3D打印術前模擬手術固定輔助治療脛骨平臺陳舊骨折

王培召，李小永，譚紅略，袁彥浩，王 嘯

脛骨平臺骨折大多由高能量損傷引起，常表現為脛骨平臺關節面塌陷、骨塊粉碎移位等，如處理不當，極易發生術后切口感染、皮膚壞死、關節畸形及創傷性關節炎等并發癥[1-2]；如延誤為陳舊骨折，治療難度更大。近些年，基于數字醫學的3D打印術前模擬手術通過3D打印骨折原始立體模型，能使臨床對脛骨平臺陳舊骨折的具體移位形態及結構有更加準確的觀察。同時，可在打印出的骨折原始模型上進行術前模擬手術固定[3-4]。2015年7月～2017年8月，我們采用3D打印術前模擬手術固定輔助治療20例脛骨平臺陳舊骨折患者，療效滿意，報道如下。

1 材料與方法

1.1 病例資料本組20例，男13例，女7例，年齡28～54歲。左側9例，右側11例。致傷原因：交通傷11例，高處墜落傷9例。均為閉合骨折，7例合并半月板損傷。骨折Schatzker分型：Ⅳ型7例，Ⅴ型8例，Ⅵ型5例。患者均為陳舊骨折：15例入院后行常規患肢血管B超檢查，提示下肢深靜脈血栓形成，主要存在于脛后靜脈、腘靜脈、腓靜脈及小腿肌間靜脈，患者接受全身抗凝及患肢局部靜脈溶栓等治療3周及以上；2例合并顱腦損傷、1例合并腹部損傷、2例因不恰當非手術治療致病程超過3周。傷后至手術時間21～30(23.5±2.2) d。

1.2 3D打印模型及模擬手術① 實體骨折模型打印：對脛骨平臺骨折進行64排CT平掃(層厚0.5 mm)，將數據導入Mimics軟件中進行三維重建，然后數據以.stl格式輸入到3D打印機，以粉末狀聚乳酸可黏合材料打印出與實際平臺骨折形態等比例的實物模型。② 實體模型骨折塊標識：通過對打印模型仔細觀察，全面了解各骨折塊形態及移位程度，識別其復位對合的關鍵標識，以便指導術中辨認。③ 模擬手術操作：在模型上模擬骨折塊的復位步驟，將骨折塊逐一解剖復位后，以克氏針固定；選擇合適的解剖鎖定鋼板，進行必要的預彎塑形后，貼附在復位骨折模型合適位置，并以相應的鎖定螺釘固定。④ 鋼板螺釘型號測量記錄：鋼板固定后，逐一測量相應固定孔置入螺釘的型號及長度，并做好標記及記錄，以利于術中直接選擇使用。⑤ 鋼板螺釘準備：準備2套鋼板及螺釘，1套為術前模擬預彎塑形鋼板，送入手術室消毒后術中可直接使用；另1套為常規鋼板，以備術中內置物變更時使用。同時，3D打印骨折原始模型及復位固定后模型帶入手術室以備術中實時觀察參考。

1.3 手術操作腰硬聯合麻醉或全身麻醉。較完整的內側柱及外側柱脛骨平臺骨折患者取仰臥位及前正中入路(Schatzker Ⅴ、Ⅵ型)，內側柱粉碎性骨折并膝關節脫位(Schatzker Ⅳ型)及延及干骺端(Schatzker Ⅵ型)的三柱骨折患者取漂浮體位及后內側倒L形入路聯合前正中入路。后內側倒L形入路做長10～15 cm切口，分離組織時將脛神經、腘血管、腓腸肌內側頭等牽向外側，鈍性剝離其下的比目魚肌、腘肌并向外分離牽開，即可顯露后內側及外側柱骨折面。前正中手術入路做長10～15 cm切口，分離后由髕韌帶兩側進入膝關節，顯露關節面及骨折端。參考打印模型，仔細分離確定骨折塊，解除骨折塊間軟組織和半月板的阻擋；參考復位固定后的實體模型，依術前設計復位主要骨折塊及其他骨折塊，后內側入路置入已塑形的T形橈骨遠端鋼板或直型鎖定鋼板，前正中入路置入已塑形的解剖鎖定鋼板。術中保證術前預塑形鋼板的貼附固定；如不服帖，需再次檢查調整骨折復位，直至鋼板置入到合適位置。根據術前計劃，直接選擇鋼板釘孔對應規格的鎖定螺釘進行固定。骨折復位固定后，對存在骨缺損較大患者，混合植入同種異體骨及自體髂骨。7例半月板損傷者5例縫合修復、2例次全切除。C臂機透視確定骨折復位固定滿意后，置入引流管，常規縫合切口。

1.4 術后處理常規應用預防感染及下肢深靜脈血栓形成藥物。麻醉作用消失后，囑患者進行足趾及踝關節活動，主動行股四頭肌及腘繩肌等長收縮鍛煉。術后2 d拔除引流管，膝關節CPM機輔助鍛煉，逐步增加屈曲角度。術后2周扶雙拐患肢不負重下地活動。出院后定期復查，根據骨折愈合情況指導患者部分及完全負重，同時配合本院中藥外洗劑以促進膝關節功能康復。

1.5觀察指標與療效評價① 記錄手術時間、骨折愈合時間及并發癥發生情況。② 術后即刻及末次隨訪時攝X線片復查，在X線片上測量脛骨平臺內翻角(TPA)、股脛角(FTA)及內側平臺后傾角(PSA)評估骨折復位質量。TPA：X線片冠狀面上脛骨平臺面的切線與脛骨機械軸線所構成的內側夾角；PSA：X線片矢狀位上脛骨中上段前側骨皮質切線的垂線與內側脛骨平臺前后緣連線之間的夾角；FTA：X線片冠狀面上股骨與脛骨機械軸線所構成的外側夾角。③ 末次隨訪時記錄患膝關節活動度、HSS膝關節功能評分。

2 結果

患者均獲得隨訪，時間12～26個月。

2.1 手術情況手術時間90～150(117.8±16.3)min，骨折愈合時間4～6(5.3±0.6)個月。術后2例切口脂肪液化，予以清創換藥后愈合；2例創傷性關節炎,行口服及外敷藥物等非手術治療后癥狀好轉。患者均無患肢深靜脈血栓形成、切口感染、內固定物松動斷裂及骨折不愈合等并發癥發生。

2.2 脛骨平臺TPA、FTA及PSA見表1。脛骨平臺TPA、FTA及PSA末次隨訪時與術后即刻比較差異均無統計學意義(P>0.05)。

2.3 膝關節活動度、HSS膝關節功能評分末次隨訪時，患膝關節活動度:屈100°～140°(130.5°±11.9°)，伸0°～5°(1.8°±1.5°)；HSS膝關節功能評分：疼痛15～30(27.0±3.8)分，功能16～22(19.9±2.0)分，活動度12～18(16.2±1.5)分，肌力8～10(8.7±1.0)分，屈曲畸形5～10(8.5±1.5)分，穩定性8～10(9.4±0.9)分，總分64～99(89.7±8.2)分；療效評價：優15例，良4例，中1例。

2.4 典型病例見圖1。

3 討論

3.1 3D打印在脛骨平臺骨折中的應用無論是術前計劃還是術中骨折塊顯露及復位固定，脛骨平臺陳舊骨折的手術治療對于外科醫師來說均具有挑戰性。臨床中依據X線片、CT及MRI指導的術前設計及術中操作由于受到二維平面的局限，可導致術者對平臺骨折立體結構認識不足，術中對骨折的顯露及骨折塊的識別困難，使骨折的復位效果及固定可靠程度受影響[3-4]。3D打印是一種以數字模型為基礎，運用粉末狀塑料等可黏合材料，通過逐層打印的方式來構造物體的技術[5]。該技術可提高骨科手術的準確性、減少手術出血、縮短手術時間，有利于術后肢體功能的恢復，目前在骨科臨床上應用日漸廣泛[6-7]。Giannetti et al[8]采用3D打印輔助復位固定脛骨平臺骨折并與未采用3D打印的患者作對照，研究表明，是否采用3D打印輔助治療對患者的臨床療效無明顯差異，但3D打印組手術時間及醫患放射線曝露時間更短。楊龍 等[9]探討了3D打印在脛骨平臺骨折術前計劃和術中的輔助作用，對照研究結果顯示，手術時間、術中出血量及手術療效3D打印組均優于對照組，提示3D打印骨折模型有助于精確制定內固定修復方案，且有著更滿意的臨床隨訪效果。

3.2 3D打印術前模擬手術固定輔助治療脛骨平臺陳舊骨折的優勢及不足優勢：① 術前等比例3D打印出脛骨平臺骨折模型，可讓醫師直觀清晰地了解骨折線的走向、骨折塊大小、移位塌陷程度及隱秘的骨折塊，進而準確判斷骨折類型，指導手術入路及術式選擇。② 對于脛骨平臺陳舊骨折，滿意復位后匹配可靠的鋼板固定是獲得術后膝關節理想功能的重要保證。而鋼板與骨面解剖不貼附是平臺骨折術中常出現的問題，往往需要反復塑形及調整位置才能達到滿意效果。術前在3D打印骨折復位模型上模擬手術，可以預先選擇合適的鋼板并塑形，同時確定鋼板的合適位置及螺釘的長度、方向等，將預彎鋼板及螺釘備好消毒，以便術中直接使用[10]，可提高手術效率，節約手術時間，減少醫患放射線曝露。③ 脛骨平臺骨折未復位前模型及復位固定后模型可帶入手術室，隨時進行術中參考，提高手術效率。④ 醫師術前可通過直觀易懂的3D模型對患者講解骨折情況及相應治療方案，有助于患者及家屬理解病情并取得配合，使醫患關系更加融洽。然而，3D打印在臨床中應用也存在一定局限性：① 3D打印模型價格較高，增加了治療費用；② 打印程序較為繁雜，制作過程時間較長；③ 3D打印目前能夠反映骨折的移位程度，但不能直觀地顯示膝關節軟組織結構如血管、韌帶及軟骨的受損情況，因此還需結合MRI、血管等影像學技術進行術前設計。

3.3注意事項① 打印必須按1 ∶1模型進行，模擬手術時，對于骨折塊的分離復位要輕柔細致，避免單個骨折塊的再劈裂或非骨折區域的劈裂，否則可導致復位及鋼板螺釘塑形及測量的不準確。② 模擬手術需結合實物模型及MRI表現進行，確定骨折塊復位順序及術中需要采取的患者體位和手術切口。③ 模型需包括骨折復位前原始模型及復位固定后模型，以便術中進行實時參照；術前選擇的鋼板需準備2套，其中1套為術前模擬預彎塑形鋼板，另1套為常規鋼板，以備術中內置物變更使用。④ 3D打印技術為輔助手術技術，對于脛骨平臺陳舊骨折，圍手術期患者管理仍不可忽視，包括抗凝、切口管理、術后功能康復等。

表1 術后即刻與末次隨訪時脛骨平臺TPA、FTA及PSA比較

圖1 患者，女，45歲，左脛骨平臺陳舊骨折，行3D打印術前模擬手術固定輔助治療 A.術前X線片，顯示左脛骨平臺粉碎性骨折，Schatzker分型為Ⅴ型,TPA、FTA及PSA分別為82°、158°、30°;B.術前數字化模擬并按1 ∶1比例3D打印骨折模型; C.術前在打印模型上模擬復位、預彎鋼板固定; D.術后3 d X線片，顯示骨折斷端對位良好，平臺關節面恢復良好，TPA、FTA及PSA分別為88°、166°、9°; E.術后14個月X線片，顯示骨折端愈合，內固定在位，關節面未塌陷，TPA、FTA及PSA分別為88°、166°、10°; F.術后17個月X線片，顯示脛骨平臺形態結構正常，TPA、FTA及PSA分別為87°、166°、10°

綜上所述，3D打印術前模擬手術固定輔助治療脛骨平臺陳舊骨折，有助于精確制定內固定修復方案，使得脛骨平臺骨折的手術修復治療更加精準及個性化；同時可增進醫患溝通，節約手術時間，進而提高手術效率及治療效果。