三柱理論結(jié)合3D打印技術(shù)在治療復(fù)雜脛骨平臺骨折中的應(yīng)用

趙 寧 陳 勁* 鐘 華 鄭 榮 李德強(qiáng) 梁 波

（湛江中心人民醫(yī)院，廣東 湛江 524000）

膝關(guān)節(jié)是人體重要的負(fù)重和活動關(guān)節(jié)。脛骨平臺骨折患者多數(shù)由高處墜落、交通事故等原因引起，其遭受的縱向擠壓力、內(nèi)翻力或外翻力導(dǎo)致關(guān)節(jié)面完整性破壞，嚴(yán)重影響下肢功能。脛骨平臺骨折是臨床中常見的關(guān)節(jié)內(nèi)骨折，占所有骨折的1.3%[1]。復(fù)雜脛骨脛骨平臺骨折治療不僅需要具有良好生物力學(xué)性能的匹配內(nèi)固定物，而且必須實(shí)現(xiàn)關(guān)節(jié)面的解剖復(fù)位，否則可能造成膝關(guān)節(jié)畸形、活動度丟失，疼痛及下肢力線異常等，臨床處理比較困難[2]。因此，術(shù)前需明確詳細(xì)的骨折類型、平臺塌陷情況選擇恰當(dāng)?shù)氖中g(shù)入路。3D打印技術(shù)克服了以往的術(shù)前二維圖像缺乏立體結(jié)構(gòu)不能精準(zhǔn)顯示骨折類型的缺點(diǎn)[3]，使手術(shù)個性化、簡單化、精確化。本文回顧分析2014年7月至2016年6月，我院收治并完成隨訪的32例脛骨平臺骨折患者資料，探討三柱理論結(jié)合3D打印技術(shù)指導(dǎo)治療復(fù)查脛骨平臺骨折療效，報(bào)道如下。

1 資料與方法

1.1 病例納入標(biāo)準(zhǔn)與排除標(biāo)準(zhǔn)：病例納入標(biāo)準(zhǔn)：①通過X線、CT檢查明確診斷為脛骨平臺粉碎性骨折。②受傷至手術(shù)時間≤2周的新鮮閉合骨折。病例排除標(biāo)準(zhǔn)：①膝關(guān)節(jié)慢性病變，傷前膝關(guān)節(jié)功能障礙。②合并同側(cè)神經(jīng)、血管損傷。③具有較重基礎(chǔ)病或其他原因而不能配合治療。

1.2 一般資料：本研究共納入患者32例，男22例，女10例。年齡25～73歲，平均年齡38歲。左側(cè)脛骨平臺骨折14例，右側(cè)18例。按照三柱分型方法統(tǒng)計(jì)：三柱骨折12例、雙柱骨折20例，其中內(nèi)側(cè)柱合并外側(cè)柱骨折11例、內(nèi)側(cè)柱合并后側(cè)柱骨折3例、外側(cè)柱合并后側(cè)柱骨折6例。所有患者均為新鮮閉合性骨折，采用手術(shù)治療。受傷至手術(shù)時間為5～10d，平均7d。術(shù)前使用Mimics軟件處理CT掃描數(shù)據(jù)后打印病例的脛骨平臺骨模型，本研究已得到本院倫理委員會批準(zhǔn)，所有患者均簽署手術(shù)知情同意書。

1.3 分型及3D成型打印：①按三柱理論分型，如圖1所示，O為脛骨棘連線中點(diǎn)，A為脛骨結(jié)節(jié)，B點(diǎn)為脛骨平臺內(nèi)側(cè)嵴，C點(diǎn)為腓骨頭前緣。OA、OB、OC三條線將脛骨平臺分割成三部分，分別為內(nèi)側(cè)柱、外側(cè)柱及后柱，骨折累及骨皮質(zhì)定義為柱骨折[4]。②骨折CT掃描數(shù)據(jù)，以Dicom格式導(dǎo)入Mimics 軟件（Materialise公司，比利時）中，通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行三維重建，獲得骨折的立體模型，骨折碎塊模擬手術(shù)復(fù)位，然后把Dicom格式掃描數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為STL格式文件，導(dǎo)入RAISE F2 3D打印機(jī)（上海復(fù)翔）中，打印1∶1的實(shí)物骨折模型（圖2）。除去模型骨折塊之間的支撐物，將游離骨塊模擬復(fù)位，觀察脛骨平臺松質(zhì)骨壓縮深度及皮質(zhì)骨嵌插情況，確定壓縮部位撬撥幅度及骨折塊復(fù)位方法后，按手術(shù)復(fù)位步驟對骨折模型復(fù)位、完成鋼板塑性、確定落螺釘長度與方向。

圖1

1.4 手術(shù)方法及術(shù)后處理：根據(jù)患者情況選擇全麻或硬外麻，麻醉成功后，患肢上氣壓止血帶，壓力50 kPa，時長90 min，術(shù)前抗生素預(yù)防感染，根據(jù)骨折情況選擇相應(yīng)的體位及手術(shù)入路：①內(nèi)側(cè)柱合并外側(cè)柱骨折采用平臥位，選擇前外側(cè)聯(lián)合前內(nèi)側(cè)入路；②內(nèi)側(cè)柱合并后柱骨折采用側(cè)臥位，選擇前內(nèi)側(cè)聯(lián)合后內(nèi)側(cè)倒“L”入路；③外側(cè)柱合并后柱骨折采用上半身側(cè)臥位，下半身俯臥位的漂浮體位，選擇前外側(cè)聯(lián)合后內(nèi)側(cè)倒“L”入路。④三柱骨折采用漂浮體位，選擇內(nèi)側(cè)入路聯(lián)合前外側(cè)入路。脛骨平臺三柱骨折傳統(tǒng)復(fù)位順序通常為先復(fù)位比較完整的后內(nèi)側(cè)骨折塊，解剖復(fù)位并臨時固定后可為脛骨平臺高度和寬度作參考，平臺中心區(qū)壓縮關(guān)節(jié)面通常經(jīng)前內(nèi)側(cè)或前外側(cè)復(fù)位并植骨。本研究組患者均根據(jù)術(shù)前確定的鋼板放置位置及螺釘方向置入預(yù)塑形鋼板及相應(yīng)長度的螺釘。由于脛骨平臺骨折均涉及到關(guān)節(jié)面，所以力求骨折達(dá)到解剖復(fù)位?；颊呷绱嬖诎朐掳?、交叉韌帶及副韌帶等損失，必要時術(shù)中修復(fù)。術(shù)后抗生素使用2 d預(yù)防感染，為減少膝關(guān)節(jié)積血，降低軟組織腫脹，術(shù)后患者膝關(guān)節(jié)均使用彈力繃帶加壓包扎1周并冷敷，同時墊高患肢。術(shù)后第3日開始進(jìn)行股四頭肌收縮鍛煉，術(shù)后1周膝關(guān)節(jié)開始伸屈活動，術(shù)后6周患肢開始部分負(fù)重，術(shù)后3個月內(nèi)定期隨訪，復(fù)查X線檢查確定骨折愈合后，進(jìn)行完全負(fù)重。

圖2

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理：采用SPSS17.0統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。用平均值±標(biāo)準(zhǔn)差（±s）的方法表示計(jì)量數(shù)據(jù)資料。兩樣本均數(shù)比較采用t檢驗(yàn)，P值＜0.01表示數(shù)據(jù)資料差異顯著，P值＜0.05表示數(shù)據(jù)資料差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié) 果

研究組的32例患者獲得隨訪，隨訪時間12～24個月（平均15.6個月），手術(shù)切口均甲級愈合，無切口皮膚壞死、感染及內(nèi)固定物松動、斷裂情況。骨折愈合時間10～16周（平均14.6周），術(shù)后指導(dǎo)患者完全負(fù)重時間12～16周（平均15.1周）。術(shù)后6個月、12個月隨訪時按照（The Hospital for Specical Surgery Knee-ralting Score，HSS）膝關(guān)節(jié)評分標(biāo)準(zhǔn)評測，HSS評分術(shù)后6個月（89.1±2.2）分，優(yōu)25例、良5例、可2例；術(shù)后12個月（90.7±4.6）分，優(yōu)23例、良7例、可2例（表1）。測量患者術(shù)后3天TPA（86.9±5.3）°，PA（10.2±3.1）°；術(shù)后6個月TPA（85.6±4.2）°，PA（11.1°±2.3）°；術(shù)后12個月TPA（86.1±5.6）°，PA（10.7±1.2）°?；颊咝g(shù)后6個月、12個月TPA、PA測量值與術(shù)后3天對比無明顯統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P＞0.05）。見表2。

表1 術(shù)后6個月、12個月HSS評分（分，±s）

表1 術(shù)后6個月、12個月HSS評分（分，±s）

術(shù)后6各月 術(shù)后12個月 P值HSS評分 89.1±2.2 90.7±4.6 0.282優(yōu)良率(%) 93.8 93.8

表2 脛骨平臺骨折術(shù)后TPA與PA（±s，°）

表2 脛骨平臺骨折術(shù)后TPA與PA（±s，°）

TPA(°) PA(°)術(shù)后3天 86.9±5.3 10.2±3.1術(shù)后6個月 85.6±4.2 11.1±2.3術(shù)后12個月 86.1±5.6 10.7±1.2 P值 0.629 0.872

3 討 論

隨著交通的發(fā)達(dá)及建筑業(yè)的發(fā)展，高能量損傷引起的復(fù)雜脛骨平臺骨折越來越常見[5]。脛骨平臺骨折為關(guān)節(jié)內(nèi)骨折，無論AO、BO理論都要求關(guān)節(jié)面解剖復(fù)位并恢復(fù)下肢力線，有文獻(xiàn)報(bào)道[6]，下肢力線內(nèi)、外翻超過10°，易導(dǎo)致創(chuàng)傷性膝關(guān)節(jié)炎?，F(xiàn)今，對于脛骨平臺粉碎性骨折臨床上主張手術(shù)為首選治療方案[7]，如治療不當(dāng)常會導(dǎo)致膝關(guān)節(jié)不穩(wěn)、疼痛伴功能障礙以及創(chuàng)傷性關(guān)節(jié)炎等并發(fā)癥，嚴(yán)重影響患者生活質(zhì)量。恢復(fù)關(guān)節(jié)面平整、堅(jiān)強(qiáng)內(nèi)固定、壓縮骨折復(fù)位后植骨以及術(shù)后早期功能鍛煉是治療脛骨平臺骨折應(yīng)遵循的原則[8]。脛骨平臺骨折常為粉碎性的復(fù)雜骨折，一般需要聯(lián)合入路進(jìn)行復(fù)位固定，而脛骨前方及內(nèi)側(cè)軟組織覆蓋少，血運(yùn)不豐富，術(shù)后易出現(xiàn)手術(shù)切口間或手術(shù)切口周圍皮膚軟組織壞死。因此，準(zhǔn)確的骨折分型指導(dǎo)選擇合理的手術(shù)入路對治療脛骨平臺骨折至關(guān)重要[9]。臨床上，脛骨平臺骨折以往習(xí)慣按Schatzker分型或AO/OTA分型，這兩種分型方法都是基于X線平片，復(fù)雜脛骨平臺骨折特別是累計(jì)平臺后方，X線平片易存在遮擋，分型不明確。羅從風(fēng)醫(yī)師[3]在CT平掃骨重建的基礎(chǔ)上，對脛骨平臺骨折提出“三柱分型”理論，把脛骨平臺分為內(nèi)側(cè)柱、外側(cè)柱和后柱，相應(yīng)位置的骨皮質(zhì)連續(xù)性中斷定義為其柱的骨折?！叭中汀崩碚撛谌S立體上觀察骨折端的形態(tài)及相對位置，克服了以往基于X線平片的Schatzker分型及AO/OTA分型對脛骨平臺骨折類型劃分不明確的缺點(diǎn)，減少了脛骨平臺骨折的漏診、誤診率[10]，并且對骨折端手術(shù)顯露、生物力學(xué)固定方面有很好的指導(dǎo)意義[11]。

骨科3D打印技術(shù)是將CT掃描的數(shù)字模型文件（DICOM數(shù)據(jù)），傳輸至計(jì)算機(jī)后，運(yùn)用Mimics等醫(yī)學(xué)三維圖像處理軟件構(gòu)圖并通過數(shù)字技術(shù)材料打印機(jī)逐層累積打印原始模型的一種技術(shù)。近幾年，3D打印技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用使骨科手術(shù)個性化、精準(zhǔn)化、快捷化[12]。在本研究中，我們術(shù)前應(yīng)用3D打印技術(shù)按1∶1的比例打印出脛骨平臺骨模型，在模型上模擬骨折復(fù)位內(nèi)固定手術(shù)，對術(shù)中鋼板提前預(yù)彎、塑型，記錄骨折塊復(fù)位順序、鋼板放置位置、不同釘孔的螺釘方向和長度。通過術(shù)前模擬手術(shù)省略了術(shù)中鋼板預(yù)彎的時間、減少了C臂機(jī)透視的次數(shù)、縮短了手術(shù)時間，并且提高了手術(shù)效率和手術(shù)的精確度。

本研究根據(jù)三柱分型理論，術(shù)前制定手術(shù)入路及內(nèi)固定方案，結(jié)合3D打印技術(shù)模擬手術(shù)。試驗(yàn)組32例復(fù)雜脛骨平臺骨折患者，術(shù)中操作與術(shù)前模擬手術(shù)物明顯差別。其手術(shù)切口均甲級愈合，無皮膚壞死、感染。術(shù)后隨訪HSS平分優(yōu)良率93.8%；術(shù)后6個月及術(shù)后12個月脛骨平臺內(nèi)翻角、后傾角與術(shù)后3天對比物明顯統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P＞0.05）。綜上所述，三柱理論結(jié)合3D打印技術(shù)指導(dǎo)治療復(fù)查脛骨平臺骨折療效確切，膝關(guān)節(jié)功能恢復(fù)滿意，值得在臨床中推廣。

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