3D打印聯(lián)合關節(jié)鏡微創(chuàng)治療脛骨平臺骨折

劉佩雷 張樂 彭成 陶奇昌 代建昊 常彬 李強

安徽理工大學第一附屬醫(yī)院（淮南市第一人民醫(yī)院）（安徽淮南232000）

脛骨平臺是組成膝關節(jié)的重要結構，受到直接或間接暴力易造成平臺骨折，巨大暴力可造成脛骨平臺附近內(nèi)外側副韌帶、前后交叉韌帶及半月板等重要組織損傷，導致膝關節(jié)功能障礙。臨床上多采用X 線、CT 或MRI 二維掃描或者進行三維重組來描述骨折的類型、嚴重程度，并依次制定手術方案［1-2］，缺點是通過二維掃描圖像往往不能真實、準確反映平臺內(nèi)部的骨折線走形以及鄰近組織損傷程度，術中往往需要反復調(diào)整骨折復位角度，無疑延長了手術時間，增加了射線暴露風險［3-4］。關節(jié)鏡輔助治療脛骨平臺骨折，可動態(tài)觀察評估塌陷平臺復位的情況，同時處理膝關節(jié)內(nèi)韌帶、半月板、軟骨及撕脫骨折，骨折復位不需要打開關節(jié)囊，保護關節(jié)囊的完整性，為切開內(nèi)固定提供強有力的支撐，有益于患者早期開始功能鍛煉，為膝關節(jié)功能的良好復原奠定基礎，在脛骨平臺骨折中具有明確的臨床療效，有望替代常規(guī)開放手術［5］。但是只有術前常規(guī)影像學資料為關節(jié)鏡輔助治療手術入路的確定提供參考是不夠的，術中骨折復位需要多次調(diào)整，手術和麻醉時間也隨之延長。隨著3D 打印技術的進步，根據(jù)術前骨折三維重組圖像進行實時、個性化打印，能夠?qū)崿F(xiàn)與人體骨折等比例模型，通過在模型上設置最佳的手術入路和模擬復位，能夠讓術者掌握更全面和準確的骨折信息，精準快速恢復脛骨平臺的高度、寬度及關節(jié)面的平整度［6-7］。目前，3D 打印技術在骨科的多個領域，如脊柱側彎、髖膝關節(jié)置換、骨折缺損、仿真模型等應用越來越廣泛。目前，將3D 打印與關節(jié)鏡聯(lián)合應用于脛骨平臺骨折的臨床研究還較少。因此，本研究通過單中心開展3D 打印聯(lián)合關節(jié)鏡微創(chuàng)治療脛骨平臺骨折的臨床效果，總結經(jīng)驗指導后續(xù)臨床應用。

1 資料與方法

1.1 一般資料該研究采用臨床、前瞻性、對照研究的方法，選擇2018年3月至2020年3月我院確診脛骨平臺骨折患者共62 例，采用電腦生成隨機數(shù)字法分為對照組和觀察組各31 例。

納入標準：（1）單側新鮮骨折，發(fā)病時間小于72 h；（2）經(jīng)X 線、CT 或MRI 確診脛骨平臺骨折；（3）根據(jù)分組完成手術治療，術后均康復出院；（4）簽署手術知情同意書，臨床隨訪資料完整。排除標準：（1）復合其他部位嚴重損傷，入院病情較重，不適合手術；（2）骨折合并嚴重的神經(jīng)、血管或軟組織損傷，影響術后康復；（3）術后不能遵醫(yī)囑進行正確康復；（4）失訪。

1.2 研究方法所有入組患者入院積極完善相關檢查，評估手術風險，由同一手術和護理團隊根據(jù)標準手術流程進行。其中對照組采用關節(jié)鏡輔助治療，主要步驟：根據(jù)術前CT 二維掃描結果判斷骨折類型、制定手術入路、選擇內(nèi)固定器械、評估手術風險、預測術后并發(fā)癥，對于復雜骨折常規(guī)跟骨牽引等?；颊呷⊙雠P位，采用硬膜外麻醉。按膝關節(jié)鏡標準內(nèi)外側入路，置入關節(jié)鏡生理鹽水灌注沖洗，處理膝關節(jié)腔內(nèi)積血滑膜等至視野清晰。然后檢查半月板、前后交叉韌帶以及骨折端劈裂移位與塌陷情況。采用克氏針與復位鉗復位劈裂骨折，經(jīng)皮兩枚空心釘固定。根據(jù)骨折不同類型選擇合適切口，對于塌陷骨折在膝關節(jié)前內(nèi)側或前外側開放4 cm 切口，距離平臺關節(jié)面開窗，通過撬頂復位后植骨。關節(jié)鏡下明確復位情況。然后置入解剖鋼板，以C 臂透視觀察鋼板位置與骨折對位情況，之后鉆孔，將螺釘擰入。再次應用關節(jié)鏡觀察關節(jié)面的平整度，留置引流管，關閉切口，包扎敷料，開放止血帶，完成手術。由于關節(jié)鏡下手術比開放直視下視野更為狹小，需要術者和助手仔細研究術前影像資料，掌握局部解剖結構以及毗鄰結構，保證術野干凈，及時止血。術后常規(guī)預防感染、抗凝和止痛等處理，根據(jù)康復情況盡早進行關節(jié)功能訓練。

觀察組聯(lián)合術前3D 打印，主要步驟：采用美國西門子高分辨率256 薄層CT 掃描儀對骨折部位進行二維掃描，將原始圖像以DICOM 格式傳輸至后處理工作站進行三維軸位模型重建，主要參數(shù)設置：1.0 mm 切片和1.0 mm 層間距。所有切片都是手工分割為三個平面（圖1）。分離過程去除了股骨和髕骨，僅保留脛骨部分。在檢查并確定骨折，術前算法由骨科和三維建模團隊準備（圖2）。成功的三維重建大約需要100 min。脛骨平臺損傷的精確1：1 模型在12 h 內(nèi)使用一個腫塊入口形成鏡像對側。采用鏡像成像技術，將正常側脛骨平臺打印成與傷前脛骨相似的真實尺寸骨折側模型，并進行術前設計和體外模擬手術［8］。凹陷帶的位置及凹陷深度用來確定骨折的類型和角度，并利用患者的三維模型進行術前手術計劃。手術過程以及術后處理同對照組。

1.3 觀察指標比較兩組手術指標（包括平均手術時間、術中出血量、骨折復位時間）和臨床指標（包括術后康復時間、疼痛和腫脹程度、并發(fā)癥），隨訪6 個月比較膝關節(jié)功能（HSS）和運動功能（FMA）評分。康復時間定義為從術后第一天開始，至各項生命體征穩(wěn)定、骨折矯正、切口基本愈合，經(jīng)醫(yī)生評估可順利出院為止。

術后3 d 采用視覺模擬量表（VAS）進行疼痛評分，分值0 ～10 分，分值越高表示疼痛越嚴重。采用帶刻度的軟尺測量腫脹最明顯處，與自身健側同部位進行比較，以（腫脹-健側）長度表示腫脹程度。并發(fā)癥主要包括內(nèi)固定移位或斷裂、再骨折、感染、骨關節(jié)炎等。HSS 包括疼痛（30 分）、功能（22 分）、活動度（18 分）、肌力（10 分）、屈膝畸形（10 分）、穩(wěn)定性（10 分），總分100 分，評分越高表現(xiàn)膝關節(jié)功能越佳。Fugl-Meyer 量表包括反射活動（4 分）、屈級共同運動（6 分）、伸肌共同運動（8 分）、聯(lián)合共同運動（4 分）、分離運動（4 分）、正常反射（2 分）、協(xié)調(diào)/速度（6 分），總分34 分，評分越高表示膝關節(jié)運動功能越佳。

圖1 跟蹤骨折線的多角度觀察Fig.1 multi-angle observation of tracking the fracture line

圖2 脛骨平臺骨折的三維算法Fig.2 Three-dimensional algorithm of tibial plateau fracture

1.4 統(tǒng)計學方法采用SPSS 20.0 統(tǒng)計軟件，計量資料以均數(shù)±標準差表示，組間比較采用獨立樣本t檢驗，計數(shù)資料例（%）表示，比較用χ2檢驗。P＜0.05 為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結果

2.1 兩組一般臨床資料的比較對照組28 例和觀察組29 例最終完成隨訪，失訪原因主要是電話無法聯(lián)系。兩組患者的一般臨床資料具有可比性（P＞0.05）。見表1。

2.2 兩組手術指標的比較觀察組平均手術時間和骨折復位時間比對照組縮短，術中出血量減少（P＜0.05）。見表2。

2.3 兩組臨床指標的比較觀察組術后3 d 疼痛VAS 評分比對照組降低，腫脹程度減輕（P＜0.05）；兩組術后康復時間和并發(fā)癥發(fā)生率比較差異無統(tǒng)計學意義（P＞0.05）。見表3。

2.4 兩組隨訪HSS 和FMA 評分的比較觀察組隨訪6 個月HSS 和FMA 評分均明顯高于對照組（P＜0.05）。見表4。

表1 兩組患者的一般臨床資料比較Tab.1 Comparison of general clinical datas between the two groups ±s

表1 兩組患者的一般臨床資料比較Tab.1 Comparison of general clinical datas between the two groups ±s

年齡（歲） 體質(zhì)量指數(shù)（kg/m2） 左側/右側（例）Ⅰ Ⅱ骨-Ⅲ折SchazkⅣ er 分型（Ⅴ 例）Ⅵ 組別對照組觀察組t/χ2值P 值例數(shù)28 29男/女（例）17/11 19/10 0.141 0.707 52.3±5.2 52.9±5.6 0.635 0.323 25.6±2.3 25.4±2.1 0.427 0.587 15/13 15/14 0.019 0.8897 6 0.909 0.923 8 67 94 52 3

表4 兩組隨訪HSS 和FMA 評分的比較Tab.4 Comparison of HSS and FMA scores between the two groups ±s

表4 兩組隨訪HSS 和FMA 評分的比較Tab.4 Comparison of HSS and FMA scores between the two groups ±s

注：對照組隨訪與術前比較，#P ＜0.05；觀察組隨訪與術前比較，*P ＜0.05

組別 例數(shù) 術前HSS評分隨訪 術前FMA評分隨訪對照組觀察組t 值P 值28 29 64.5±13.6 62.3±12.4 0.465 0.628 85.7±9.2#91.2±8.6*5.968 0.004 11.6±3.7 10.2±3.5 0.329 0.721 22.4±4.7#29.8±5.2*6.857 0.001

表2 兩組手術指標的比較Tab.2 Comparison of operation indexes between the two groups ±s

表2 兩組手術指標的比較Tab.2 Comparison of operation indexes between the two groups ±s

組別 例數(shù) 手術時間（min）骨折復位時間（min）出血量（mL）對照組28172.5±32.432.7±8.631.2±6.3觀察組29134.5±16.715.6±4.325.7±5.4 t值P值6.539 0.001 8.235＜0.001 5.589 0.003

表3 兩組臨床指標的比較Tab.3 Comparison of clinical indexes between the two groups±s

表3 兩組臨床指標的比較Tab.3 Comparison of clinical indexes between the two groups±s

組別 例數(shù) 疼痛VAS評分 腫（脹m程m）度 康（復d時）間［并例（發(fā)%癥）］對照組281.9±0.514.6±3.211.3±2.43（10.7）觀察組t/χ2值P值29 1.5±0.4 4.232 0.009 9.5±1.3 4.755 0.006 10.2±1.9 0.638 0.275 2（6.9）0.002 0.967

3 討論

脛骨平臺骨折屬于關節(jié)內(nèi)骨折，治療原則主要是恢復下肢的力線，以及恢復脛骨平臺的平整度，其次還需要堅強的內(nèi)固定。早期的功能鍛煉，手術要求高精度、最佳的術前計劃，目前主要根據(jù)Schatzker 影像、三柱理論和AO/OTA 分類、位置和對骨折線的重要特征進行描述，臨床上最常用CT掃描來評估骨折線的位置，但是部分病例仍缺乏典型的骨折線方向。而且后剪性骨折在Schatzker clas 中不屬于Ⅳ、Ⅴ和Ⅵ類型。3D 個性化打印模型對患者的特定受傷側，如骨盆髖臼、股骨遠端、脛骨近端、距骨跟骨骨折等，有助于理解復雜性骨折的病理解剖及術前制定恰當?shù)氖中g方案，包括螺絲入口的位置和軌跡［9-10］。

本研究通過小樣本臨床前瞻性對照試驗的方法，比較了術前3D 打印輔助關節(jié)鏡微創(chuàng)治療脛骨平臺骨折的臨床效果，結果發(fā)現(xiàn)觀察組的手術時間和骨折復位時間比對照組縮短，術中出血量減少。提示3D 打印有助于縮短手術進程，減少出血量。骨折復位良好是保證術后關節(jié)功能恢復的關鍵因素，由于脛骨平臺骨折涉及結構較多，并且在關節(jié)平面內(nèi)容易對CT 二維掃描成像產(chǎn)生較多遮擋，導致術者對關節(jié)內(nèi)骨折的真實情況可能產(chǎn)生誤判，影響骨折復位效果，可能需要反復調(diào)整復位角度，增加術中射線暴露風險［11-12］。3D 打印通過仿真、重現(xiàn)與人體關節(jié)等大的模型，經(jīng)過專業(yè)算法最大限度展示骨折線，指導選擇恰當?shù)氖中g路徑、復位角度、鋼板內(nèi)固定以及螺釘數(shù)量等，讓術者充分掌握骨折信息，讓助手能夠更加協(xié)調(diào)地配合術者完成手術，克服關節(jié)鏡的不足［13］。

本研究還得出，觀察組術后3 d 疼痛VAS 評分比對照組降低，腫脹程度減輕；骨折術后疼痛和腫脹是最常見，也是影響術后早期功能康復訓練的重要不利因素。3D 打印通過術前多次模擬手術方案，能夠減輕術中對關節(jié)的牽拉和撕扯，也能夠提高術中復位質(zhì)量，無需調(diào)整內(nèi)固定鋼板型號，減少了內(nèi)植物無菌消毒的次數(shù)，無形中也提高了手術的安全性，防止手術感染的發(fā)生［14］。這些對減輕術后患者疼痛和肢體腫脹均有重要意義。但兩組術后康復時間和并發(fā)癥發(fā)生率比較差異不明顯，考慮可能與納入樣本量有限，同時觀察并發(fā)癥的時間較短有關。3D 打印的主要目的不僅是能夠更加準確、全面掌握骨折信息，幫助術者制定恰當?shù)氖中g方案，同時也能夠選擇恰當?shù)膬?nèi)固定鈦板，術前做預彎和滅菌處理，減少術中選擇接骨板的次數(shù)，復位質(zhì)量更好，術后發(fā)生內(nèi)植物斷裂或移位、再骨折、內(nèi)植物感染、靜脈血栓形成等并發(fā)癥的風險也會大大降低［15］。

最后，觀察組隨訪6 個月HSS 和FMA 評分均明顯高于對照組。關節(jié)功能的康復質(zhì)量是評估手術成敗的關鍵，也是影響患者生活質(zhì)量的決定因素。許國強等［16］通過回顧性分析也指出，3D 打印技術對脛骨平臺骨折患者的關節(jié)功能及運動功能恢復有良好的促進作用。王波等［17］也認為，3D 打印輔助膝關節(jié)鏡微創(chuàng)治療脛骨平臺骨折能夠提升手術效果，縮短住院時間，降低并發(fā)癥，提高患者的生活質(zhì)量，具有較高的可行性和安全性。關節(jié)鏡由于視野狹小，需要對骨折信息充分了解，對局部解剖結構熟悉，手術中配合默契［18-19］；通過術前3D 打印仿真模型能夠直觀再現(xiàn)人體脛骨平臺骨折全貌，較常規(guī)二維成像甚至三維重組更精確［20-21］。經(jīng)過3D 打印提高了術者的手術安全性和準確性，縮短了手術時間，降低了手術相關風險，對術后康復無疑起到較大的促進作用。

綜上所述，術前3D 打印輔助關節(jié)鏡微創(chuàng)治療脛骨平臺骨折有較好的臨床效果，能夠縮短手術和骨折復位時間，減少出血量，降低術后疼痛和腫脹程度，改善膝關節(jié)功能和運動功能。該研究創(chuàng)新點在于將3D 打印應用于關節(jié)鏡骨折修復術，提高了手術的安全性和手術療效，促使今后對3D 打印技術的深入研究；研究不足在于納入樣本量較少，觀察時間較短，術者的手術經(jīng)驗仍是影響手術效果的重要因素。