劉彥, 區(qū)文歡, 揭牧夫, 陳麗君, 陳述祥△

江門(mén)市五邑中醫(yī)院、暨南大學(xué)附屬江門(mén)中醫(yī)院 1骨傷科二區(qū), 3康復(fù)科(廣東江門(mén) 529031)； 2江門(mén)市五邑中醫(yī)院恩平分院骨傷科(廣東江門(mén) 529400)

Schatzker Ⅴ、Ⅵ型脛骨平臺(tái)骨折多是由于高能量損傷的所致的關(guān)節(jié)內(nèi)骨折，發(fā)生率約占全身骨折的0.86%[1-4]，此類骨折治療難度大，術(shù)后并發(fā)癥多，若治療不恰當(dāng)，將影響膝關(guān)節(jié)的功能，其嚴(yán)重性不容忽視[5-6]。在治療方面，Schatzker Ⅴ、Ⅵ型脛骨平臺(tái)骨折關(guān)節(jié)面的解剖重建是膝關(guān)節(jié)早期活動(dòng)和獲得遠(yuǎn)期良好功能的基礎(chǔ)[7-9]，但在以往利用術(shù)前影像學(xué)資料進(jìn)行評(píng)估，有時(shí)很難在術(shù)中做到精準(zhǔn)復(fù)位。本研究通過(guò)對(duì)Schatzker Ⅴ、Ⅵ型脛骨平臺(tái)骨折患者基于CT檢查圖像進(jìn)行三維模型構(gòu)建，計(jì)算機(jī)軟件輔助骨折模擬復(fù)位，通過(guò)3D打印機(jī)打印實(shí)體3D模型制定手術(shù)方案，以探討3D打印輔助技術(shù)在Schatzker Ⅴ、Ⅵ型脛骨平臺(tái)骨折手術(shù)的臨床應(yīng)用，為Schatzker Ⅴ、Ⅵ型脛骨平臺(tái)骨折的精準(zhǔn)治療提供可行、實(shí)用的技術(shù)方法。

1 資料與方法

1.1 一般資料 回顧性分析2015年7月至2018年7月在江門(mén)市五邑中醫(yī)院骨傷科二區(qū)以及江門(mén)市五邑中醫(yī)院恩平分院骨傷科接受手術(shù)治療的168例Schatzker Ⅴ、Ⅵ型脛骨平臺(tái)骨折患者的臨床資料。根據(jù)是否采用3D打印技術(shù)將168例患者分為3D打印微創(chuàng)手術(shù)組和常規(guī)手術(shù)組。3D打印微創(chuàng)手術(shù)組96例，男64例，女32例；年齡21～58歲，平均(36.1±8.7)歲；骨折按照Schazker分型：Ⅴ型42例，Ⅵ型54例；常規(guī)手術(shù)組72例，男46例，女26例；年齡24～52歲，平均(38.1±6.9)歲；骨折按照Schazker分型: Ⅴ型51例，Ⅵ型21例。兩組患者術(shù)前一般資料比較差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)，具有可比性，見(jiàn)表1。

表1 兩組患者術(shù)前一般資料比較

1.2 納入與排除標(biāo)準(zhǔn) 納入標(biāo)準(zhǔn)：(1)術(shù)前經(jīng)過(guò)X線片及CT檢查證實(shí)為新鮮的Schatzker Ⅴ、Ⅵ型脛骨平臺(tái)骨折(年齡≥18歲)；(2)不伴有血管神經(jīng)損傷以及無(wú)傷口感染及軟組織損傷；(3)術(shù)前無(wú)明顯手術(shù)禁忌證且能耐受手術(shù)；(4)手術(shù)均由同一組醫(yī)生完成，符合醫(yī)學(xué)倫理學(xué)原則并簽署知情同意書(shū)。

排除標(biāo)準(zhǔn)：(1)合并其他部位的骨折或其他部位影響膝關(guān)節(jié)評(píng)判的損傷；(2)膝關(guān)節(jié)合并有類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎或骨關(guān)節(jié)炎等其他病史者；(3)無(wú)法獲得隨訪者；(4)術(shù)后無(wú)法配合康復(fù)治療。

1.3 治療方法

1.3.1 3D打印微創(chuàng)手術(shù)組

1.3.1.1 3D圖像重建 通過(guò)對(duì)患者術(shù)前X線檢測(cè)和64排CT掃描，將獲得的骨折圖像保存為DICOM格式，將CT數(shù)據(jù)通過(guò)Mimics15.0軟件處理并構(gòu)建三維模型，以作為骨折部位的3D重建圖像(圖1)。

1.3.1.2 模擬手術(shù)復(fù)位 將Mimics15.0軟件中的骨折三維模型數(shù)據(jù)導(dǎo)出為STL文件，并導(dǎo)入Imageware13.2軟件中，通過(guò)評(píng)估骨折塊的移位程度，通過(guò)鏡像原理，利用獨(dú)立圖層模塊的旋轉(zhuǎn)、圖素任意位移，對(duì)齊骨折關(guān)節(jié)面、模擬手術(shù)進(jìn)行復(fù)位。

1.3.1.3 3D實(shí)體模型打印 將模型轉(zhuǎn)換為3D打印機(jī)可以使用的骨折模型STL格式文件代碼，通過(guò)SD數(shù)據(jù)卡傳遞給3D打印機(jī)(PRINT-RITE/天威)，然后打印機(jī)通過(guò)加熱溶解PLA細(xì)絲，并由噴頭噴出累積成型，即熔融沉積快速成型。最終得到同側(cè)1∶1骨折模型備用(圖2)。

1.3.1.4 3D輔助術(shù)前評(píng)估 對(duì)骨折3D模型進(jìn)行觀察，結(jié)合使用Mimics15.0軟件的3D測(cè)量工具對(duì)骨折塊分離的距離及關(guān)節(jié)面塌陷的距離進(jìn)行測(cè)量，再根據(jù)實(shí)體3D模型進(jìn)行手術(shù)入路選擇、切口暴露范圍設(shè)計(jì)、骨折復(fù)位設(shè)計(jì)、鋼板試復(fù)位位置、鋼板最佳塑性設(shè)計(jì)、螺釘長(zhǎng)度測(cè)量、螺釘進(jìn)入方向設(shè)計(jì)等一系列術(shù)前預(yù)操作(圖3)。

1.3.1.5 修復(fù)方法 根據(jù)術(shù)前模擬設(shè)計(jì)方案進(jìn)行手術(shù)，顯露骨折部位后進(jìn)行實(shí)體比對(duì)，為手術(shù)提供參考，術(shù)中根據(jù)術(shù)前模擬方案步驟進(jìn)行骨折復(fù)位，使用根據(jù)在模型預(yù)彎的內(nèi)固定，基于術(shù)前設(shè)計(jì)位置置入內(nèi)固定(圖4)。

注：A：術(shù)前X線片；B：CT三維重建

1.3.2 常規(guī)手術(shù)組 麻醉滿意后，仰臥于手術(shù)床上，根據(jù)術(shù)前X線片以及CT分型明確骨折類型和部位，先復(fù)位平臺(tái)骨折較簡(jiǎn)單的一側(cè)，恢復(fù)力線及長(zhǎng)度，而后再?gòu)?fù)位平臺(tái)骨折嚴(yán)重的一側(cè)；根據(jù)透視結(jié)果調(diào)整鋼板位置，術(shù)中保證充分植骨；選用鎖定鋼板、聯(lián)合支撐鋼板及拉力螺釘固定骨折。

1.4 隨訪及療效評(píng)價(jià) (1) 記錄手術(shù)時(shí)間、切口長(zhǎng)度、出血量，術(shù)中復(fù)位所遇到的問(wèn)題，通過(guò)術(shù)后隨訪所拍攝的X線片以了解骨折復(fù)位情況，同時(shí)測(cè)量脛骨平臺(tái)內(nèi)翻角、后傾角度數(shù)以及結(jié)合影像學(xué)Rasmussen評(píng)分[10]評(píng)估骨折愈合情況和愈合效果。影像學(xué)Rasmussen評(píng)分從平臺(tái)塌陷、平臺(tái)增寬、膝內(nèi)外翻等方面進(jìn)行評(píng)價(jià)，滿分18分；其中18分為優(yōu)，12～17分為良，6～11分為可，<6分為差。(2) 采用紐約特種外科醫(yī)院膝關(guān)節(jié)評(píng)分(hospital for special surgery knee score,HSS)[11]評(píng)價(jià)膝關(guān)節(jié)功能。HSS評(píng)分通過(guò)記錄患者主觀感覺(jué)與客觀體格檢查進(jìn)行評(píng)估，滿分為100分；其中≥85分為優(yōu)，70～84分為良，60～69分為可，<60分為差。

注：A:術(shù)前3D打印模型正面觀；B:術(shù)前3D打印模型后面觀；C:術(shù)前3D打印模型上面觀

注：A:術(shù)前3D打印模型復(fù)位后上面觀；B:術(shù)前3D打印模型復(fù)位后正面觀；C:術(shù)前3D打印模型復(fù)位后側(cè)面觀；D:術(shù)前3D打印模型復(fù)位側(cè)上面觀；E:術(shù)前3D打印模型復(fù)位后后面觀

圖3左側(cè)脛骨平臺(tái)骨折(Schatzker分型Ⅵ型術(shù)前輔助評(píng)估及復(fù)位)

圖4 左側(cè)脛骨平臺(tái)骨折(Schatzker分型Ⅵ型術(shù)后X線片)

2 結(jié)果

2.1 一般結(jié)果 168例患者均獲得隨訪，骨折愈合時(shí)間為12～16周，平均為(13.5±1.2)周，兩組患者骨折愈合時(shí)間比較差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)；3D打印微創(chuàng)手術(shù)組手術(shù)時(shí)間、術(shù)中失血量以及切口長(zhǎng)度明顯少于常規(guī)手術(shù)組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。3D打印微創(chuàng)手術(shù)組出現(xiàn)并發(fā)癥1例，常規(guī)手術(shù)組并發(fā)癥4例，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)，見(jiàn)表2。

項(xiàng)目例數(shù)手術(shù)時(shí)間(min)出血量(mL)切口長(zhǎng)度(cm)骨折愈合時(shí)間(周)并發(fā)癥(例)有無(wú)3D打印微創(chuàng)手術(shù)組9689.6±8.332.3±13.611.2±3.612.6±2.1195常規(guī)手術(shù)組72112.8±12.357.1±23.715.8±2.113.8±3.3468 2/t值-2.453-0.142-6.458-5.2124.243P值0.3450.2340.0000.6870.057

2.2 術(shù)后隨訪復(fù)查膝關(guān)節(jié)正側(cè)位X線片結(jié)果 下肢力線、內(nèi)外側(cè)關(guān)節(jié)間隙、內(nèi)翻角和后傾角均正常，脛骨平臺(tái)關(guān)節(jié)平整，臺(tái)階<1 mm，通過(guò)測(cè)量脛骨平臺(tái)內(nèi)翻角和后傾角變化，差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)，見(jiàn)表3、圖5。

2.3 術(shù)后12個(gè)月影像學(xué)Rasmussen評(píng)分結(jié)果 3D打印微創(chuàng)手術(shù)組Rasmussen評(píng)分為8～18分,其中優(yōu)89例、良5例、可2例，優(yōu)良率為92.7%(89/96)；常規(guī)手術(shù)組Rasmussen評(píng)分為3～18分，其中優(yōu)64例、良4例、可2例、差2例，優(yōu)良率為88.9%(64/72)；3D打印微創(chuàng)手術(shù)組優(yōu)良率高于常規(guī)手術(shù)組，但兩者比較差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。見(jiàn)表4。

項(xiàng)目后傾角內(nèi)翻角術(shù)后即刻8.36±0.7685.15±2.32術(shù)后3個(gè)月8.48±0.8786.59±2.74術(shù)后6個(gè)月8.52±0.8186.21±2.32術(shù)后12個(gè)月8.53±0.9186.34±2.69F值0.0540.268P值0.8430.875

注：患者男性，36歲，A：術(shù)前正位X線片；B：術(shù)前正位X線片； C：術(shù)后側(cè)位X線片；D：術(shù)后正位X線片

2.4 膝關(guān)節(jié)HSS功能評(píng)價(jià) 術(shù)后12個(gè)月時(shí)3D打印微創(chuàng)手術(shù)組HSS評(píng)分為65～95分，其中優(yōu)91例，良4例，可1例，優(yōu)良率為94.7%(91/96)；常規(guī)手術(shù)組HSS評(píng)分為45～93分，其中優(yōu)66例，良4例，可1例，差1例，優(yōu)良率為91.6%(66/72)；3D打印微創(chuàng)手術(shù)組優(yōu)良率高于常規(guī)手術(shù)組，但兩者比較差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。見(jiàn)表4。

表4 兩組術(shù)后Rasmussen影像學(xué)評(píng)價(jià)和HSS功能學(xué)評(píng)分 膝(%)

3 討論

3.1 Schatzker Ⅴ、Ⅵ型脛骨平臺(tái)骨折的特點(diǎn)及治療 Schatzker Ⅴ、Ⅵ型脛骨平臺(tái)骨折多由高能量損傷所致的關(guān)節(jié)內(nèi)骨折，可涉及到關(guān)節(jié)、韌帶、軟骨等多方面的關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)，骨折后關(guān)節(jié)面出現(xiàn)的裂隙或臺(tái)階可引起關(guān)節(jié)的穩(wěn)定性，導(dǎo)致疼痛、關(guān)節(jié)不能正?；顒?dòng)[12-13]。關(guān)節(jié)受損后所產(chǎn)生的炎癥會(huì)導(dǎo)致關(guān)節(jié)出現(xiàn)纖維化，進(jìn)而引起關(guān)節(jié)功出現(xiàn)活動(dòng)時(shí)疼痛、關(guān)節(jié)僵直甚至功能喪失。對(duì)于關(guān)節(jié)內(nèi)骨折，為了恢復(fù)關(guān)節(jié)良好的功能，目前主要的治療方式以切開(kāi)復(fù)位內(nèi)固定手術(shù)為主，其目的是為了關(guān)節(jié)面的解剖復(fù)位，可靠的內(nèi)固定，以促進(jìn)關(guān)節(jié)早期功能鍛煉[14]。

因此，如何重建關(guān)節(jié)的穩(wěn)定性，恢復(fù)關(guān)節(jié)面的平整，同時(shí)盡可能降低周?chē)浗M織損傷，是臨床醫(yī)師對(duì)Schatzker Ⅴ、Ⅵ型脛骨平臺(tái)骨折治療效果的重要評(píng)估[8-9，15-16]。對(duì)于Schatzker Ⅴ、Ⅵ型脛骨平臺(tái)骨折，以往通過(guò)術(shù)前X線、CT和三維重建圖像進(jìn)行術(shù)前評(píng)估，由于這些影像學(xué)資料只是二維圖像，在反映骨折的嚴(yán)重程度、解剖學(xué)畸形所提供的信息有限，醫(yī)師單從二維圖像很難制定出可靠的內(nèi)固定方案以實(shí)現(xiàn)術(shù)中的精準(zhǔn)復(fù)位[17-18]。

3.2 3D打印技術(shù)在骨科的應(yīng)用優(yōu)勢(shì) 近年來(lái)，3D打印技術(shù)已逐漸應(yīng)用到臨床及科研當(dāng)中，該方案基于CT圖像的3D打印模型為醫(yī)生提供更加直觀的信息，并能為患者進(jìn)行精準(zhǔn)的術(shù)前評(píng)估和制定個(gè)性化的治療方案。在骨科脊柱畸形、手術(shù)設(shè)計(jì)、術(shù)前定位模板等方面已經(jīng)逐漸開(kāi)展研究，并取得了良好的臨床應(yīng)用效果[19]。3D打印技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于能夠準(zhǔn)確清晰地顯示病變部位形態(tài)和結(jié)構(gòu)，可基于實(shí)物模型指導(dǎo)手術(shù)設(shè)計(jì)，在骨科的應(yīng)用具有獨(dú)到的優(yōu)勢(shì)[20]。

Mao等[21]通過(guò)快速成型技術(shù)在16例中度脊柱側(cè)彎患者中術(shù)前制定手術(shù)方案，提高了螺釘置入的準(zhǔn)確率。Lu等[22]通過(guò)應(yīng)用Mimics軟件處理CT圖像，設(shè)計(jì)了反向?qū)蚰０?，提高了椎弓根釘置入的?zhǔn)確性。陳宣煌等[23]通過(guò)3D打印技術(shù)對(duì)患者進(jìn)行腰椎手術(shù)術(shù)前模板制定，通過(guò)模板置入螺釘，所有置入螺釘位置未見(jiàn)穿破椎弓根皮質(zhì)。除了在腰椎手術(shù)的應(yīng)用外，3D打印技術(shù)同時(shí)也應(yīng)用于骨科腫瘤中，Ran等[24]通過(guò)3D打印假體治療骨盆Ⅳ區(qū)(骶骨)脊索瘤的復(fù)發(fā)患者，術(shù)后1年患者可拄拐無(wú)疼痛行走，無(wú)腫瘤復(fù)發(fā)及骨盆不穩(wěn)等癥狀。Ren等[25]在3D打印導(dǎo)板的引導(dǎo)下治療跟骨骨樣骨瘤，不僅顯著縮短了手術(shù)時(shí)間，降低了腫瘤的復(fù)發(fā)率，還可以盡可能多地保留患者正常骨組織，從而降低患肢重建難度及術(shù)后并發(fā)癥，改善骨腫瘤患者術(shù)后肢體功能。

3D打印技術(shù)在骨折的應(yīng)用也較為廣泛。國(guó)內(nèi)外已經(jīng)有文獻(xiàn)報(bào)道[26-27]，通過(guò)3D打印技術(shù)判斷跟骨骨折、髖臼骨折的臨床分型，方便于內(nèi)固定及鋼板的準(zhǔn)確置入，縮短了手術(shù)時(shí)間。更重要的是，3D打印出來(lái)的骨折實(shí)物模型，能方便于患者術(shù)前交流，讓患者更加了解手術(shù)方式和風(fēng)險(xiǎn)，增加了手術(shù)的安全性[28]。劉毅等[29]利用3D打印導(dǎo)板置入骶髂關(guān)節(jié)螺釘治療5例骨盆后環(huán)骶髂關(guān)節(jié)復(fù)合體損傷患者，極大地簡(jiǎn)化了骨盆后環(huán)骶髂關(guān)節(jié)螺釘置入程序，具有微創(chuàng)、減少射線暴露、療效確切等優(yōu)勢(shì)。吳超等[30]通過(guò)3D打印技術(shù)制作的個(gè)性化骨盆模型及手術(shù)導(dǎo)航模板應(yīng)用于不穩(wěn)定性骨盆骨折手術(shù)，提高了骶髂螺釘?shù)闹踩刖?，縮短了手術(shù)時(shí)間，減少了術(shù)中出血量和透視次數(shù)。

3.3 3D打印技術(shù)在Schatzker Ⅴ、Ⅵ型脛骨平臺(tái)骨折中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì) 目前，對(duì)于脛骨平臺(tái)骨折的治療方法多為切開(kāi)復(fù)位內(nèi)固定，此類手術(shù)雖能滿足脛骨平臺(tái)骨折較高的復(fù)位要求，但術(shù)后感染、關(guān)節(jié)僵硬粘連等并發(fā)癥發(fā)生率高的問(wèn)題仍難以解決[8]。微創(chuàng)治療脛骨平臺(tái)骨折具有開(kāi)放手術(shù)所不具備的優(yōu)勢(shì)，值得推廣，但是骨折微創(chuàng)治療的實(shí)施更加依靠于對(duì)骨折形態(tài)的詳細(xì)理解和手術(shù)方案的提前規(guī)劃。尤其是對(duì)于存在骨折塊移位、關(guān)節(jié)面塌陷的骨折，術(shù)前對(duì)移位骨塊位置的了解和塌陷部位的定位十分重要。

何志勇等[31]通過(guò)3D打印技術(shù)治療復(fù)雜脛骨平臺(tái)骨折(Schatzker Ⅴ型和Ⅵ型)能夠有效縮短患者手術(shù)切口長(zhǎng)度、減少患者術(shù)中出血量、縮短手術(shù)時(shí)間，同時(shí)亦可提高患者及其家屬對(duì)手術(shù)方案的理解程度，且能夠獲得更好的膝關(guān)節(jié)功能、減少膝關(guān)節(jié)疼痛。周武等[32]通過(guò)3D打印技術(shù)輔助手術(shù)治療復(fù)雜脛骨平臺(tái)骨折與傳統(tǒng)手術(shù)相比，不僅有利于醫(yī)患之間對(duì)病情的溝通，而且在手術(shù)過(guò)程中可以充分做到對(duì)局部血運(yùn)的保護(hù)，利于骨折愈合。左睿等[33]采用三維重建、虛擬復(fù)位、3D打印及個(gè)性化模型進(jìn)行預(yù)手術(shù)，結(jié)果證實(shí)3D打印可以縮短復(fù)位固定時(shí)間短，鋼板一次性放置率和復(fù)位滿意度高。

本研究中，3D打印技術(shù)微創(chuàng)治療Schatzker Ⅴ、Ⅵ型脛骨平臺(tái)骨折與傳統(tǒng)手術(shù)相比，手術(shù)時(shí)間縮短、術(shù)中出血量少，解剖復(fù)位率高，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)，而且術(shù)后膝關(guān)節(jié)功能HSS評(píng)分和Rasmussen評(píng)分均優(yōu)于傳統(tǒng)手術(shù)，但差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)，筆者認(rèn)為可能由于本研究樣本量較少，統(tǒng)計(jì)結(jié)果可能存在偏倚，而且隨訪時(shí)間相對(duì)較短，同時(shí)應(yīng)用3D技術(shù)打印實(shí)體模型是脫離軟組織的骨骼模型，在模型上模擬手術(shù)與實(shí)際手術(shù)操作仍然有很大差距。但是3D打印技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于能夠準(zhǔn)確清晰地顯示病變部位形態(tài)和結(jié)構(gòu)，可基于實(shí)物模型指導(dǎo)手術(shù)設(shè)計(jì)，在輔助治療Schatzker Ⅴ、Ⅵ型脛骨平臺(tái)骨折時(shí)可為治療提供可行、實(shí)用的技術(shù)方法。