3D打印技術(shù)在復(fù)雜脛骨平臺(tái)骨折手術(shù)中的臨床應(yīng)用

龐彤+江夢(mèng)謠+寧金沛+譚敘強(qiáng)+黃聲樂(lè)

摘要目的：探討術(shù)前3D打印技術(shù)在復(fù)雜脛骨平臺(tái)骨折手術(shù)中提高療效的可行性。方法：收治復(fù)雜脛骨平臺(tái)骨折患者50例，按Schatzker分型，其中Ⅳ型20例，Ⅴ型18例，Ⅵ型12例；隨機(jī)平分兩組，其中25例患者術(shù)前采用3D打印技術(shù)，25例患者行常規(guī)性術(shù)前檢查及手術(shù)，記錄兩組患者手術(shù)時(shí)間、術(shù)中透視次數(shù)。結(jié)果：與常規(guī)組對(duì)比，3D打印組手術(shù)所需時(shí)間及術(shù)中透視次數(shù)均比常規(guī)組低，兩組對(duì)比差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。結(jié)論：個(gè)體化3D打印技術(shù)可降低復(fù)雜脛骨平臺(tái)骨折手術(shù)時(shí)間及術(shù)中透視次數(shù)。

關(guān)鍵詞3D打印技術(shù)；三維重建；臨床應(yīng)用

脛骨平臺(tái)粉碎性骨折是臨床常見的一類高能量復(fù)雜關(guān)節(jié)內(nèi)骨折，大概占全部骨折的1%，嚴(yán)重的關(guān)節(jié)面塌陷、關(guān)節(jié)不穩(wěn)常伴隨出現(xiàn)，內(nèi)固定手術(shù)難度較大且疼痛、關(guān)節(jié)不穩(wěn)及創(chuàng)傷性關(guān)節(jié)炎常在術(shù)后出現(xiàn)。其內(nèi)固定要求同時(shí)實(shí)現(xiàn)良好的生物力線和關(guān)節(jié)面的解剖復(fù)位。如何在術(shù)中盡可能地將力線恢復(fù)及使關(guān)節(jié)面平整，同時(shí)又達(dá)到對(duì)軟組織的最小損傷，是術(shù)者考慮的首要問(wèn)題。因此，充分的術(shù)前準(zhǔn)備顯得尤為重要。3D打印技術(shù)的發(fā)展，使其可以完整地重建骨折情況，準(zhǔn)確判斷骨折移位，而且在術(shù)前可以模擬復(fù)位，規(guī)劃更合理的內(nèi)固定手術(shù)方案，故其為高能量的脛骨粉碎性骨折帶來(lái)了新的機(jī)遇。2014年8月-2016年5月采用3D打印技術(shù)輔助手術(shù)治療脛骨平臺(tái)粉碎性骨折，取得較好的效果，總結(jié)、分析如下。

資料與方法

2014年8月-2016年5月收治復(fù)雜脛骨平臺(tái)骨折患者50例。病例排除標(biāo)準(zhǔn)：①術(shù)前因失血性休克、合并傷且死亡的患者；②因開放性損傷、感染、復(fù)雜合并傷的脛骨平臺(tái)骨折；③術(shù)前血流動(dòng)力學(xué)不穩(wěn)定患者；④合并嚴(yán)重內(nèi)科疾病的患者。本研究納入50例，男33例，女17例，年齡18～75歲，按Schatzker分型，Ⅳ型20例，Ⅴ型18例，Ⅵ型12例；隨機(jī)分成兩組，其中25例患者術(shù)前采用3D打印技術(shù)，25例患者常規(guī)性術(shù)前檢查及手術(shù)，兩組年齡、分型及性別構(gòu)成差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P>0.05），具有可比性，所有手術(shù)均由同一組醫(yī)生完成，見表1。

3D數(shù)據(jù)采集：三維圖像的構(gòu)建及3D打印技術(shù)采用SIMENS 32排螺旋CT薄層、厚層掃描檢查，將數(shù)據(jù)Dicom格式導(dǎo)出，將其DICOM數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)中采用Mimics軟件進(jìn)行處理，然后將數(shù)據(jù)交由我院3D采用熔融沉積成型技術(shù)（FDM）按1：1比例打印脛骨平臺(tái)骨折模型，打印機(jī)器Makerbot 5th printer，打印材料為聚乳酸（PLA）；打印精度設(shè)置為0.1 mm，模型打印時(shí)間一般需4～6 h。

手術(shù)方法：①3D打印組：術(shù)前根據(jù)骨折影像學(xué)資料及3D可視模型準(zhǔn)確評(píng)估骨折塊的移位方向，關(guān)節(jié)面的塌陷部位，然后制定手術(shù)入路、體位及鋼板植入數(shù)量，3D模型低溫等離子消毒，術(shù)中對(duì)照3D模型進(jìn)行復(fù)位操作。②常規(guī)組：術(shù)前根據(jù)受傷側(cè)脛骨平臺(tái)x線及CT結(jié)果制定手術(shù)方案。③統(tǒng)計(jì)學(xué)處理：采用SPSS 22.0統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件，計(jì)量資料采用（x±s）表示，兩組統(tǒng)計(jì)學(xué)計(jì)量資料采用兩獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)，P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

結(jié)果

所有患者術(shù)中記錄手術(shù)時(shí)間及透視次數(shù)。與常規(guī)組對(duì)比，3D打印組手術(shù)所需時(shí)間及術(shù)中透視次數(shù)均比常規(guī)組低，兩組對(duì)比差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.05），見表2、圖1、圖2、圖3。

討論

本組50例脛骨平臺(tái)骨折主要為Schatzker分型Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ型，需要手術(shù)治療。脛骨平臺(tái)骨折需要獲得一個(gè)穩(wěn)定、對(duì)線及運(yùn)動(dòng)良好的無(wú)痛關(guān)節(jié)，并且要盡可能地減少術(shù)后創(chuàng)傷性關(guān)節(jié)炎的發(fā)生。

近年隨著3D打印技術(shù)的發(fā)展，三維重建技術(shù)方便使用、操作簡(jiǎn)單，可在大多數(shù)醫(yī)院開展。傳統(tǒng)的x線及CT平掃檢查往往難以確認(rèn)骨折塊的移位、全面反映骨折的移位情況，對(duì)于粉碎的脛骨平臺(tái)骨折尤為如此，術(shù)中醫(yī)生只能依據(jù)腦海中的三維模型來(lái)進(jìn)行復(fù)位，一個(gè)1：1的3D模型為臨床醫(yī)生整體、全面地觀察骨折情況提供了直觀、立體的圖像。術(shù)前給患者及其家屬進(jìn)行3D模型的展示，可讓患者直觀了解病情，利于術(shù)前談話，使患者及其家屬對(duì)病情有一個(gè)直觀的認(rèn)識(shí)。一些學(xué)者通過(guò)該技術(shù)輔助手術(shù)治療，并取得一定的效果。脛骨平臺(tái)3D打印模型可輔助手術(shù)治療，通過(guò)模型了解骨折移位方向及程度，手術(shù)前預(yù)復(fù)位及選用合理的內(nèi)固定，3D模型消毒，術(shù)中比對(duì)模型復(fù)位骨折，減少手術(shù)創(chuàng)傷、縮短手術(shù)之間、選擇更準(zhǔn)確的內(nèi)固定方式及減少術(shù)中透視的次數(shù)。本次研究的3D打印組通過(guò)1：1的3D模型指導(dǎo)術(shù)前模擬復(fù)位，術(shù)中對(duì)照復(fù)位，無(wú)論在手術(shù)精度、手術(shù)時(shí)間、術(shù)中創(chuàng)傷面積及術(shù)中透視次數(shù)上都較對(duì)照組有顯著優(yōu)勢(shì)，其中術(shù)中透視主要確認(rèn)螺釘有無(wú)進(jìn)入膝關(guān)節(jié)關(guān)節(jié)面、關(guān)節(jié)面的平整及評(píng)估螺釘對(duì)骨折碎塊的抓持力，在有3D模型的指導(dǎo)下，透視一次基本就可以完成，較少需要調(diào)整螺釘進(jìn)釘方向及長(zhǎng)度，反之，就是常規(guī)手術(shù)所花時(shí)間較多的原因。

本次研究針對(duì)脛骨平臺(tái)分型采用Schatzker分型，這是目前比較廣泛的分型方法，但Schatzker分型基于x線片，沒有一個(gè)三維立體的表現(xiàn)，不能反映骨折的全部特征，其中張貴林總結(jié)認(rèn)為骨折復(fù)位不滿意的原因是不能全面理解骨折的特征，錯(cuò)誤的手術(shù)入路選擇及不恰當(dāng)?shù)男g(shù)中骨折復(fù)位方向。故本試驗(yàn)基于Schatzker分型做出脛骨平臺(tái)骨折的3D模型，恰恰能補(bǔ)充x線平面圖像的不足，同時(shí)張貴林對(duì)現(xiàn)有分型進(jìn)行了補(bǔ)充，提出三柱分型理論，將脛骨平臺(tái)骨折分為零柱骨折、內(nèi)側(cè)柱骨折、外側(cè)柱骨折、后側(cè)柱骨折、雙柱骨折、三柱骨折，并強(qiáng)調(diào)對(duì)每柱骨折均需堅(jiān)強(qiáng)固定，此理論對(duì)治療脛骨平臺(tái)骨折提出了新的概念，尤其適用于SchatzkerⅣ、Ⅴ、Ⅵ型骨折的患者。也有學(xué)者研究根據(jù)計(jì)算機(jī)虛擬重建骨折塊移位，并進(jìn)行模擬復(fù)位的手術(shù)軟件，故本次研究根據(jù)Schatzker分型結(jié)合3D打印技術(shù)，更好地指導(dǎo)手術(shù)的入路、手術(shù)骨折的復(fù)位及鋼板內(nèi)固定物的選擇。

本次試驗(yàn)對(duì)3D打印組及常規(guī)手術(shù)組進(jìn)行的對(duì)比研究發(fā)現(xiàn)。3D打印組手術(shù)時(shí)間及術(shù)中透視次數(shù)明顯比普通手術(shù)組少，術(shù)后兩組患者均無(wú)感染，術(shù)后2周均能扶拐、在患肢無(wú)負(fù)重下行走。術(shù)后復(fù)查x線及CT顯示骨折復(fù)位滿意，關(guān)節(jié)面平整。本次研究對(duì)象中部分患者未能回院復(fù)查，造成隨訪缺失，故本次研究未進(jìn)行患者術(shù)后的隨訪，未能系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)患者術(shù)后1年患者膝關(guān)節(jié)功能情況。本院骨科2014年購(gòu)置3D打印機(jī)，目前病例數(shù)量有限，隨訪機(jī)制不完善，其次，3D打印模型脫離機(jī)體肌肉、韌帶等軟組織的附著，與真實(shí)手術(shù)有一定差距，術(shù)中會(huì)遇到即使根據(jù)3D打印模型骨折移位方向進(jìn)行復(fù)位，也有復(fù)位困難的問(wèn)題。故手術(shù)醫(yī)生對(duì)機(jī)體解剖，特別是骨折以后的解剖關(guān)系的準(zhǔn)確把握也相當(dāng)重要。endprint