3D打印技術(shù)在復(fù)雜脛骨平臺骨折手術(shù)中的應(yīng)用

徐永豐，夏 劍，龔 敏，萬愛國，許永武

(南昌大學(xué)第三附屬醫(yī)院骨科，南昌 330008)

復(fù)雜脛骨平臺骨折是骨科的常見病、多發(fā)病，內(nèi)固定手術(shù)難度較大，且術(shù)后常伴有疼痛、關(guān)節(jié)不穩(wěn)及創(chuàng)傷性關(guān)節(jié)炎[1-2]。傳統(tǒng)的脛骨平臺骨折手術(shù)，醫(yī)生通常采用影像資料如X線、CT、MRI進(jìn)行手術(shù)方案的術(shù)前設(shè)計并據(jù)此進(jìn)行手術(shù)，缺乏三維立體結(jié)構(gòu)顯示及精準(zhǔn)的骨折結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，無法進(jìn)一步與手術(shù)器械精確擬合，經(jīng)驗(yàn)與手術(shù)熟練程度決定了手術(shù)的成敗[3-4]。近年來，隨著3D打印技術(shù)的出現(xiàn)，使數(shù)字化術(shù)前設(shè)計實(shí)現(xiàn)了從虛擬、模擬到現(xiàn)實(shí)模擬的跨躍，更使脛骨平臺骨折手術(shù)精確化、個性化的術(shù)前設(shè)計成為可能[5-7]。本研究旨在探討3D打印技術(shù)在復(fù)雜脛骨平臺骨折手術(shù)中的應(yīng)用效果。

1 對象與方法

1.1 研究對象

選擇2014年1—8月南昌大學(xué)第三附屬醫(yī)院收治的復(fù)雜脛骨平臺骨折患者21例，男15例，女6例，年齡21～65歲，平均(34.5±2.6)歲。致傷原因：交通傷13例，高處墜落傷5例，重物砸傷3例。Schatzker分型：Ⅴ型16例，Ⅵ型5例。三柱分型：雙柱7例，三柱14例。合并半月板Ⅲ度損傷12例，前交叉韌帶止點(diǎn)撕脫骨折3例，后交叉韌帶止點(diǎn)撕脫骨折1例，前交叉韌帶實(shí)質(zhì)部斷裂3例，后交叉韌帶實(shí)質(zhì)部斷裂2例。入院后，行石膏托外固定或跟骨結(jié)節(jié)牽引7～14 d致腫脹消褪后，行手術(shù)治療?；颊呒捌浼覍倬鶎Ρ狙芯恐?，并簽署知情同意書。

1.2 方法

1.2.1 三維圖像的構(gòu)建及3D打印技術(shù)

術(shù)前行患膝關(guān)節(jié)X線攝片，再行64排螺旋CT薄層掃描檢查。掃描參數(shù)：層厚0.625 mm，層間距0.5 mm，掃描速度2.8 s，窗寬400 Hu，窗位800 Hu。將數(shù)據(jù)DICOM格式導(dǎo)出，并將其DICOM數(shù)據(jù)輸入計算機(jī)中，用Makerbot統(tǒng)計軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。然后，將處理后的數(shù)據(jù)導(dǎo)入3D打印機(jī)(深圳森工科技有限公司，型號：M2030)，采用熔融沉積成型技術(shù)按1:1打印骨折三維模型。模型打印時間一般需4～6 h。

1.2.2 手術(shù)方法

3D模型模擬手術(shù)：將打印的骨折三維模型按照實(shí)際手術(shù)中的步驟用強(qiáng)力膠水逐一粘合復(fù)位，復(fù)位原則是取主舍次，恢復(fù)力線長度，解剖復(fù)位關(guān)節(jié)面。然后，根據(jù)骨折“AO”治療原則，多平面三維測量脛骨平臺，按1:1比例在復(fù)位后的3D模型上劃線，確定預(yù)置鋼板的位置及每個螺孔的位置，將鋼板貼合到骨折模型，調(diào)整并確定鋼板的最佳位置，用直徑2.5 mm克氏針模擬螺釘置入，記錄螺釘置入方向和長度。

實(shí)際手術(shù)：術(shù)前30 min常規(guī)使用抗生素，患側(cè)大腿上1/3扎止血帶，取仰臥或漂浮體位。采用全身麻醉。麻醉后，根據(jù)術(shù)前設(shè)計的手術(shù)方案決定手術(shù)切口入路(前外側(cè)或后外側(cè)或經(jīng)腓骨頭截骨入路結(jié)合后內(nèi)側(cè)入路)，逐層分離皮下組織及膝關(guān)節(jié)周圍韌帶，顯露骨折線及關(guān)節(jié)面。根據(jù)三維模型判斷骨折塊的大小、位置及方向，再據(jù)此進(jìn)行手法牽引或撬撥復(fù)位。復(fù)位后，用克氏針臨時固定，再用C型臂X線機(jī)透視復(fù)位良好后，于骨折塌陷區(qū)植入同種異體骨或自體髂骨。然后，按術(shù)前設(shè)計將所確定的內(nèi)固定鋼板植入，并按設(shè)計方向?qū)⒑线m長度的螺釘植入，用C型臂X線機(jī)透視骨折塊及鋼板、螺釘位置良好后，沖洗切口，放置引流管，縫合切口，術(shù)畢。

1.2.3 術(shù)后處理

術(shù)后常規(guī)使用抗生素2～3 d。切口引流量少于50 mL，拔除引流管。拔除引流管后，每天行股四頭肌收縮鍛煉。術(shù)后第7天開始行膝關(guān)節(jié)的間斷主動屈伸鍛煉。手術(shù)3個月后，行完全或部分負(fù)重鍛煉。

1.3 觀察指標(biāo)與療效評定標(biāo)準(zhǔn)

觀察21例患者骨折愈合時間和術(shù)后復(fù)位即刻脛骨平臺內(nèi)翻角(TPA)、脛骨平臺后傾角(PA)及臨床療效(術(shù)后Rasmussen放射評分、術(shù)后1年HSS功能評分)、術(shù)后并發(fā)癥發(fā)生情況。

Rasmussen放射評分評定標(biāo)準(zhǔn)：按文獻(xiàn)[8]的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評定。

HSS功能評分評定標(biāo)準(zhǔn)：按文獻(xiàn)[9]的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評定。

2 結(jié)果

21例患者中，切口均一期愈合。術(shù)后復(fù)位即刻TPA為(3.3±2.1)°，PA為(8.9±2.7)°。術(shù)后根據(jù)Rasmussen放射評分，優(yōu)17例，良3例，一般1例，優(yōu)良率為95.2%。

21例患者術(shù)后均獲隨訪，隨訪時間12～36個月，平均(15.5±6.3)個月。X線均顯示骨折愈合，愈合時間8～12周，平均(10.23±1.33)周，無延遲愈合及畸形愈合。術(shù)后出現(xiàn)創(chuàng)傷性關(guān)節(jié)炎2例，膝關(guān)節(jié)僵硬1例，均無感染、醫(yī)源性血管及神經(jīng)損傷、關(guān)節(jié)不穩(wěn)等并發(fā)癥發(fā)生。術(shù)后1年根據(jù)HSS功能評分，優(yōu)14例，良4例，一般2例，差1例，優(yōu)良率為85.7%。

3 討論

復(fù)雜脛骨平臺骨折多由高能量損傷所致，應(yīng)以良好復(fù)位、堅強(qiáng)可靠的內(nèi)固定和能夠安全進(jìn)行早期功能鍛煉為治療原則[10-11]。然而，復(fù)雜脛骨平臺骨折治療對術(shù)者的手術(shù)技術(shù)要求較高，如治療不當(dāng)，則可能會發(fā)生創(chuàng)傷性關(guān)節(jié)炎、關(guān)節(jié)僵硬、關(guān)節(jié)不穩(wěn)等嚴(yán)重后遺癥，嚴(yán)重影響患者的膝關(guān)節(jié)功能[12]。另外，由于復(fù)雜脛骨平臺骨折骨折類型不同，治療方法也不同，需根據(jù)不同的骨折類型，制定個性化的手術(shù)方案。

數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展為脛骨平臺骨折患者精確化、個性化治療提供了技術(shù)保障。3D打印即快速原型技術(shù)的一種，它是一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運(yùn)用粉末狀金屬、塑料等可粘合材料，通過逐層打印的方式來構(gòu)造物體的快速成型技術(shù)。利用3D打印技術(shù)模擬設(shè)計前置椎弓根螺釘導(dǎo)板，以實(shí)現(xiàn)頸椎前路椎弓根螺釘?shù)臏?zhǔn)確植入[11]以及制作陳舊性骨盆骨折模型，在模型上確認(rèn)截骨水平、復(fù)位標(biāo)記以及固定部位治療陳舊性骨盆骨折[12]等的臨床研究均取得良好的療效。采用3D打印技術(shù)可以重現(xiàn)骨折部位，了解骨折線的走向、骨折塊的大小及相互間的位置關(guān)系，特別是對于脛骨平臺后外側(cè)柱骨折，可以結(jié)合血管造影技術(shù)，打印出伴有重要血管走行的骨折模型[13]，并能夠更直觀地了解骨折塊和血管之間的關(guān)系。同時可根據(jù)骨折類型的不同，個性化選擇手術(shù)切口、復(fù)位方式及復(fù)位順序、模擬放置鋼板及螺釘置釘位置、方向和長度，完成手術(shù)方案的模擬操作。另外，術(shù)中可根據(jù)術(shù)前設(shè)計及三維模型，快速將鋼板準(zhǔn)確放置，避免在術(shù)中因鋼板植入位置不準(zhǔn)確所造成的多次鉆孔及多次透視，減少了因多次鉆孔造成的骨量損失以及多次透視對手術(shù)醫(yī)護(hù)人員的輻射傷害，使手術(shù)過程更加程序化、規(guī)范化，從而實(shí)現(xiàn)脛骨平臺骨折的精準(zhǔn)外科治療。采用3D打印技術(shù)治療復(fù)雜脛骨平臺骨折，與傳統(tǒng)手術(shù)相比，可以縮短手術(shù)時間，減少術(shù)中出血量，提高骨折復(fù)位質(zhì)量，恢復(fù)膝關(guān)節(jié)的功能[7，14]。本研究結(jié)果顯示，21例復(fù)雜脛骨平臺患者中，術(shù)后即刻復(fù)位的優(yōu)良率為95.2%，術(shù)后1年的優(yōu)良率為85.7%，提示采用3D打印技術(shù)治療復(fù)雜脛骨平臺骨折可提高骨折復(fù)位質(zhì)量，促進(jìn)膝關(guān)節(jié)功能的恢復(fù)。

綜上所述，在復(fù)雜脛骨平臺骨折中采用3D打印技術(shù)可優(yōu)化手術(shù)方案設(shè)計，模擬手術(shù)過程，提高手術(shù)的精準(zhǔn)與效率，可作為復(fù)雜脛骨平臺骨折術(shù)前手術(shù)方案設(shè)計重要的輔助手段。然而，3D打印技術(shù)也存在費(fèi)用較高、等待模型時間較長等缺點(diǎn)，與真實(shí)操作仍有一定的差別。3D打印技術(shù)雖存在問題，但隨著組織工程學(xué)、數(shù)字化醫(yī)學(xué)及生物材料科學(xué)的不斷發(fā)展，3D打印技術(shù)在骨科領(lǐng)域?qū)懈鼜V泛的應(yīng)用。