3D打印技術(shù)在Schazker VI型脛骨平臺(tái)骨折中的臨床應(yīng)用

鄭均炬，林洲，陳嘉如，倪躍平，牟哲飛，蔡樂(lè)益

（1.溫州市中心醫(yī)院 骨科，浙江 溫州 325000；2.溫州醫(yī)科大學(xué)附屬第二醫(yī)院育英兒童醫(yī)院 創(chuàng)傷骨科，浙江 溫州 325027）

脛骨平臺(tái)骨折在臨床上較多見(jiàn)，占各部位骨折的1%。脛骨平臺(tái)骨折多累及負(fù)脛骨平臺(tái)關(guān)節(jié)面，該關(guān)節(jié)為負(fù)重關(guān)節(jié)，常伴有內(nèi)外側(cè)半月板及膝關(guān)節(jié)各韌帶的損傷。Schazker VI型脛骨平臺(tái)骨折移位明 顯，碎骨片多，周圍皮膚及軟組織損傷重，骨折斷端形態(tài)復(fù)雜，術(shù)中要求盡量解剖復(fù)位，難度高，在術(shù)前即要求設(shè)計(jì)合理的手術(shù)方案。傳統(tǒng)手術(shù)術(shù)前由醫(yī)師根據(jù)X片、CT平掃及三維重建了解骨折形態(tài)。以上檢查只能得到平面二維圖像。手術(shù)醫(yī)師只能依靠想象得到虛擬的三維模型，無(wú)法得到可觸及的準(zhǔn)確且直觀的模型。對(duì)于手術(shù)例數(shù)少，年資較低的醫(yī)師，了解骨折形態(tài)的立體信息比較困難。

3D打印技術(shù)是在計(jì)算機(jī)軟件運(yùn)算控制下，通過(guò)3D打印設(shè)備，得到實(shí)體大小1:1的模型[1]。3D打印技術(shù)在醫(yī)學(xué)上首先應(yīng)用于整形外科和顱頜面外科專 業(yè)[2]。隨著3D打印技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)今3D打印技術(shù)在骨外科專業(yè)的臨床及科研中得到了廣泛的應(yīng)用。在骨科的應(yīng)用范圍包括：術(shù)前規(guī)劃，預(yù)手術(shù)，導(dǎo)航模板在術(shù)中的應(yīng)用，外支架的個(gè)體定制，內(nèi)固定裝置的個(gè)體化制作及骨組織工程。應(yīng)用較為成熟的是術(shù)前規(guī)劃，預(yù)手術(shù)，導(dǎo)航模板。本研究比較傳統(tǒng)手術(shù)與應(yīng)用3D打印技術(shù)參與手術(shù)2種方法治療Schazker VI 型脛骨平臺(tái)骨折的療效，探討3D打印技術(shù)在輔助治療Schazker VI型脛骨平臺(tái)骨折的可行性和應(yīng)用價(jià)值。

1 資料和方法

1.1 一般資料 收集2017年1月至2019年10月溫州市中心醫(yī)院和溫州醫(yī)科大學(xué)附屬第二醫(yī)院育英兒童醫(yī)院57例Schazker VI型脛骨平臺(tái)骨折的臨床資料。其中男35例，女22例，年齡（41.9±9.4）歲。按是否應(yīng)用3D打印技術(shù)輔助治療，分成傳統(tǒng)組和3D模型組。2組手術(shù)由同組醫(yī)師或相似年資醫(yī)師完成，性別、年齡、致傷因素以及外傷至手術(shù)時(shí)間差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05），具體見(jiàn)表1。本研究由溫州市中心醫(yī)院倫理委員會(huì)審查通過(guò)。

表1 2組患者的一般資料比較

1.2 術(shù)前準(zhǔn)備

1.2.1 2組術(shù)前常規(guī)準(zhǔn)備：常規(guī)術(shù)前檢查，膝關(guān)節(jié)X線、三維CT重建、MRI檢查，患膝關(guān)節(jié)制動(dòng)、消腫、鎮(zhèn)痛治療，患肢等長(zhǎng)收縮鍛煉，抗凝治療；處理高血壓、糖尿病等基礎(chǔ)疾?。恍g(shù)前預(yù)防感染，禁食。

1.2.2 3D模型組特殊準(zhǔn)備：3D模型組除傳統(tǒng)手術(shù)組術(shù)前準(zhǔn)備外，還要收集薄層CT掃描結(jié)果，獲得骨折三維模型。由3D打印機(jī)打印出1:1脛骨近端骨折模型2個(gè)，一個(gè)用來(lái)觀察骨折形態(tài)，另一個(gè)行切復(fù)預(yù)手術(shù)。在模型上明確骨折形態(tài)。立體觀察骨碎塊位置，制定合適的手術(shù)入路。對(duì)打印的骨折模型復(fù)位，體外模擬手術(shù)，利用克氏針固定復(fù)位后的脛骨平臺(tái)后選用合適的鋼板及螺釘固定骨折模型，并對(duì)鋼板塑形，大致確定螺釘?shù)墓潭ǚ较蚣伴L(zhǎng)度。之后消毒內(nèi)固定物準(zhǔn)備用于手術(shù)。

1.3 手術(shù)方法 傳統(tǒng)組患者按術(shù)前制定手術(shù)方案做脛骨近端前外側(cè)、后內(nèi)側(cè)、內(nèi)側(cè)及后側(cè)切口。顯露脛骨近端骨折部位及脛骨平臺(tái)關(guān)節(jié)面。暴露平臺(tái)骨折碎塊及塌陷關(guān)節(jié)面，在平臺(tái)下方約1.5 cm處開(kāi)窗，撬撥頂高塌陷的關(guān)節(jié)面，復(fù)位骨折斷端及骨碎片。由克氏針平行關(guān)節(jié)面，做臨時(shí)固定，放置外側(cè)或內(nèi)側(cè)支撐主力鋼板及輔助支撐鋼板。后內(nèi)側(cè)平臺(tái)骨折往往需后側(cè)入路復(fù)位骨折，置鋼板或螺釘固定。平臺(tái)塌陷區(qū)頂起后缺損處需植骨。

3D模型組術(shù)前對(duì)骨折模型有了深刻理解，在制定手術(shù)方案時(shí)更加確切，術(shù)中可對(duì)比骨折斷端與模型，參考使用模擬手術(shù)中定制的內(nèi)植物進(jìn)行固定。

1.4 療效評(píng)定 比較2組手術(shù)時(shí)間、術(shù)中出血量、術(shù)中C臂機(jī)透視次數(shù)以及隨訪HSS評(píng)分評(píng)價(jià)骨折愈合后膝關(guān)節(jié)功能[3]。

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理方法 采用SPSS13.0統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。計(jì)量資料以表示，2組比較采用t檢驗(yàn)；計(jì)數(shù)資料采用χ2檢驗(yàn)。P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 2組治療效果的比較 與傳統(tǒng)組比，3D模型組手術(shù)時(shí)間、術(shù)中出血量、術(shù)中透視次數(shù)均明顯減少，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.01）。術(shù)后所有患者均獲得隨訪，隨訪時(shí)間10～16（12.8±1.9）個(gè)月，3D模型組HSS評(píng)分較傳統(tǒng)組明顯升高，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.01）。見(jiàn)表2。說(shuō)明3D打印技術(shù)在 Schazker VI型脛骨平臺(tái)骨折手術(shù)治療與傳統(tǒng)手術(shù)相比，具有優(yōu)勢(shì)。

表2 2組治療效果的比較

2.2 典型病例 患者，男，39歲，因重物砸傷致左側(cè)脛骨平臺(tái)骨折。CT三維重建見(jiàn)圖1，提示骨折累及內(nèi)外側(cè)脛骨平臺(tái)及脛骨干。Schatzker分型為VI型。入院傳統(tǒng)術(shù)前準(zhǔn)備。應(yīng)用3D打印技術(shù)打印1:1脛骨平臺(tái)骨折模型，術(shù)前判斷骨折形態(tài)，行復(fù)位預(yù)手術(shù)，鋼板克氏針固定骨折端見(jiàn)圖2。手術(shù)效果滿 意，手術(shù)時(shí)間92 min，術(shù)中出血80 mL，手術(shù)過(guò)程中C臂機(jī)透視12次。手術(shù)參考模型及預(yù)手術(shù)結(jié)果，復(fù)位滿意，內(nèi)植物固定可靠，見(jiàn)圖3。術(shù)后患者能遵醫(yī)囑功能鍛煉，術(shù)后3.5個(gè)月下地負(fù)重，無(wú)并發(fā)癥。術(shù)后12個(gè)月患側(cè)膝關(guān)節(jié)HSS評(píng)分89分。

圖1 術(shù)前CT三維重建

3 討論

Schazker VI型脛骨平臺(tái)骨折一般為高能量損傷，關(guān)節(jié)面損傷嚴(yán)重，累計(jì)范圍大，塌陷嚴(yán)重，手術(shù)治療是恢復(fù)膝關(guān)節(jié)功能的有效手段[4-5]。術(shù)前X線片、CT的三維重建，只能得到平面圖像。臨床醫(yī)師不能得到直觀的模型，僅憑平面圖像想象三維模型。手術(shù)中因皮膚軟組織的覆蓋，不能直觀了解骨折形態(tài)，對(duì)于骨折碎片移位程度及方向、力線把握等較困難。在內(nèi)植物固定過(guò)程中，由于存在個(gè)體差異，鋼板與骨骼常不能匹配，需要術(shù)中對(duì)接骨板的塑型折彎以匹配骨組織的形態(tài)。各螺釘?shù)姆较蚣伴L(zhǎng)度常需多次調(diào)整，增加了C臂機(jī)使用次數(shù)。手術(shù)時(shí)間難以控制在90 min內(nèi)完成，而一次下肢止血帶使用時(shí)間極限為90 min。所以對(duì)有嚴(yán)重軟組織損傷 的，血液循環(huán)欠佳的患者是一項(xiàng)嚴(yán)峻的考驗(yàn)。因?yàn)槭中g(shù)時(shí)間關(guān)系，導(dǎo)致術(shù)者手術(shù)尚未達(dá)到解剖復(fù)位或固定牢靠即結(jié)束，影響手術(shù)效果，膝關(guān)節(jié)功能恢復(fù)不佳。為了達(dá)到手術(shù)效果而延長(zhǎng)手術(shù)時(shí)間，則皮瓣壞死、感染等風(fēng)險(xiǎn)會(huì)增加。因此，脛骨平臺(tái)骨折手術(shù)需要在盡短時(shí)間內(nèi)做到精準(zhǔn)復(fù)位固定。但3D打印技術(shù)不能對(duì)軟組織進(jìn)行復(fù)制，存在一定缺陷，需結(jié)合MRI了解韌帶軟組織損傷情況。

圖2 3D打印技術(shù)打印1:1脛骨平臺(tái)骨折端模型及模擬手術(shù)圖

圖3 術(shù)后X線正（A）側(cè)（B）位片

近年來(lái)3D打印技術(shù)不斷進(jìn)步，在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域持續(xù)發(fā)展[6]，在臨床骨科中的應(yīng)用日益廣泛。在打印制作骨折模型、術(shù)前規(guī)劃模擬手術(shù)、定制個(gè)體化的內(nèi)植物及外支架制作、骨組織工程等方面均開(kāi)展了較深入的研究。3D打印技術(shù)在骨科手術(shù)治療中的應(yīng)用取得了良好的臨床效果[7-8]。3D打印的模型直接可以測(cè)量骨折移位的距離[9-10]，了解骨折形態(tài)，明確骨折分型。術(shù)前可定制個(gè)體化的手術(shù)方法。在實(shí)體模型上預(yù)手術(shù)，通過(guò)比較多種手術(shù)方式、固定方法，制定最佳方案，達(dá)到最好的治療效果。術(shù)前定做個(gè)體化內(nèi)植物，預(yù)先塑型匹配，減少手術(shù)時(shí)間，繼而減少出血量，降低感染風(fēng)險(xiǎn)。3D打印骨折模型無(wú)皮膚韌帶軟組織遮擋，方便術(shù)者了解尋找解剖標(biāo)記，對(duì)骨折碎片移位及需要復(fù)位的方向，對(duì)固定螺釘?shù)拈L(zhǎng)度、固定方向均可預(yù)先測(cè)量制定。模擬手術(shù)減少了手術(shù)中螺釘穿入關(guān)節(jié)腔、螺釘過(guò)長(zhǎng)損傷周圍組織等問(wèn)題。通過(guò)模擬手術(shù)，提高術(shù)中精準(zhǔn)復(fù)位固定，可減少術(shù)中C臂機(jī)透視次數(shù)，減少術(shù)者及患者的射線暴露。利用骨折模型及預(yù)手術(shù)復(fù)位模型向患者介紹骨折形態(tài)及手術(shù)目的及效果，使患者更加直觀了解骨折及手術(shù)效果，利于醫(yī)患溝通。本研究中3D模型組在手術(shù)時(shí)間、術(shù)中出血量、術(shù)中透視次數(shù)、HSS評(píng)分等指標(biāo)均優(yōu)于傳統(tǒng)組，證明3D打印技術(shù)在Schazker VI型脛骨平臺(tái)骨折手術(shù)治療中的應(yīng)用與傳統(tǒng)手術(shù)相比，具有較明顯的優(yōu)勢(shì)。

Schazker VI型脛骨平臺(tái)骨折關(guān)節(jié)面一般塌陷嚴(yán)重，松質(zhì)骨嵌插，撬撥復(fù)位后平臺(tái)下方骨質(zhì)缺損形成空腔，容易引起平臺(tái)再塌陷及骨折移位，故骨缺損處需行植骨。臨床基本采取人工骨植入或自體髂骨植入。但當(dāng)骨缺損范圍大時(shí)，自體骨可取用量不夠，人工骨量大費(fèi)用高，易感染，植入骨組織形態(tài)不吻合等各種問(wèn)題將出現(xiàn)。目前3D打印技術(shù)在骨組織工程學(xué)中的應(yīng)用研究較多。通過(guò)3D打印支架，將特定骨組織細(xì)胞培養(yǎng)擴(kuò)增，并植于支架上，增殖形成骨組織，支架被機(jī)體吸收降解。袁景等[11]在3D打印支架上培養(yǎng)大鼠骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞，并在支架上良好地生長(zhǎng)。3D打印的人工骨植入于新西蘭兔后未發(fā)生免疫反應(yīng)，人工骨上能長(zhǎng)入骨和纖維組 織[12-13]。PARK等[14]利用3D打印技術(shù)制作出組織工程支架，植入兔子體內(nèi)后出現(xiàn)骨再生。該支架由聚乳酸-羥基乙酸與聚己內(nèi)酯共聚物為材料。目前骨組織工程學(xué)中各種材料打印的支架研究尚處在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)的初級(jí)階段，但正逐步向著腫瘤、感染、壞死等原因引起的缺損方向前進(jìn)。

綜上所述，3D打印技術(shù)在Schazker VI型脛骨平臺(tái)骨折中有利于術(shù)前診斷，制定治療方案，提高手術(shù)效率，改善醫(yī)患溝通。3D打印技術(shù)的應(yīng)用符合“精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)”理念，體現(xiàn)個(gè)體化治療。隨著研究的深入，3D打印技術(shù)將有更高的精密度，更低的成本，更好的材料，更高的效率，并將成為臨床骨科的重要技術(shù)力量。