基于3D打印的虛擬手術設計在復雜脛骨平臺骨折內固定中的臨床效果觀察

余光書 許長鵬 林焱斌▲ 熊國勝 莊 研 熊圣仁 李仁斌

1.廈門大學附屬福州第二醫院骨科，福建福州 350000；2.廣東省第二人民醫院骨科，廣東廣州 510200

基于3D打印的虛擬手術設計在復雜脛骨平臺骨折內固定中的臨床效果觀察

余光書1許長鵬2林焱斌1▲熊國勝1莊 研1熊圣仁1李仁斌1

1.廈門大學附屬福州第二醫院骨科，福建福州 350000；2.廣東省第二人民醫院骨科，廣東廣州 510200

目的 探討3D打印技術結合虛擬手術設計在治療復雜脛骨平臺骨折中的臨床效果。 方法 回顧分析2014年1月～2015年12月的25例復雜脛骨平臺骨折患者臨床資料，按入院順序奇偶性分為輔助組（應用3D打印虛擬手術）和常規組（應用常規手術）。比較兩組手術時間及術中鋼板一次性放置率﹑復位滿意度及術后膝關節功能。 結果 患者均獲隨訪，輔助組在手術時間﹑鋼板一次性放置率﹑復位滿意度及HSS臨床功能評分方面比較優于常規組，差異均具有統計學意義。 結論 3D打印技術結合虛擬手術設計可提升復雜脛骨平臺骨折治療的臨床手術效果，臨床應加以重視并推廣。

脛骨平臺骨折；內固定手術；3D打??；數字化設計，計算機輔助

復雜脛骨平臺骨折可導致不同程度的關節面壓縮和移位，嚴重影響膝關節的對合穩定性與運動，后期易于引起膝關節活動功能障礙等并發癥[1]。因而如何最大程度在術中獲得適合骨折愈合的穩定性是目前手術治療的探索方向。傳統手術方式術前設計主要聚焦于入路﹑術式﹑骨折及骨缺損情況，對于內固定植入的鋼板及螺釘規格﹑植入位置及螺釘植入方向等因素往往忽視。隨著個體化治療要求的不斷提高，上述因素的差異明顯導致復雜脛骨平臺骨折內固定植入的效果。

盡管術前可以對骨折進行三維重建，但對骨折整體了解仍缺乏完整信息，往往需要術者根據術中探查情況設計復位以及內固定方案。目前基于3D打印技術的虛擬手術設計針對上述痛點提供了難得的契機，可以術前設計手術方案，使手術更加精確進而整體提升手術質量和可靠性[2-3]。為此本研究選取2014年1月～2015年12月運用3D打印技術結合Mimics虛擬手術設計的25例復雜脛骨平臺骨折患者的關鍵內固定植入步驟進行數字化設計，以期達到最大限度的內固定植入效果， 旨在為脛骨平臺骨折手術提供新的可視化﹑個性化設計方案，現總結分析如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選取2014年1月～2015年12月共25例，男14例，女11例，年齡21～57歲，平均（41.2±13.5）歲。車禍傷13例，高處墜落傷7例，重物砸傷5例。術前排除血管﹑神經合并損傷。骨折按Schatzker分型包括Ⅱ型10例，Ⅳ型5例，V型4例，VI型6例。傷后至手術時間4～13d，平均（8.5±2.3）d。均無明顯切開復位內固定手術禁忌證。根據入院順序進行分組，奇數患者編入輔助組（應用3D打印虛擬手術），偶數患者編入常規組（應用常規手術）。由于脛骨平臺骨折Ⅴ型治療存在單﹑雙鋼板固定的差異，筆者僅將單純植入外側鋼板的該類骨折納入研究以消除該混雜因素。兩組患者的性別比，年齡，骨折分型及受傷原因等因素經處理無統計學差異，二組具有可比性。全部入組患者疾病確診，無其他嚴重肝腎疾病，精神正常，能進行有效的溝通交流，對治療及本研究知情，配合度及耐受性較高，排除有嚴重組織或器官器質性疾病，有精神障礙，不能進行有效的溝通交流，對治療或本研究配合度低，中途轉院或死亡的患者[2]。本研究的開展即分組經醫院倫理委員會的許可。

表1 兩組臨床療效比較

1.2 數據處理、虛擬手術設計與3D打印

輔助組患者膝關節CT數據（層距0.5mm）導入Mimics17.0軟件，Region Growing模塊建立患膝Mask，Multiple Slice Edit編輯所需像素集合，Calculate 3D轉換為三維模型，將各骨塊像素集合分離后建立各骨塊三維模型并標注不同顏色，通過3D Objects窗口中的Move與Rotate對各骨塊進行虛擬復位，制定個性化手術方案（復位方式﹑移動距離及旋轉角度），最終將復位整合骨折模型導入軟件并進行3D打印，復位后骨折模型預手術模擬解剖鋼板放置位置﹑螺釘位置以及角度設計。

1.3 手術操作及療效評定

輔助組按照術前制定手術方案，常規組應用常規手術方案進行。術中比較鋼板一次性放置準確率及手術時間，術后復位評價采用Rasmussen放射學評分（其中疼痛（6分）﹑行走能力（6分）﹑膝伸直缺失度（6分）﹑膝關節活動度（6分）及膝關節穩定性（6分），總分為30分；＞27分為優，20～26分為良，10～19分為可，＜6分為差），遠期采用HSS功能評分評價膝關節功能（該評分表中疼痛30分，功能22分，活動度18分，肌力10分，屈曲畸形10分，穩定性10分，其中減分項目分別有使用手杖情況及患肢內外翻情況）[3]。

1.4 統計學處理

采用SPSS13.0統計軟件進行統計學分析。計量資料以（x±s）表示，采用t檢驗，計數資料以百分比表示，采用χ2檢驗，P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結果

與常規組相比，輔助組手術時間縮短，一次性放置準確率提高，術后Rasmussen放射學評價優良率提高，膝關節功能HSS評分增加，差異均具有統計學意義，兩組臨床療效見表1，典型病例見圖1。

圖1 典型病例

3 討論

3.1 脛骨平臺骨折的特點及治療

脛骨平臺骨折是關節內骨折，無論AO﹑BO理論都強調關節內骨折需解剖復位。此類骨折常合并較為嚴重軟組織損傷，目前多主張手術治療，而不恰當內固定物等因素易致術后炎嚴重并發癥，手術的質量與患者術后功能息息相關[4]，因此良好的術前規劃與設計可最大限度降低并發癥的發生，提高臨床治療效果。

3.2 虛擬手術設計與3D打印技術優勢

基于Mimics虛擬手術設計提供術前規劃以及3D打印技術在骨科領域的應用日益成熟，有助于提高手術的安全性及準確性[5-6]。Mimics虛擬手術設計可以針對骨折塊模擬復位方式﹑復位順序﹑放置鋼板，設計拉力螺釘置釘位置及方向。3D打印模型能真實反映骨折實際情況，通過術前對1：1的3D打印模型實際操作設計方案可使手術程序化及規范化，并預判術中可能的問題，使復雜手術簡單化，進而節省手術時間﹑提高復位質量，從而提升手術質量[7-8]。本研究結果提示將3D打印虛擬手術應用于脛骨平臺骨折的手術治療，在手術時間﹑內置物一次性放置準確率﹑解剖復位及膝關節功能方面均有顯著優勢。

3.3 虛擬手術及3D打印治療骨折的展望

骨折各患者具體情況不同要求在內固定治療上進行個性化設計，而個體化骨折模型便于術前規劃[9]。3D打印模型可帶來更真實直觀的感受，不僅加強了醫生操作技巧的訓練，人員間配合，縮短學習曲線，同時讓患者充分了解治療方案及疾病預后，增加醫患配合，提高患者治療依從性。盡管其成本仍較高，但隨著技術發展，未來該技術將帶給骨折治療更多的便利。

在本研究中，經3D打印虛擬手術治療的觀察組患者較經應用常規手術治療的常規組的手術時間，一次性放置準確率﹑術后Rasmussen放射學評價優良率及膝關節功能HSS評分指標均顯著更優，說明3D打印虛擬手術治療方法治療復雜脛骨平臺骨折具有顯著的臨床效果。同時，本研究因為納入的樣本數量較少，且未對全部患者的個體差異進行單因素分析，結果可能存在一定程度的差異，期待臨床早日進行大樣本研究，得出更為可靠的結論。

綜上所述，可以得出：3D打印技術結合虛擬手術設計可提升復雜脛骨平臺骨折治療的臨床手術效果，臨床應加以重視并推廣。

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Clinical observation of virtual surgery design based on 3D printing in treatment of internal fixation of complex tibial plateau fracture

YU Guangshu1XU Changpeng2LIN Yanbin1XIONG Guosheng1ZHUANG Yan1XIONG Shengren1LI Renbin1
1.Department of Orthopedics,Fuzhou Second Hospital Affiliated to Xiamen University,Fuzhou 350000,China;2.Department of Orthopedics,Guangdong Second People's Hospital,Guangzhou 510200, China

Objective To explore the clinical effect of 3D printing technique combined with virtual surgery in the treatment of complex tibial plateau fractures. Methods The clinical data of 25 patients with complex tibial plateau fractures from January 2014 to December 2015 were analyzed retrospectively.The patients were divided into two groups according to the sequence of admission:auxiliary group (3D print virtual surgery) and routine group(conventional operation).The operation time,disposable steel plate placing rate,the satisfaction of the reduction and the knee function after operation were compared between the two groups. Results The patients were followed up.The operation time,disposable steel plate placing rate,reset satisfaction and HSS clinical function score of the auxiliary group were better than that of the routine group,the difference was statistically significant. Conclusion 3D printing technology combined with virtual surgery design can improve the clinical effect of complex tibial plateau fracture treatment,clinical should be paid attention to and promoted.

Tibial plateau fracture;Internal fixation;3D printing;Digital design;Computer aided

R687.3

A < class="emphasis_bold"> [文章編號]]

] 2095-0616（2017）21-181-03

福建省福州市科技計劃項目（2014-S-137-6）。

▲通訊作者

2017-07-13）