3D打印結合關節鏡輔助治療脛骨平臺骨折與傳統手術的療效對比*

項 毅，張 政，韓 喜，謝 偉△，楊 柳，鄧孝臣

(1.中國人民解放軍聯勤保障部隊第九八五醫院骨科，太原 030001；2.中國人民解放軍聯勤保障部隊第九八五醫院放射科，太原 030001；3.陸軍軍醫大學西南醫院關節外科，重慶 400038)

脛骨平臺骨折約占全身骨折的1%[1]，因骨折累及關節面，如處理不當，常可導致創傷性關節炎、關節不穩定及關節僵硬等不良后果。恢復關節面解剖結構、下肢正常力線和關節穩定性，從而盡可能恢復膝關節負重和運動功能是治療的根本目的。對于有移位的脛骨平臺骨折首選手術治療[1-2]，傳統手術術者常通過X線片、CT及三維重建和MRI虛擬構想骨折情況并設計手術方案，常因與實際手術情況有偏差造成困難及風險。3D打印技術將數字虛擬圖像轉化成實物，從而實現了術前精確認識骨折、精確選擇內固定物類型及型號，為實現手術個體化、精確化創造了條件。本研究選取2015年11月至2018年12月中國人民解放軍聯勤保障部隊第九八五醫院骨科分別采用3D打印結合關節鏡輔助手術和傳統手術治療的39例脛骨平臺骨折患者的臨床資料，比較其手術療效，現報道如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料

納入標準：(1)脛骨平臺閉合骨折，骨折至手術時間小于3周；(2)術前、術后均行CT檢查；(3)隨訪資料完整，隨訪12個月以上。排除標準：(1)合并顱腦、胸腹損傷等嚴重全身復合傷；(2)既往傷側下肢功能障礙；(3)病理性骨折；(4)合并嚴重的內科疾病；(5)合并傷肢多發骨折或血管神經損傷。依據上述標準，本研究共選取脛骨平臺骨折患者39例，根據是否采用術前3D打印建模結合術中應用關節鏡輔助技術分為3D打印關節鏡組和傳統手術組。其中3D打印關節鏡組16例，傳統手術組23例，兩組病例的基線資料(性別、年齡、致傷原因、骨折分型及受傷至手術時間)具有可比性，見表1。

表1兩組患者一般資料的比較

1.2 方法

1.2.1術前準備

1.2.1.1傳統手術組

所有患者術前行傷側膝關節正側位X線片、CT及MRI檢查，明確骨折分型、骨折粉碎及移位程度和合并關節內軟組織損傷情況。

1.2.1.23D打印關節鏡組

(1)術前檢查與傳統手術組相同，見圖1。(2)建立并打印骨折3D模型：將已獲得的脛骨平臺局部CT(佳能Aquillin One 320排螺旋CT)二維DICOM格式圖像導入Mimics17(3D Slicer軟件 4.10.2版本)生成3D數字模型，再導入切片軟件(Materialise Magics21.0版本)進行切片打印，選取恒光固化250打印機平臺，應用光敏樹脂材料完成打印，獲得骨折3D實物模型。(3)應用3D模型模擬手術：仔細觀察模型中骨折線走行、骨折塌陷粉碎情況及骨折部位與重要解剖標志的位置關系，選擇適合的內固定材料在模型上預演手術，術前基本確定手術所需內固定材料型號、尺寸及切口選擇位置，見圖2。

1.2.2手術方法

所有患者均根據具體情況采用腰硬聯合麻醉或全身麻醉，患者取平臥位。傳統手術組：根據術前影像學結果選擇切口，SchatzkerⅠ～Ⅲ型骨折選擇外側入路，Ⅳ型骨折選擇內側入路，Ⅴ、Ⅵ型骨折采用內外雙側入路或外側入路。按照常規手術方法切開皮膚、皮下組織，顯露骨折端，復位各骨折塊，塌陷骨折在塌陷位置下方骨皮質開窗，恢復關節面高度及平整度。塌陷部位植骨，術中透視確定骨折復位滿意后選擇適合的內固定材料，塑形鋼板，依次植入螺釘，合并內外側副韌帶損傷進行一期修復，6例半月板一期縫合，另外5例半月板損傷因傳統手術操作不便二期行關節鏡手術修復，前交叉韌帶損傷均二期手術重建。3D打印關節鏡組：首先進行關節鏡探查，見圖3，取膝前外側標準入路建立灌注系統(灌注壓力略低于常規關節鏡手術)，沖洗關節內積血后行關節腔探查，處理關節內合并損傷，半月板損傷行部分切除或縫合，前交叉韌帶脛骨止點撕脫骨折行骨折復位空心加壓螺釘內固定(前交叉韌帶實質部斷裂病例因骨折妨礙建立完整牢固的脛骨隧道而在骨折愈合后二期行前交叉韌帶重建術)，清理骨折端凝血塊及軟骨碎屑，鏡下觀察骨折線走行方向、移位程度、關節面塌陷程度和軟骨缺損情況。SchatzkerⅠ型骨折僅需根據術前3D模型確定的螺釘植入部位、方向做一1～2 cm輔助切口，鉆入克氏針撬撥復位，關節鏡監視關節面恢復平整后按照預定方向植入合適長度的空心加壓螺釘1～2枚。SchatzkerⅡ～Ⅵ型骨折根據術前在3D模型上確定的手術入路選擇切口，顯露骨折端后，按照術前計劃依次復位骨折塊，根據術前確定的部位開窗，在關節鏡監視下抬升復位塌陷的關節面直至恢復平整，骨缺損部位植骨，克氏針臨時固定后，將事先選定并預彎好的鋼板參考骨性標志置入合適的部位，測量螺釘所需長度(參考術前大致確定的螺釘長度)依次植入螺釘完成固定，見圖4、5。

A：術前X線片；B:術前CT圖像。

1.2.3術后處理

(1)抬高患肢，局部冰敷48 h，術后24～48 h根據引流量拔除負壓引流管；(2)膝關節鉸鏈支具制動，每日解鎖支具行患膝屈伸功能鍛煉3～4次，鼓勵患者行股四頭肌功能鍛煉，避免股四頭肌萎縮及下肢深靜脈血栓形成，促進肢體腫脹消退。(3)避免下肢過早負重，根據復查X線片及CT觀察的骨折愈合情況決定負重時間，一般于術后8～12周逐漸開始負重功能鍛煉。(4)術后1～3 d內復查X線片及CT，術后1、2、3、6個月及術后1年門診復查隨訪，根據X線片及CT判斷骨折愈合情況，記錄患者膝關節功能并評分。

1.2.4療效評價

(1)術中評價指標：手術時間、術中X線曝光次數。(2)術后復位滿意程度：選擇術后第一次復查X線片應用影像學Rasmussen評分[3]進行評價。(3)術后功能評分：選用HSS評分系統[4]評價患者術后1年隨訪時的膝關節功能。

A：術前3D打印脛骨平臺骨折模型；B:術前根據需要預彎鋼板，模擬骨折固定手術。

圖3 術中關節鏡探查

圖4 術中圖片

1.3 統計學處理

2 結 果

39例患者均獲得隨訪，隨訪時間12～35個月，平均18個月。3D打印關節鏡組比傳統手術組手術時間縮短，術中透視次數減少，術后第一次復查X線片的影像學Rasmussen評分及術后1年膝關節功能HSS評分高，兩組間差異有統計學意義(P<0.05)，見表2。3D打印關節鏡組術后出現1例切口延遲愈合，經換藥后愈合，1例關節粘連，經手法松解恢復；傳統手術組術后發生3例切口延遲愈合，經換藥后愈合，4例關節不同程度粘連，其中3例手法松解恢復，1例關節鏡手術松解恢復。兩組均未發生下肢深靜脈血栓、血管神經損傷、感染等并發癥。兩組術后并發癥發生率差異無統計學意義(P>0.05)，見表2。

A：術后X線片；B:術后CT圖像。

表2 兩組患者手術時間、術中透視次數、HSS評分、Rasmussen評分及并發癥的比較

3 討 論

膝關節是人體重要的負重關節，而脛骨平臺作為膝關節的重要承重結構，發生骨折將嚴重影響膝關節功能。脛骨平臺骨折常為暴力損傷所致，并有約50%的患者合并半月板及膝關節韌帶等軟組織損傷[5]，如果治療方法選擇不當，將導致膝關節力線畸形、穩定性下降、活動受限等，遠期可發生創傷性關節炎，大大增加膝關節致殘率[1,6]。雖然以往對于關節面移位較輕的脛骨平臺骨折采用保守治療的效果尚可接受，可能導致膝關節部分活動度的永久丟失[2]。隨著外科手術技術發展，通過手術恢復關節面平整、恢復下肢正確力線，穩定的內固定恢復膝關節穩定性及早期科學的功能鍛煉恢復膝關節功能等理念已為外科醫生廣泛接受[1,7]。因脛骨平臺解剖結構復雜，骨折常涉及分離、壓縮、成角、塌陷及骨缺損等諸多問題，傳統手術往往基于X線片及二維CT等影像資料進行術前計劃，術者很難在術前對骨折進行全面準確的了解[8]，容易造成術中復位不完全，關節面殘留塌陷、植骨不充分及內固定鋼板型號和螺釘尺寸選擇不當等，增加了手術風險及難度，易導致手術效果不滿意，影響術后功能恢復[9-11]。

近年來隨著3D打印技術的發展，該技術逐步被廣泛應用到醫學領域[12-14]。3D打印技術通過將數字模型轉化為實物模型，為現代骨科精準化、個性化治療的發展方向提供了有力的技術保障，實現了以往復雜骨科手術的簡單化，減小了手術創傷，提高了手術質量。從3D打印模型逐步發展到3D打印導板和3D打印假體等，從各部位復雜骨折手術[15-16]拓展到關節置換和翻修[17-18]、脊柱外科[19]，為骨科醫師提供了嶄新的手術思路，獲得滿意的療效。對比本研究中3D打印關節鏡組和傳統手術組的各項療效評價指標，可以發現：3D打印關節鏡組手術時間短、術中透視次數少、術后解剖復位(Rasmussen評分)滿意度高、術后1年隨訪膝關節功能(HSS評分)較好，兩組比較差異均有統計學意義(P<0.05)。分析原因，筆者認為：將3D打印技術應用于脛骨平臺骨折的手術治療，首先能夠實現醫生術前對骨折直觀、準確、全面的認識，充分了解各骨折塊的移位特點，發現重疊隱秘的骨折塊，準確測量骨折塌陷程度并計算植骨量，科學合理地設計手術入路和選擇內固定材料；其次能夠提供骨折實物模型，便于術前在體外預演手術過程，提前預彎內固定鋼板并測量螺釘尺寸，避免了術中鋼板螺釘與骨骼不匹配導致固定效果不佳，或者由于臨時預彎鋼板浪費手術時間，增加手術風險；再者基于3D模型制訂的手術方案有助于術中按照科學的步驟精確完成骨折復位，不僅能避免術中反復調整手術方案，減輕對軟組織不必要的副損傷，有利于獲得術后良好的功能，還能明顯減少術中透視次數，降低患者和手術人員的輻射量；最后是將關節鏡應用于3D打印關節鏡組病例的手術中，充分發揮了關節鏡在治療關節內骨折的優勢：提供良好的關節內視野，有助于了解和處理關節內各結構的損傷，利用關節鏡對關節面的復位直接觀察，鏡下清除嵌入的小骨片和破碎的半月板，有利于復位，反復沖洗去除凝血塊、纖維素滲出防止關節粘連等[20-21]。3D打印組術后并發癥發生率略低于傳統手術組(12.5%vs.30.4%)，但兩組比較差異無統計學意義(P>0.05)，考慮可能由于病例數較少或兩種方法與術后并發癥發生率確實無明顯相關性，待今后增加病例數進一步研究。

綜上所述，應用3D打印技術結合關節鏡技術治療脛骨平臺骨折具有手術時間短、創傷小、手術精度高、術后功能好等優勢，符合目前骨科手術微創化、精確化、個體化治療的趨勢，有很好的應用前景。但同時仍存在不足：(1)該技術缺乏對骨折周圍軟組織的成像，不能反映重要血管、神經和骨折的關系，導致在打印模型手術和實際手術操作存在較大差異[5,11]；(2)目前的3D打印技術操作過程較復雜，手術醫師需要放射及軟件專業技術人員配合完成手術，因此該技術未來應向操作簡便、易于臨床醫生掌握的方向發展；(3)該技術目前耗費時間長、費用較高，因此不能用于開放性骨折等急診手術，也不便于在基層醫院廣泛開展[5,10]。