骨平臺外側、內側及后側三柱(見圖1～2)。術前3D打印模型可全方位、立體的展現骨折移位的方向及程度(見圖3)。術后正側位X線片顯示骨折復位滿意，關節面平整(見圖4)。

3 討 論

復雜脛骨平臺骨折是高能量損傷所導致的，屬于脛骨近段的關節內骨折。骨折粉碎，關節面嚴重毀損，同時可合并有不同程度的軟組織挫裂傷及半月板及韌帶的損傷，嚴重影響膝關節的穩定性與運動。對于復雜脛骨平臺骨折，尤其是關節面塌陷的骨折，無論開放還是閉合，均應進行手術治療。脛骨平臺骨折復位滿意的三要素為脛骨平臺骨折的關節面達到解剖復位，塌陷骨折復位后的植骨和堅強的固定，以便術后獲得一個穩定、對位良好、活動正常且無痛的膝關節，從而最大限度地減少膝關節創傷性關節炎的發生。

為了達到良好的手術效果，術前我們需要充分了解復雜脛骨平臺骨折的形態，準確的對骨折進行分型，從而制定正確的手術方案。Schatzker分型方法是目前被廣泛接受的脛骨平臺骨折分型，但是這種分型方法主要是基于骨折正位X線片，由于平臺的解剖特點，通常X線片不能反映出骨折的全部特征。張國柱等[7]報道以X線片為基礎的Schatzker分型結合CT檢查后更改率為22.1%。如僅采用Schatzker分型作為指導，在一些情況下臨床效果不好。張貴林等[8]總結復位不佳的原因，認為沒有很好的理解骨折的臨床特征，錯誤的修復入路選擇導致了骨折復位的不滿意。三柱分型理論將脛骨平臺骨折分為零柱骨折、內側柱骨折、外側柱骨折、后側柱骨折、雙柱骨折、三柱骨折，并強調對每柱骨折均需堅強固定，以利更方便、更有效地指導臨床治療[9]。三柱分型不是單獨的一種分型，而是對現有分型的一種補充。而三柱固定技術是一種治療復雜性脛骨平臺骨折的新概念[10]，尤其適用于伴有脛骨平臺后側柱骨折的多發骨折。本組病例中，一部分Schatzker Ⅳ型骨折在三維數字化模型中顯示僅累及后側柱，此時若采取常規入路將無法良好顯露及修復后側骨塊，而根據三柱分型，后內側髁的劈裂壓縮骨折為后柱骨折，建議采用后內側入路效果較好[11]。本組病例我們采用Schatzker分型，同時結合三柱分型來更好的指導手術入路、體位及鋼板的選擇。

圖1 術前正側位X線片示脛骨平臺骨折

圖2術前CT顯示骨折波及脛骨平臺外側、內側及后側三柱

圖3 術前3D打印模型可全方位、立體的展現骨折移位的方向及程度

圖4 術后正側位X線片示骨折復位滿意，關節面平整

面對復雜脛骨平臺骨折，骨折醫生需要全面了解脛骨平臺三柱的骨折情況，3D打印的骨折模型有望成為一種最有效的工具。僅憑X線片很難對骨折的特征進行全面的診斷分析[12]，多層螺旋CT的應用對術前增進骨折形態的了解起到了良好的推動作用[13]，但其缺點在于靜態化、平面圖像化。盡管現在已經有學者在研發與骨折塊動態觀察和計算機模擬手術操作相關的軟件[14]，但仍停留在研發階段，且相關軟件和設備費用昂貴。而3D打印技術則可以實現骨折部位的真實重現，讓術者能夠在術前對骨折的分型有充分的理解，了解骨折塊間的位置關系，從而完成手術方案的模擬操作。我們在臨床工作中對復雜脛骨平臺骨折患者術前進行CT三維重建檢查，然后由放射科專業技術人員在計算機上應用Mimics軟件處理CT數據，將處理好的數據交由專業3D打印公司。應用3D打印技術將患者脛骨平臺打印成1︰1仿真模型，真實還原了骨折的具體情況，有利于術者對骨折嚴重程度理解，同時也有利于醫患之間的溝通。借助3D打印模型，一方面能夠很好的了解骨折的具體情況并對骨折進行分型，指導選擇合適的手術方案，初步確定術中可能存在的難點；另一方面可以在模型上進行手術方案的模擬操作，結合骨折類型選擇手術入路，制定骨折的復位計劃及采用的內固定方式，從而在實際手術過程中可以做到有條不紊的進行骨折復位固定，術中還可以隨時參考模型，減少術中透視次數，縮短了手術時間，減少了不必要的手術創傷，在一定程度上提高了手術成功率和降低了手術并發癥發生率。

本組采用3D打印技術輔助治療的23 例脛骨平臺骨折，平均手術時間為80.5 min，術后無感染發生?；颊咝g中透視、術后X線檢查及三維CT掃描均顯示骨折復位滿意，關節面平整。但由于開展的病例數量及隨訪時間有限，該項輔助技術在降低術后并發癥、提高手術成功率等方面的具體作用仍需擴大病例數及長期隨訪才能得出準確結論。另外由于本院并未購置3D打印機，所有3D打印工作均由院外專業公司完成，完成模型打印的時間平均24 h，模型打印的價格偏高，平均價格在2 500元左右，增加了患者的支出，這或許是該項技術與傳統治療方法相比的不足之處。

總體而言，復雜脛骨平臺骨折治療對術者的技術要求高，術前計劃的正確制定對手術快速準確的完成起著決定性作用。3D打印技術可明確脛骨平臺的三柱損傷，將骨折實體化呈現并允許對骨折塊進行操作，從而大大縮短了手術時間，可作為術前準備的常規項目。

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Clinical Application of 3D Printing Technology in the Treatment of Complex Tibial Plateau Fracture

Wang Xinwen，Zhang Kun，Zhu Yangjun，etal

(Departmen of Orthopedic Trauma，Honghui Hospital，Xi’an Jiaotong University，Xi’an 710054，China)

Objective To explore the feasibility and clinical value of three-dimension (3D) printing technology in the treatment of complex tibial plateau fracture.Methods Spiral CT scan was performed in patients with complex tibial plateau fracture.DICOM data were imported into Mimics software.The 3D printing technology was used to print the fracture models.The reclassilifcation was performed on the basis of three-dimensional measurements.According to 3D printing models，we decided the surgical approach and position，the reducted of fractures and choose the internal fixation.Results Reconstructed 3D printing models of complex tibial plateau fracture could show the characteristics of fracture accurately，help doctors to reclassify the fracture from the three-column，and decide preoperative plan in the tibial plateau fracture.Conclusion The 3D printing technology is helpful for the treatment of complex tibial plateau fracture，which should be a conventional step in the management of complex tibial plateau fracture.

3D printing；tibial plateau fracture；surigical stimulation

1008-5572(2015)10-0887-04

R683.42

B

2015-07-15

王欣文(1983- )，男，主治醫師，西安交通大學附屬紅會醫院創傷骨科，710054。