3D打印技術(shù)在復(fù)雜脛骨平臺(tái)骨折手術(shù)中應(yīng)用的可行性研究

何志勇，張擎柱，林影影，于龍超，周宇軍，楊小華

（承德醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院創(chuàng)傷骨科，河北承德 067000）

臨床醫(yī)學(xué)

3D打印技術(shù)在復(fù)雜脛骨平臺(tái)骨折手術(shù)中應(yīng)用的可行性研究

何志勇，張擎柱，林影影，于龍超，周宇軍，楊小華△

（承德醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院創(chuàng)傷骨科，河北承德 067000）

目的:探討3D打印技術(shù)在復(fù)雜脛骨平臺(tái)骨折手術(shù)中應(yīng)用的可行性。方法:回顧分析我院2013年2月至2014年7月收治的9例復(fù)雜脛骨平臺(tái)骨折患者的資料。所有患者術(shù)前采用三維CT重建、3D技術(shù)打印實(shí)體模型，并在3D模型上模擬手術(shù);術(shù)中按術(shù)前計(jì)劃手術(shù);術(shù)后12個(gè)月按照HSS標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行膝關(guān)節(jié)功能評(píng)分。結(jié)果:所有患者術(shù)后隨訪12-24個(gè)月，平均17.3個(gè)月，所有患者均獲得骨性愈合，術(shù)后12個(gè)月HSS評(píng)分優(yōu)良率為77.8%（7/9）。無(wú)一例患者發(fā)生醫(yī)源性動(dòng)脈、靜脈、脛神經(jīng)、腓神經(jīng)損傷。結(jié)論:在復(fù)雜脛骨平臺(tái)骨折中應(yīng)用3D打印技術(shù)對(duì)設(shè)計(jì)個(gè)體化手術(shù)方案、實(shí)際手術(shù)操作具有重要的指導(dǎo)作用。

脛骨平臺(tái)骨折;3D打印技術(shù);模擬手術(shù)

脛骨平臺(tái)骨折是涉及關(guān)節(jié)面的損傷，骨折復(fù)位的質(zhì)量直接影響術(shù)后膝關(guān)節(jié)功能的恢復(fù)程度。高能量損傷導(dǎo)致的復(fù)雜脛骨平臺(tái)骨折，骨折移位明顯，關(guān)節(jié)面破壞嚴(yán)重，常伴有半月板、側(cè)副韌帶、交叉韌帶及神經(jīng)、血管的損傷[1];手術(shù)操作難度大，如治療不當(dāng)，可能出現(xiàn)關(guān)節(jié)活動(dòng)障礙、肢體畸形、長(zhǎng)期疼痛等后遺癥[2]。傳統(tǒng)的X線片和CT是脛骨平臺(tái)骨折診斷的基本依據(jù)，但都不能全面、直觀的提供骨折的詳細(xì)信息。3D打印技術(shù)的出現(xiàn)，將骨折三維CT圖像打印成直觀、易懂的實(shí)體模型，術(shù)前在模型上設(shè)計(jì)手術(shù)方案并模擬手術(shù)，對(duì)實(shí)際手術(shù)操作具有重要的指導(dǎo)作用[3]。我院自2013年2月至2014年6月應(yīng)用3D打印打印技術(shù)制作實(shí)物模型，用于復(fù)雜脛骨平臺(tái)骨折的手術(shù)設(shè)計(jì)，指導(dǎo)手術(shù)治療，現(xiàn)報(bào)告如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料 本組9例患者，男7例、女2例，年齡22-54歲，平均37.4歲。按照CT分型[4]:雙柱骨折6例，三柱骨折3例。致傷原因:交通傷6例，重物砸傷2例，墜落傷1例。合并傷:半月板損傷5例，前交叉韌帶損傷2例，內(nèi)側(cè)副韌帶損傷1例。所有患者術(shù)前采用三維CT重建、3D技術(shù)打印實(shí)體模型，并在3D模型上模擬手術(shù)，術(shù)中按術(shù)前計(jì)劃手術(shù)。

1.2 術(shù)前準(zhǔn)備 (1)通過(guò)三維CT數(shù)據(jù)打印出實(shí)體模型:將脛骨平臺(tái)骨折的CT掃描數(shù)據(jù)使用minics軟件進(jìn)行三維重建，輸入到3D打印機(jī)，打印出1:1的骨折實(shí)體模型，通過(guò)實(shí)體模型對(duì)骨折進(jìn)行精確分型。(2)在3D模型模擬手術(shù):在3D模型上按照實(shí)際手術(shù)中的步驟復(fù)位骨折塊，用克氏針固定，將鈦板預(yù)彎貼附在骨折模型上的合適位置，確定鈦板及螺釘?shù)囊?guī)格、型號(hào)、植入位置。并在3D模型上標(biāo)記一些關(guān)鍵的解剖點(diǎn)，以便在術(shù)中辨認(rèn)，作為骨折復(fù)位、鈦板放置的標(biāo)記點(diǎn)。

1.3 術(shù)中操作 術(shù)中復(fù)位時(shí)，根據(jù)模型判斷各骨折塊的大小、位置，根據(jù)復(fù)位時(shí)的解剖標(biāo)記，按照術(shù)前設(shè)計(jì)以獲得滿意復(fù)位。在內(nèi)固定時(shí)，參照模型將已確定規(guī)格、長(zhǎng)度的鈦板和螺釘置入到合適的位置。對(duì)于骨缺損或者壓縮骨折需植骨時(shí)，可以參照模型確定植骨的位置進(jìn)行植骨;本組中2例行異體松質(zhì)骨植骨，1例取自體髂骨松質(zhì)骨植骨。對(duì)于合并傷，半月板損傷5例，4例一期關(guān)節(jié)鏡下修復(fù)，1例損傷嚴(yán)重，無(wú)法修復(fù)給予半月板切除;前交叉韌帶損傷2例，均為實(shí)質(zhì)部斷裂，待骨折愈合后行二期修復(fù);內(nèi)側(cè)副韌帶損傷1例，進(jìn)行一期修復(fù)。

1.4 術(shù)后處理 術(shù)后抬高患肢，以利于患肢消腫，術(shù)后3天即開(kāi)始直腿抬高試驗(yàn)練習(xí);術(shù)后10天開(kāi)始膝關(guān)節(jié)屈、伸活動(dòng)練習(xí);術(shù)后8周在扶拐下，患肢開(kāi)始部分負(fù)重，骨折愈合后完全負(fù)重。術(shù)后12個(gè)月參照美國(guó)HSS標(biāo)準(zhǔn)[5]對(duì)患肢的膝關(guān)節(jié)功能進(jìn)行評(píng)分。

2 結(jié)果

術(shù)后進(jìn)行12-24個(gè)月的隨訪(平均17.3個(gè)月）。所有患者均獲得骨性愈合，術(shù)后12個(gè)月膝關(guān)節(jié)HSS評(píng)分:優(yōu)5例(55.6%)、良2例(22.2%)、可2例(22.2%)，優(yōu)良率為77.8%。術(shù)后出現(xiàn)創(chuàng)傷性關(guān)節(jié)炎2例，關(guān)節(jié)僵直0例，關(guān)節(jié)不穩(wěn)1例。無(wú)一例患者發(fā)生醫(yī)源性動(dòng)脈、靜脈、脛神經(jīng)、腓神經(jīng)損傷。

3 討論

復(fù)雜的脛骨平臺(tái)骨折多由高能量損傷所致，常為雙柱或三柱同時(shí)骨折，同時(shí)伴有嚴(yán)重的軟組織損傷，且脛骨平臺(tái)骨折為關(guān)節(jié)內(nèi)骨折，手術(shù)要求高，關(guān)節(jié)面解剖復(fù)位、堅(jiān)強(qiáng)內(nèi)固定和塌陷骨折復(fù)位后植骨被認(rèn)為是脛骨平臺(tái)骨折復(fù)位滿意的三要素[6]。因此，如何獲得脛骨平臺(tái)骨折精確的復(fù)位、良好的力線要求是骨科大夫面臨的挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的影像學(xué)無(wú)法從任意角度、全方位動(dòng)態(tài)了解骨折的立體結(jié)構(gòu)，數(shù)字化技術(shù)的出現(xiàn)為脛骨平臺(tái)骨折精確的個(gè)性化手術(shù)提供了良好條件。

利用3D打印技術(shù)可以制備1:1的骨折模型，使復(fù)雜脛骨平臺(tái)骨折的解剖學(xué)結(jié)構(gòu)以實(shí)體模型的形式呈現(xiàn)在眼前，術(shù)者能更直觀的了解骨折、血管、手術(shù)入路的位置關(guān)系，術(shù)前在3D模型上模擬手術(shù)，可預(yù)先體會(huì)術(shù)中遇到的各種問(wèn)題，制定出更合理的手術(shù)方案。

本研究對(duì)9例復(fù)雜脛骨平臺(tái)骨折運(yùn)用3D打印技術(shù)進(jìn)行術(shù)前設(shè)計(jì)和模擬手術(shù)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，3D模型能清楚的顯示骨折塊的位置、大小，精確的測(cè)量骨折移位、塌陷的數(shù)據(jù)，對(duì)骨折進(jìn)行準(zhǔn)確的分型;手術(shù)中實(shí)際操作及鈦板、螺釘?shù)囊?guī)格、型號(hào)、放置的位置與術(shù)前模擬手術(shù)的一致性良好。本組患者手術(shù)過(guò)程均順利，術(shù)后隨訪所有患者均獲得骨性愈合，術(shù)后12個(gè)月膝關(guān)節(jié)HSS評(píng)分，優(yōu)良率為77.8%。術(shù)后出現(xiàn)創(chuàng)傷性關(guān)節(jié)炎2例，考慮骨折粉碎嚴(yán)重，伴有半月板損傷，無(wú)法解剖復(fù)位;出現(xiàn)關(guān)節(jié)不穩(wěn)1例，經(jīng)查體及影像學(xué)論證，考慮患者損傷時(shí)伴有前交叉韌帶斷裂，行二期前交叉韌帶重建術(shù)后，關(guān)節(jié)穩(wěn)定性良好。

綜上所述，在復(fù)雜脛骨平臺(tái)骨折治療中應(yīng)用3D打印技術(shù)，對(duì)手術(shù)方案的個(gè)體化設(shè)計(jì)、實(shí)際手術(shù)操作具有重要的指導(dǎo)作用。但在臨床應(yīng)用中花費(fèi)較高，與真實(shí)手術(shù)操作仍有很大距離，需要進(jìn)一步研究改進(jìn)，以便更好地發(fā)揮3D打印技術(shù)的臨床作用。

[1]張道儉，朱天岳，柴衛(wèi)兵，等.解剖型脛骨髁鋼板治療脛骨平臺(tái)骨折[J].中國(guó)矯形外科雜志，2006，14(20):1542-1544.

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FEASIBILITY OF 3D PRINTING TECHNOLOGY IN TREATMENT OF COMPLICATED TIBIAL PLATEAU FRACTURES

HE Zhi-yong, ZHΑNG Qing-zhu, LIN Ying-ying, et al
(Traumatic Orthopedics Department of the AffiLiated HospitaL of Chengde MedicaL CoLLege, Hebei Chengde 067000, China)

Objective:To investigate the feasibility of 3D printing technology in treatment of complicated tibial plateau fracture.Methods:The clinical data of 9 cases complicated tibial plateau fracture patients in our hospital from 2013.2to 2014.7 were retrospectively analyzed. Αll the patients were established entity model by 3D printing technology according to three dimensional CT reconstruction, and simulated operation using 3D model, then performed operation according to preoperative planning. The function of knee joint was evaluated according to HSS criteria 12 months after operation.Results:Αll the patients were followed up for 12-24 months, and average 17.3 months. Αll the patients obtained bony fusion. The excellent rate of HSS score was 77.8% (7/9) 12 months after operation. No patients suffered iatrogenic popliteal artery, popliteal vein, tibial nerve and peroneal nerve injury.Conclusions:3D printing technology in treatment of complicated tibial plateau fractures has an important guiding role in designing individual operation plan and actual operation.

Tibial plateau fracture; 3D printing technology; Simulate operation

R683.42

A

1004-6879(2016）04-0280-03

2015-09-25）

△ 通訊作者