時(shí) 亮 段 亮 董向輝 劉宗智

復(fù)雜脛骨平臺(tái)骨折通常是因高處墜落、交通事故等高能量創(chuàng)傷導(dǎo)致，在骨折患者中約占1%左右，內(nèi)固定手術(shù)具有較高難度[1]。由于患者骨折情況的個(gè)體性差異很大，不同生產(chǎn)廠商提供的骨板型號(hào)和規(guī)格不盡相同，往往出現(xiàn)釘?shù)婪植疾焕硐牖蜾摪迮c骨面不匹配狀況[2]。以往針對(duì)脛骨平臺(tái)骨折內(nèi)固定術(shù)，通常利用X射線計(jì)算機(jī)斷層掃描(X-ray computed tomography，CT)、磁共振成像(magnetic resonance imaging，MRI)以及X射線等二維圖像資料對(duì)骨折情況進(jìn)行評(píng)估，并進(jìn)行手術(shù)方案的設(shè)計(jì)，對(duì)醫(yī)生的臨床經(jīng)驗(yàn)依賴性較強(qiáng)[3]。

三維(three dimensional，3D)打印技術(shù)是一種低成本、高精度及高速度的可以將任何虛擬模型制作成實(shí)物模型的先進(jìn)技術(shù)；數(shù)字化技術(shù)能夠精確設(shè)計(jì)手術(shù)實(shí)施方案，提升手術(shù)精度及質(zhì)量[4-5]。本研究針對(duì)復(fù)雜脛骨平臺(tái)骨折內(nèi)固定術(shù)通過(guò)數(shù)字化設(shè)計(jì)其植入方案，利用3D打印技術(shù)驗(yàn)證數(shù)字化設(shè)計(jì)的可靠性及合理性。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選擇2016年4月至2018年3月在陜西省人民醫(yī)院進(jìn)行治療的94例復(fù)雜脛骨平臺(tái)骨折患者，按照就診單雙日分為對(duì)照組(43例)和觀察組(51例)。對(duì)照組中男性30例，女性13例；年齡21～65歲，平均年齡(41.23±3.85)歲；脛骨平臺(tái)骨折Schatzker分型中Ⅳ型11例，Ⅴ型16例，Ⅵ型16例；骨折原因?yàn)楦呖諌嬄?5例，交通事故22例，重物砸傷6例；患者接受傳統(tǒng)手術(shù)治療。觀察組中男性33例，女性18例；年齡23～67歲，平均年齡(41.86±3.23)歲；Schatzker分型中Ⅳ型12例，Ⅴ型21例，Ⅵ型18例；骨折原因?yàn)楦呖諌嬄?4例，交通事故27例，重物砸傷10例；患者接受3D打印聯(lián)合數(shù)字化設(shè)計(jì)輔助手術(shù)治療。兩組患者的性別、年齡、分型以及骨折原因無(wú)差異，具有可比性。本研究經(jīng)醫(yī)院倫理委員會(huì)批準(zhǔn)通過(guò)，患者知曉本次試驗(yàn)。

1.2 納入與排除標(biāo)準(zhǔn)

(1)納入標(biāo)準(zhǔn)：①確診為復(fù)雜脛骨平臺(tái)骨折，且符合Schatzker分型標(biāo)準(zhǔn)[6]；②無(wú)合并精神功能障礙。

(2)排除標(biāo)準(zhǔn)：①患者對(duì)手術(shù)不耐受；②合并嚴(yán)重心肺、腎臟功能不全；③隨訪資料不完整或失訪者。

1.3 術(shù)前準(zhǔn)備

(1)對(duì)照組：患者常規(guī)膝關(guān)節(jié)CT及X射線片檢查，接受傳統(tǒng)手術(shù)治療。

(2)觀察組：患者接受3D打印聯(lián)合數(shù)字化設(shè)計(jì)輔助手術(shù)治療。①進(jìn)行骨折模型三維重建及虛擬骨折塊復(fù)位，即將CT掃描采集的圖像錄入Mimics Research 19.0軟件中，重建脛骨平臺(tái)骨折三維模型，通過(guò)應(yīng)用區(qū)域增長(zhǎng)模塊逐個(gè)分離骨折塊，交替使用重定位模塊中的“Move with Mouse”及“Rotate with Mouse”對(duì)脛骨平臺(tái)關(guān)節(jié)進(jìn)行復(fù)位；②進(jìn)行脛骨平臺(tái)鋼板三維模型庫(kù)的建立，通過(guò)鋼板CT掃描數(shù)據(jù)建立接骨板模型庫(kù)，從鋼板模型庫(kù)中選擇合適數(shù)字鋼板，導(dǎo)入Mimics Research 19.0，調(diào)整閾值至完整鋼板顯示，隨后完成三維虛擬內(nèi)固定及光滑處理；③將骨折模型以1：1比例進(jìn)行3D打印，通過(guò)萬(wàn)能膠對(duì)骨折塊進(jìn)行粘合，模擬軟件中復(fù)位情況，了解復(fù)位后鋼板與骨折線的位置關(guān)系，內(nèi)外側(cè)平臺(tái)松質(zhì)骨螺釘角度與位置的設(shè)計(jì)。

1.4 手術(shù)方法

(1)對(duì)照組：患者依照骨折類型進(jìn)行內(nèi)側(cè)、內(nèi)外側(cè)或后外側(cè)逐層切開(kāi)，露出骨折端，直視下進(jìn)行骨折復(fù)位，利用克氏針臨時(shí)固定，C臂機(jī)透視術(shù)中復(fù)位情況，選取適合的預(yù)彎鋼板、內(nèi)固定鋼板，依次鉆孔、選擇長(zhǎng)度合適的螺釘，置入螺釘，透視確認(rèn)關(guān)節(jié)面平整、螺釘及鋼板位置滿意后沖洗傷口、放置引流管，逐層縫合切口。

(2)觀察組：骨折部位逐層切開(kāi)后，露出骨折端，骨折復(fù)位并以克氏針臨時(shí)固定，參照數(shù)字化術(shù)前設(shè)計(jì)置入鋼板，參照術(shù)前設(shè)計(jì)長(zhǎng)度及方向?qū)⒙葆敂Q入，拔除臨時(shí)固定用克氏針，透視滿意后同對(duì)照組操作。

1.5 術(shù)后康復(fù)及隨訪

所有患者均于術(shù)后第1 d開(kāi)始直腿抬高訓(xùn)練，術(shù)后1周開(kāi)始膝關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練，術(shù)后1～2個(gè)月開(kāi)始負(fù)重訓(xùn)練，研究人員對(duì)其進(jìn)行為期6個(gè)月的隨訪，記錄患者康復(fù)情況。

1.6 觀察指標(biāo)

(1)觀察和統(tǒng)計(jì)兩組患者手術(shù)切開(kāi)顯露時(shí)間(自切開(kāi)組織到復(fù)位前的耗費(fèi)時(shí)間)、復(fù)位固定時(shí)間(自復(fù)位開(kāi)始至手術(shù)完畢耗費(fèi)時(shí)間)以及術(shù)中出血量。

(2)術(shù)后第3 d利用Rasmussen膝關(guān)節(jié)功能評(píng)分及骨折復(fù)位的放射學(xué)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)兩組患者進(jìn)行評(píng)估[7]。分為踝部變形、關(guān)節(jié)面塌陷及成角畸形等情況，滿分18分，0分為骨折復(fù)位情況差，6分為情況尚可，16分為良好，18分為優(yōu)；優(yōu)良率=(優(yōu)例數(shù)+良好例數(shù))÷總例數(shù)×100%。

表1 兩組患者手術(shù)切開(kāi)顯露時(shí)間、復(fù)位固定時(shí)間以及術(shù)中出血量比較(±s)

表1 兩組患者手術(shù)切開(kāi)顯露時(shí)間、復(fù)位固定時(shí)間以及術(shù)中出血量比較(±s)

(3)兩組患者術(shù)前、術(shù)后6個(gè)月的遠(yuǎn)期功能評(píng)價(jià)采用美國(guó)特種外科醫(yī)院(hospital for special surgery，HSS)膝關(guān)節(jié)臨床功能評(píng)分進(jìn)行評(píng)估[8]。涵蓋關(guān)節(jié)疼痛程度、功能、活動(dòng)范圍、肌力、膝關(guān)節(jié)穩(wěn)定性和屈膝畸形，分值分別為30分、22分、18分、10分、10分、10分和8分，另包括8項(xiàng)減分項(xiàng)，滿分100分。

1.7 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

采用SPSS17.0建立數(shù)據(jù)庫(kù)，并對(duì)研究對(duì)象各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，擬合正態(tài)分布的計(jì)量資料以均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示，用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)，計(jì)數(shù)資料以率(%)表示，用卡方檢驗(yàn)，以P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 兩組手術(shù)切開(kāi)顯露時(shí)間、復(fù)位固定時(shí)間及術(shù)中出血量情況

觀察組手術(shù)切開(kāi)顯露時(shí)間以及復(fù)位固定時(shí)間明顯較對(duì)照組縮短，兩組比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(t=2.030，t=4.519；P＜0.05)；觀察組術(shù)中出血量明顯少于對(duì)照組，兩組比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(t=6.976，P＜0.05)，見(jiàn)表1。

2.2 兩組Rasmussen骨折復(fù)位情況

觀察組骨折復(fù)位優(yōu)良率為82.35%，明顯高于對(duì)照組的62.79%，兩組比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(x2=4.573，P＜0.05)，見(jiàn)表2。

表2 兩組患者Rasmussen骨折復(fù)位情況比較[例(%)]

2.3 兩組HSS膝關(guān)節(jié)臨床功能評(píng)分情況

兩組術(shù)前HSS膝關(guān)節(jié)功能評(píng)分差異不顯著；術(shù)后6個(gè)月兩組評(píng)分表均較術(shù)前明顯提升，且觀察組高于對(duì)照組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(t=3.136，P＜0.05)，見(jiàn)表3。

2.4 典型病例分析

患者脛骨嚴(yán)重粉碎，X射線Schatzker分型為Ⅵ型，CT三維重建及3D打印骨折模型，術(shù)后Rasmussen膝關(guān)節(jié)功能評(píng)分為17分，骨折復(fù)位質(zhì)量放射學(xué)評(píng)價(jià)為良好(見(jiàn)圖1)。

表3 兩組患者HSS膝關(guān)節(jié)臨床功能評(píng)分比較(分，±s)

表3 兩組患者HSS膝關(guān)節(jié)臨床功能評(píng)分比較(分，±s)

圖1 典型病例術(shù)前診斷、3D打印骨折模型及術(shù)后影像學(xué)改變

3 討論

復(fù)雜脛骨平臺(tái)骨折是一種常見(jiàn)的膝關(guān)節(jié)創(chuàng)傷，常伴隨半月板等軟組織受損，若治療不當(dāng)很可能遺留膝關(guān)節(jié)功能障礙，甚至導(dǎo)致膝關(guān)節(jié)晚期退行性病變，對(duì)患者日常生活造成嚴(yán)重影響[9-10]。以往脛骨骨折內(nèi)固定術(shù)強(qiáng)調(diào)手術(shù)醫(yī)師的個(gè)人經(jīng)驗(yàn)，常常因?yàn)椴煌a(chǎn)廠商接骨板規(guī)格不一致，以及患者個(gè)體差異導(dǎo)致術(shù)中盲目剝離軟組織、鋼板與骨面貼合度差而延長(zhǎng)手術(shù)時(shí)間，增加出血量[11-12]。

3D打印技術(shù)是指以三維數(shù)字模型為指導(dǎo)，利用粉末狀金屬、塑料或蠟質(zhì)等高粘合力材料，經(jīng)過(guò)逐層累計(jì)堆疊方式，一層層打印粘合材料來(lái)制備三維實(shí)物的技術(shù)[13-14]。吳新寶[15]針對(duì)陳舊性骨盆骨折，通過(guò)在打印的骨盆3D模型上對(duì)畸形部位進(jìn)行復(fù)位、截骨及固定等“預(yù)手術(shù)”，極大的提高了手術(shù)的可靠性及安全性。數(shù)字化三維重建技術(shù)對(duì)手術(shù)質(zhì)量的精準(zhǔn)化及微創(chuàng)化提供了可能，Mimics軟件可以參照CT掃描數(shù)據(jù)建立所需的復(fù)雜骨折模型，醫(yī)生能夠在軟件中模擬骨折復(fù)位[16]。

本研究運(yùn)用3D打印聯(lián)合數(shù)字化設(shè)計(jì)輔助治療復(fù)雜脛骨平臺(tái)骨折，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，相較于應(yīng)用傳統(tǒng)手術(shù)的對(duì)照組患者，觀察組的手術(shù)切開(kāi)顯露時(shí)間以及復(fù)位固定時(shí)間明顯縮短，術(shù)中出血量明顯減少，與馬騰等[17]利用3D打印技術(shù)結(jié)合常規(guī)影像學(xué)有效縮短復(fù)雜脛骨平臺(tái)骨折患者的手術(shù)時(shí)間，減少術(shù)中出血量具有一致性。分析其原因可能是通過(guò)Mimics軟件對(duì)三維模型進(jìn)行任一角度及方向的觀察，因而可以更全面、更細(xì)致的了解患者骨折狀況，為制定治療方案提供參考。3D打印出與骨折處等比例模型，并在模型上實(shí)施“預(yù)手術(shù)”，最后進(jìn)行實(shí)際手術(shù)，有效提高了手術(shù)醫(yī)生對(duì)術(shù)中操作的熟練程度以及可靠程度，加快了手術(shù)進(jìn)度，從而節(jié)省了手術(shù)時(shí)間，減少了出血量[18]。此外，本研究進(jìn)一步比較了兩組患者的Rasmussen膝關(guān)節(jié)功能評(píng)分，評(píng)價(jià)骨折復(fù)位質(zhì)量情況，其結(jié)果顯示，觀察組骨折復(fù)位優(yōu)良率明顯高于對(duì)照組，與周武等[19]將3D打印技術(shù)應(yīng)用于復(fù)雜脛骨平臺(tái)骨折治療中，獲得了比傳統(tǒng)手術(shù)組更高的Rasmussen膝關(guān)節(jié)功能評(píng)分相吻合。究其原因可能是術(shù)前進(jìn)行模擬鋼板放置，能夠精準(zhǔn)估計(jì)鋼板與骨折線的位置關(guān)系，使得手術(shù)中一次性準(zhǔn)確置入鋼板，避免了因調(diào)整鋼板位置所導(dǎo)致的反復(fù)鉆孔，減少反復(fù)鉆孔導(dǎo)致的骨量損耗[20]。與之不同的是，本研究進(jìn)一步分析了兩組HSS膝關(guān)節(jié)臨床功能，表明觀察組術(shù)后6個(gè)月HSS膝關(guān)節(jié)功能評(píng)分顯著高于對(duì)照組，造成這一差異的原因可能是本研究利用3D打印構(gòu)架起了虛擬與現(xiàn)實(shí)間的橋梁，利用骨折復(fù)位3D打印模型及實(shí)體鋼板來(lái)模擬虛擬設(shè)計(jì)好的鋼板植入過(guò)程，使得優(yōu)化選取的鋼板與骨面得到良好的匹配，鋼板置入位置、螺釘方向等也得到合理規(guī)范化設(shè)計(jì)，因而提高了手術(shù)質(zhì)量，患者獲得更好的預(yù)后[21]。

3D打印聯(lián)合數(shù)字化設(shè)計(jì)應(yīng)用于復(fù)雜脛骨平臺(tái)骨折內(nèi)固定治療中，能夠有效縮短手術(shù)時(shí)間、減少術(shù)中出血量，同時(shí)提高了手術(shù)的精確性及安全性，促進(jìn)患者膝關(guān)節(jié)功能的恢復(fù)，值得臨床推廣應(yīng)用。