3D打印術(shù)前模擬手術(shù)固定輔助治療脛骨平臺(tái)陳舊骨折

王培召，李小永，譚紅略，袁彥浩，王 嘯

脛骨平臺(tái)骨折大多由高能量損傷引起，常表現(xiàn)為脛骨平臺(tái)關(guān)節(jié)面塌陷、骨塊粉碎移位等，如處理不當(dāng)，極易發(fā)生術(shù)后切口感染、皮膚壞死、關(guān)節(jié)畸形及創(chuàng)傷性關(guān)節(jié)炎等并發(fā)癥[1-2]；如延誤為陳舊骨折，治療難度更大。近些年，基于數(shù)字醫(yī)學(xué)的3D打印術(shù)前模擬手術(shù)通過(guò)3D打印骨折原始立體模型，能使臨床對(duì)脛骨平臺(tái)陳舊骨折的具體移位形態(tài)及結(jié)構(gòu)有更加準(zhǔn)確的觀察。同時(shí)，可在打印出的骨折原始模型上進(jìn)行術(shù)前模擬手術(shù)固定[3-4]。2015年7月～2017年8月，我們采用3D打印術(shù)前模擬手術(shù)固定輔助治療20例脛骨平臺(tái)陳舊骨折患者，療效滿意，報(bào)道如下。

1 材料與方法

1.1 病例資料本組20例，男13例，女7例，年齡28～54歲。左側(cè)9例，右側(cè)11例。致傷原因：交通傷11例，高處墜落傷9例。均為閉合骨折，7例合并半月板損傷。骨折Schatzker分型：Ⅳ型7例，Ⅴ型8例，Ⅵ型5例?；颊呔鶠殛惻f骨折：15例入院后行常規(guī)患肢血管B超檢查，提示下肢深靜脈血栓形成，主要存在于脛后靜脈、腘靜脈、腓靜脈及小腿肌間靜脈，患者接受全身抗凝及患肢局部靜脈溶栓等治療3周及以上；2例合并顱腦損傷、1例合并腹部損傷、2例因不恰當(dāng)非手術(shù)治療致病程超過(guò)3周。傷后至手術(shù)時(shí)間21～30(23.5±2.2) d。

1.2 3D打印模型及模擬手術(shù)① 實(shí)體骨折模型打?。簩?duì)脛骨平臺(tái)骨折進(jìn)行64排CT平掃(層厚0.5 mm)，將數(shù)據(jù)導(dǎo)入Mimics軟件中進(jìn)行三維重建，然后數(shù)據(jù)以.stl格式輸入到3D打印機(jī)，以粉末狀聚乳酸可黏合材料打印出與實(shí)際平臺(tái)骨折形態(tài)等比例的實(shí)物模型。② 實(shí)體模型骨折塊標(biāo)識(shí)：通過(guò)對(duì)打印模型仔細(xì)觀察，全面了解各骨折塊形態(tài)及移位程度，識(shí)別其復(fù)位對(duì)合的關(guān)鍵標(biāo)識(shí)，以便指導(dǎo)術(shù)中辨認(rèn)。③ 模擬手術(shù)操作：在模型上模擬骨折塊的復(fù)位步驟，將骨折塊逐一解剖復(fù)位后，以克氏針固定；選擇合適的解剖鎖定鋼板，進(jìn)行必要的預(yù)彎塑形后，貼附在復(fù)位骨折模型合適位置，并以相應(yīng)的鎖定螺釘固定。④ 鋼板螺釘型號(hào)測(cè)量記錄：鋼板固定后，逐一測(cè)量相應(yīng)固定孔置入螺釘?shù)男吞?hào)及長(zhǎng)度，并做好標(biāo)記及記錄，以利于術(shù)中直接選擇使用。⑤ 鋼板螺釘準(zhǔn)備：準(zhǔn)備2套鋼板及螺釘，1套為術(shù)前模擬預(yù)彎塑形鋼板，送入手術(shù)室消毒后術(shù)中可直接使用；另1套為常規(guī)鋼板，以備術(shù)中內(nèi)置物變更時(shí)使用。同時(shí)，3D打印骨折原始模型及復(fù)位固定后模型帶入手術(shù)室以備術(shù)中實(shí)時(shí)觀察參考。

1.3 手術(shù)操作腰硬聯(lián)合麻醉或全身麻醉。較完整的內(nèi)側(cè)柱及外側(cè)柱脛骨平臺(tái)骨折患者取仰臥位及前正中入路(Schatzker Ⅴ、Ⅵ型)，內(nèi)側(cè)柱粉碎性骨折并膝關(guān)節(jié)脫位(Schatzker Ⅳ型)及延及干骺端(Schatzker Ⅵ型)的三柱骨折患者取漂浮體位及后內(nèi)側(cè)倒L形入路聯(lián)合前正中入路。后內(nèi)側(cè)倒L形入路做長(zhǎng)10～15 cm切口，分離組織時(shí)將脛神經(jīng)、腘血管、腓腸肌內(nèi)側(cè)頭等牽向外側(cè)，鈍性剝離其下的比目魚肌、腘肌并向外分離牽開，即可顯露后內(nèi)側(cè)及外側(cè)柱骨折面。前正中手術(shù)入路做長(zhǎng)10～15 cm切口，分離后由髕韌帶兩側(cè)進(jìn)入膝關(guān)節(jié)，顯露關(guān)節(jié)面及骨折端。參考打印模型，仔細(xì)分離確定骨折塊，解除骨折塊間軟組織和半月板的阻擋；參考復(fù)位固定后的實(shí)體模型，依術(shù)前設(shè)計(jì)復(fù)位主要骨折塊及其他骨折塊，后內(nèi)側(cè)入路置入已塑形的T形橈骨遠(yuǎn)端鋼板或直型鎖定鋼板，前正中入路置入已塑形的解剖鎖定鋼板。術(shù)中保證術(shù)前預(yù)塑形鋼板的貼附固定；如不服帖，需再次檢查調(diào)整骨折復(fù)位，直至鋼板置入到合適位置。根據(jù)術(shù)前計(jì)劃，直接選擇鋼板釘孔對(duì)應(yīng)規(guī)格的鎖定螺釘進(jìn)行固定。骨折復(fù)位固定后，對(duì)存在骨缺損較大患者，混合植入同種異體骨及自體髂骨。7例半月板損傷者5例縫合修復(fù)、2例次全切除。C臂機(jī)透視確定骨折復(fù)位固定滿意后，置入引流管，常規(guī)縫合切口。

1.4 術(shù)后處理常規(guī)應(yīng)用預(yù)防感染及下肢深靜脈血栓形成藥物。麻醉作用消失后，囑患者進(jìn)行足趾及踝關(guān)節(jié)活動(dòng)，主動(dòng)行股四頭肌及腘繩肌等長(zhǎng)收縮鍛煉。術(shù)后2 d拔除引流管，膝關(guān)節(jié)CPM機(jī)輔助鍛煉，逐步增加屈曲角度。術(shù)后2周扶雙拐患肢不負(fù)重下地活動(dòng)。出院后定期復(fù)查，根據(jù)骨折愈合情況指導(dǎo)患者部分及完全負(fù)重，同時(shí)配合本院中藥外洗劑以促進(jìn)膝關(guān)節(jié)功能康復(fù)。

1.5觀察指標(biāo)與療效評(píng)價(jià)① 記錄手術(shù)時(shí)間、骨折愈合時(shí)間及并發(fā)癥發(fā)生情況。② 術(shù)后即刻及末次隨訪時(shí)攝X線片復(fù)查，在X線片上測(cè)量脛骨平臺(tái)內(nèi)翻角(TPA)、股脛角(FTA)及內(nèi)側(cè)平臺(tái)后傾角(PSA)評(píng)估骨折復(fù)位質(zhì)量。TPA：X線片冠狀面上脛骨平臺(tái)面的切線與脛骨機(jī)械軸線所構(gòu)成的內(nèi)側(cè)夾角；PSA：X線片矢狀位上脛骨中上段前側(cè)骨皮質(zhì)切線的垂線與內(nèi)側(cè)脛骨平臺(tái)前后緣連線之間的夾角；FTA：X線片冠狀面上股骨與脛骨機(jī)械軸線所構(gòu)成的外側(cè)夾角。③ 末次隨訪時(shí)記錄患膝關(guān)節(jié)活動(dòng)度、HSS膝關(guān)節(jié)功能評(píng)分。

2 結(jié)果

患者均獲得隨訪，時(shí)間12～26個(gè)月。

2.1 手術(shù)情況手術(shù)時(shí)間90～150(117.8±16.3)min，骨折愈合時(shí)間4～6(5.3±0.6)個(gè)月。術(shù)后2例切口脂肪液化，予以清創(chuàng)換藥后愈合；2例創(chuàng)傷性關(guān)節(jié)炎,行口服及外敷藥物等非手術(shù)治療后癥狀好轉(zhuǎn)?；颊呔鶡o(wú)患肢深靜脈血栓形成、切口感染、內(nèi)固定物松動(dòng)斷裂及骨折不愈合等并發(fā)癥發(fā)生。

2.2 脛骨平臺(tái)TPA、FTA及PSA見表1。脛骨平臺(tái)TPA、FTA及PSA末次隨訪時(shí)與術(shù)后即刻比較差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。

2.3 膝關(guān)節(jié)活動(dòng)度、HSS膝關(guān)節(jié)功能評(píng)分末次隨訪時(shí)，患膝關(guān)節(jié)活動(dòng)度:屈100°～140°(130.5°±11.9°)，伸0°～5°(1.8°±1.5°)；HSS膝關(guān)節(jié)功能評(píng)分：疼痛15～30(27.0±3.8)分，功能16～22(19.9±2.0)分，活動(dòng)度12～18(16.2±1.5)分，肌力8～10(8.7±1.0)分，屈曲畸形5～10(8.5±1.5)分，穩(wěn)定性8～10(9.4±0.9)分，總分64～99(89.7±8.2)分；療效評(píng)價(jià)：優(yōu)15例，良4例，中1例。

2.4 典型病例見圖1。

3 討論

3.1 3D打印在脛骨平臺(tái)骨折中的應(yīng)用無(wú)論是術(shù)前計(jì)劃還是術(shù)中骨折塊顯露及復(fù)位固定，脛骨平臺(tái)陳舊骨折的手術(shù)治療對(duì)于外科醫(yī)師來(lái)說(shuō)均具有挑戰(zhàn)性。臨床中依據(jù)X線片、CT及MRI指導(dǎo)的術(shù)前設(shè)計(jì)及術(shù)中操作由于受到二維平面的局限，可導(dǎo)致術(shù)者對(duì)平臺(tái)骨折立體結(jié)構(gòu)認(rèn)識(shí)不足，術(shù)中對(duì)骨折的顯露及骨折塊的識(shí)別困難，使骨折的復(fù)位效果及固定可靠程度受影響[3-4]。3D打印是一種以數(shù)字模型為基礎(chǔ)，運(yùn)用粉末狀塑料等可黏合材料，通過(guò)逐層打印的方式來(lái)構(gòu)造物體的技術(shù)[5]。該技術(shù)可提高骨科手術(shù)的準(zhǔn)確性、減少手術(shù)出血、縮短手術(shù)時(shí)間，有利于術(shù)后肢體功能的恢復(fù)，目前在骨科臨床上應(yīng)用日漸廣泛[6-7]。Giannetti et al[8]采用3D打印輔助復(fù)位固定脛骨平臺(tái)骨折并與未采用3D打印的患者作對(duì)照，研究表明，是否采用3D打印輔助治療對(duì)患者的臨床療效無(wú)明顯差異，但3D打印組手術(shù)時(shí)間及醫(yī)患放射線曝露時(shí)間更短。楊龍 等[9]探討了3D打印在脛骨平臺(tái)骨折術(shù)前計(jì)劃和術(shù)中的輔助作用，對(duì)照研究結(jié)果顯示，手術(shù)時(shí)間、術(shù)中出血量及手術(shù)療效3D打印組均優(yōu)于對(duì)照組，提示3D打印骨折模型有助于精確制定內(nèi)固定修復(fù)方案，且有著更滿意的臨床隨訪效果。

3.2 3D打印術(shù)前模擬手術(shù)固定輔助治療脛骨平臺(tái)陳舊骨折的優(yōu)勢(shì)及不足優(yōu)勢(shì)：① 術(shù)前等比例3D打印出脛骨平臺(tái)骨折模型，可讓醫(yī)師直觀清晰地了解骨折線的走向、骨折塊大小、移位塌陷程度及隱秘的骨折塊，進(jìn)而準(zhǔn)確判斷骨折類型，指導(dǎo)手術(shù)入路及術(shù)式選擇。② 對(duì)于脛骨平臺(tái)陳舊骨折，滿意復(fù)位后匹配可靠的鋼板固定是獲得術(shù)后膝關(guān)節(jié)理想功能的重要保證。而鋼板與骨面解剖不貼附是平臺(tái)骨折術(shù)中常出現(xiàn)的問(wèn)題，往往需要反復(fù)塑形及調(diào)整位置才能達(dá)到滿意效果。術(shù)前在3D打印骨折復(fù)位模型上模擬手術(shù)，可以預(yù)先選擇合適的鋼板并塑形，同時(shí)確定鋼板的合適位置及螺釘?shù)拈L(zhǎng)度、方向等，將預(yù)彎鋼板及螺釘備好消毒，以便術(shù)中直接使用[10]，可提高手術(shù)效率，節(jié)約手術(shù)時(shí)間，減少醫(yī)患放射線曝露。③ 脛骨平臺(tái)骨折未復(fù)位前模型及復(fù)位固定后模型可帶入手術(shù)室，隨時(shí)進(jìn)行術(shù)中參考，提高手術(shù)效率。④ 醫(yī)師術(shù)前可通過(guò)直觀易懂的3D模型對(duì)患者講解骨折情況及相應(yīng)治療方案，有助于患者及家屬理解病情并取得配合，使醫(yī)患關(guān)系更加融洽。然而，3D打印在臨床中應(yīng)用也存在一定局限性：① 3D打印模型價(jià)格較高，增加了治療費(fèi)用；② 打印程序較為繁雜，制作過(guò)程時(shí)間較長(zhǎng)；③ 3D打印目前能夠反映骨折的移位程度，但不能直觀地顯示膝關(guān)節(jié)軟組織結(jié)構(gòu)如血管、韌帶及軟骨的受損情況，因此還需結(jié)合MRI、血管等影像學(xué)技術(shù)進(jìn)行術(shù)前設(shè)計(jì)。

3.3注意事項(xiàng)① 打印必須按1 ∶1模型進(jìn)行，模擬手術(shù)時(shí)，對(duì)于骨折塊的分離復(fù)位要輕柔細(xì)致，避免單個(gè)骨折塊的再劈裂或非骨折區(qū)域的劈裂，否則可導(dǎo)致復(fù)位及鋼板螺釘塑形及測(cè)量的不準(zhǔn)確。② 模擬手術(shù)需結(jié)合實(shí)物模型及MRI表現(xiàn)進(jìn)行，確定骨折塊復(fù)位順序及術(shù)中需要采取的患者體位和手術(shù)切口。③ 模型需包括骨折復(fù)位前原始模型及復(fù)位固定后模型，以便術(shù)中進(jìn)行實(shí)時(shí)參照；術(shù)前選擇的鋼板需準(zhǔn)備2套，其中1套為術(shù)前模擬預(yù)彎塑形鋼板，另1套為常規(guī)鋼板，以備術(shù)中內(nèi)置物變更使用。④ 3D打印技術(shù)為輔助手術(shù)技術(shù)，對(duì)于脛骨平臺(tái)陳舊骨折，圍手術(shù)期患者管理仍不可忽視，包括抗凝、切口管理、術(shù)后功能康復(fù)等。

表1 術(shù)后即刻與末次隨訪時(shí)脛骨平臺(tái)TPA、FTA及PSA比較

圖1 患者，女，45歲，左脛骨平臺(tái)陳舊骨折，行3D打印術(shù)前模擬手術(shù)固定輔助治療 A.術(shù)前X線片，顯示左脛骨平臺(tái)粉碎性骨折，Schatzker分型為Ⅴ型,TPA、FTA及PSA分別為82°、158°、30°;B.術(shù)前數(shù)字化模擬并按1 ∶1比例3D打印骨折模型; C.術(shù)前在打印模型上模擬復(fù)位、預(yù)彎鋼板固定; D.術(shù)后3 d X線片，顯示骨折斷端對(duì)位良好，平臺(tái)關(guān)節(jié)面恢復(fù)良好，TPA、FTA及PSA分別為88°、166°、9°; E.術(shù)后14個(gè)月X線片，顯示骨折端愈合，內(nèi)固定在位，關(guān)節(jié)面未塌陷，TPA、FTA及PSA分別為88°、166°、10°; F.術(shù)后17個(gè)月X線片，顯示脛骨平臺(tái)形態(tài)結(jié)構(gòu)正常，TPA、FTA及PSA分別為87°、166°、10°

綜上所述，3D打印術(shù)前模擬手術(shù)固定輔助治療脛骨平臺(tái)陳舊骨折，有助于精確制定內(nèi)固定修復(fù)方案，使得脛骨平臺(tái)骨折的手術(shù)修復(fù)治療更加精準(zhǔn)及個(gè)性化；同時(shí)可增進(jìn)醫(yī)患溝通，節(jié)約手術(shù)時(shí)間，進(jìn)而提高手術(shù)效率及治療效果。