梁 周，楊 博，文立春，陸蘭蘭，黃 政，許 釗，何 忠*

（1.玉林市中西結(jié)合骨科醫(yī)院，廣西玉林 537000；2.廣西醫(yī)科大學(xué)玉林校區(qū)護(hù)理教研室，廣西玉林 537000；3.廣西壺蘭科技有限公司，廣西南寧 530000）

復(fù)雜脛骨平臺(tái)骨折是由高能量暴力所致的脛骨近端關(guān)節(jié)內(nèi)骨折，以交通事故、高空墜落傷為主要發(fā)病因素［1］，Elsoe 等［2］基于 576 364 名居民的背景人口，對(duì)醫(yī)院記錄進(jìn)行回顧性分析，共有355例患者因脛骨平臺(tái)骨折接受治療，最常見(jiàn)的骨折類型為AO 41-B3型，占所有脛骨平臺(tái)骨折的35%。其次為AO 41-C3型，占所有脛骨平臺(tái)骨折的17%。脛骨平臺(tái)骨折的發(fā)生率為每年10.3/10萬(wàn)，40～60歲患病頻率最高。骨折的治療需盡可能恢復(fù)關(guān)節(jié)面平整，維持膝關(guān)節(jié)的穩(wěn)定性，降低軟組織損傷，處理不當(dāng)，易出現(xiàn)皮膚軟組織壞死、骨不連、關(guān)節(jié)僵硬等諸多并發(fā)癥，充分的術(shù)前評(píng)估和手術(shù)規(guī)劃是手術(shù)治療效果的重要保證［3，4］。常規(guī)X線片和CT等影像學(xué)檢查提供的骨折信息存在片面性，術(shù)者在閱片評(píng)估時(shí)難以做好充足的術(shù)前準(zhǔn)備，經(jīng)術(shù)中探查后才能最終確定手術(shù)方案。本研究應(yīng)用虛擬手術(shù)設(shè)計(jì)結(jié)合3D打印技術(shù)為不同個(gè)體制定相對(duì)應(yīng)的術(shù)前規(guī)劃，并與常規(guī)手術(shù)相比較，分析3D打印結(jié)合虛擬手術(shù)設(shè)計(jì)治療復(fù)雜脛骨平臺(tái)骨折的臨床治療效果，為復(fù)雜脛骨平臺(tái)骨折的手術(shù)治療提供新的思路。

1 資料與方法

1.1 納入與排除標(biāo)準(zhǔn)

納入標(biāo)準(zhǔn)：（1）符合人民衛(wèi)生出版社第5版《骨與關(guān)節(jié)損傷》中關(guān)于復(fù)雜脛骨平臺(tái)骨折的診斷標(biāo)準(zhǔn)的Schatzker分型為Ⅳ型、Ⅴ型、Ⅵ型的骨折［5］（圖1a,1b）；（2）年齡 18～60歲；（3）受傷至醫(yī)院就診時(shí)間＜2周的新鮮骨折；（4）無(wú)明顯皮膚破損、剝脫、傷口感染或開(kāi)放性骨折；（5）受傷前膝關(guān)節(jié)無(wú)畸形及功能障礙。

排除標(biāo)準(zhǔn)：（1）患有骨質(zhì)疏松癥或存在病理性骨折；（2）合并嚴(yán)重內(nèi)科系統(tǒng)疾病不能耐受手術(shù)；（3）合并嚴(yán)重的下肢血管及神經(jīng)損傷；（4）合并其他部位的骨折；（5）不同意接受復(fù)查、隨訪或不同意參加本臨床研究者。

1.2 一般資料

回顧性分析本院2018年6月—2019年6月收治的60例脛骨平臺(tái)骨折患者的臨床資料，利用隨機(jī)數(shù)字表法分為3D組和常規(guī)組，每組各30例。兩組患者術(shù)前一般資料見(jiàn)表1，兩組年齡、性別、側(cè)別、受傷原因、骨折分型、合并傷和損傷至手術(shù)時(shí)間的差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)意義（P＞0.05）。本研究已通過(guò)本院倫理委員會(huì)批準(zhǔn)，且患者知情并簽署同意書(shū)。

表1 兩組患者一般資料與比較

1.3 手術(shù)方法

入院后完善相關(guān)檢查，排除手術(shù)禁忌證，明確骨折分型，常規(guī)下肢全長(zhǎng)石膏托外固定并抬高制動(dòng)，待軟組織水腫好轉(zhuǎn)后擇期進(jìn)行手術(shù)。

3D組模擬手術(shù)：將膝關(guān)節(jié)CT掃描數(shù)據(jù)以DICOM格式導(dǎo)入Mimics17.0軟件，啟動(dòng)Region Growing模組建立膝關(guān)節(jié)模板，使用Multiple Slice Edit模組編輯像素合集，對(duì)骨折塊進(jìn)行提取、分割及著色，通過(guò)Calculate 3D模組將所需的模板轉(zhuǎn)換為三維模型。在3D對(duì)象窗口下，觀察骨折的塌陷情況、移位距離及旋轉(zhuǎn)角度，使用移動(dòng)和旋轉(zhuǎn)功能對(duì)各個(gè)骨塊進(jìn)行移動(dòng)復(fù)位，將虛擬復(fù)位前、后的三維模型保存以備打?。煌ㄟ^(guò)MedCAD模組在復(fù)位后的三維模型上繪制模擬鋼板，繪制圓柱體模擬螺釘固定主要骨折塊，通過(guò)矢狀面、冠狀面和水平面等多個(gè)角度調(diào)試并記錄鋼板位置、固定螺釘?shù)拈L(zhǎng)度和置入角度（圖1c,1d）。經(jīng)3D打印機(jī)等比例打印出患側(cè)實(shí)物模型，根據(jù)虛擬手術(shù)設(shè)計(jì)的方案在3D打印模型上模擬骨折復(fù)位和固定操作（圖 1e,1f）。

圖1 患者，男，45歲，車禍致右膝關(guān)節(jié)腫痛并活動(dòng)受限，脛骨平臺(tái)Schatzker V型骨折，行3D打印結(jié)合虛擬手術(shù)設(shè)計(jì)下輔助手術(shù)治療 1a,1b:術(shù)前正側(cè)位X線片示Schatzker分型為Ⅴ型脛骨平臺(tái)骨折 1c,1d:傷后第6 d行術(shù)前數(shù)字模擬手術(shù) 1e,1f:術(shù)前在3D打印模型擬手術(shù)操作 1g,1h:實(shí)際手術(shù)后12個(gè)月復(fù)查X線片示關(guān)節(jié)面平整，輕度退變，骨折愈合良好，內(nèi)固定物無(wú)松動(dòng)

3D組實(shí)際手術(shù)：取前外側(cè)入路，根據(jù)虛擬手術(shù)設(shè)計(jì)的方案，進(jìn)行骨折復(fù)位，用克氏針臨時(shí)固定，放置術(shù)前預(yù)彎好的前外側(cè)鎖定鋼板，根據(jù)術(shù)前模擬操作的結(jié)果鉆孔后直接選取螺釘固定。必要時(shí)配合使用拉力螺釘進(jìn)行固定，平臺(tái)塌陷嚴(yán)重者，撬撥復(fù)位后取自體骨植骨。固定完成后行膝關(guān)節(jié)應(yīng)力試驗(yàn)確保固定穩(wěn)定，置管引流后逐層關(guān)閉手術(shù)切口。

常規(guī)組：術(shù)前未行3D數(shù)字與模型模擬手術(shù)計(jì)劃，而是按常規(guī)影像檢查結(jié)果制定手術(shù)方案。行前外側(cè)切口，上翻半月板，顯露關(guān)節(jié)內(nèi)外骨折處，對(duì)于關(guān)節(jié)內(nèi)塌陷骨折，可翻開(kāi)關(guān)節(jié)外骨折塊，復(fù)位關(guān)節(jié)內(nèi)塌陷骨折塊。平臺(tái)塌陷嚴(yán)重者，復(fù)位后取自體骨植骨，放置前外側(cè)鋼板，螺絲釘固定。

合并傷處理：對(duì)半月板及內(nèi)、外側(cè)副韌帶損傷的患者隨一期手術(shù)切除或修復(fù)；前、后交叉韌帶損傷的患者，如存在髁間嵴止點(diǎn)骨折塊移位的，則一期對(duì)骨折塊進(jìn)行固定，待骨性愈合后再行二期韌帶修復(fù)。如僅為韌帶實(shí)質(zhì)部位斷裂者，在骨性愈合后行二期修復(fù)。

兩組患者術(shù)后常規(guī)給予抗生素、脫水消腫、鎮(zhèn)痛、冰敷及對(duì)癥支持處理。術(shù)后第2 d，指導(dǎo)患者適當(dāng)?shù)倪M(jìn)行靜態(tài)與動(dòng)態(tài)結(jié)合的功能鍛煉，鍛煉內(nèi)容主要包括股四頭肌收縮、踝關(guān)節(jié)左右轉(zhuǎn)動(dòng)、足背伸、趾跖屈、蹬踏訓(xùn)練等［6］。術(shù)后8周進(jìn)行不完全負(fù)重，骨折愈合后完全負(fù)重。

1.4 評(píng)價(jià)指標(biāo)

記錄兩組患者圍手術(shù)期資料，包括手術(shù)時(shí)間、切口長(zhǎng)度、術(shù)中失血量、術(shù)中透視次數(shù)、鋼板放置次數(shù)、術(shù)后張力性水皰發(fā)生情況、切口愈合和住院時(shí)間。采用下地行走時(shí)間、完全負(fù)重活動(dòng)時(shí)間、疼痛視覺(jué)模擬評(píng)分（visual analogue score,VAS）、美國(guó)特種外科醫(yī)院膝關(guān)節(jié)評(píng)分（hospital for special surgery,HSS）［7］、膝伸-屈活動(dòng)度（range of motion,ROM）評(píng)價(jià)臨床效果。

行影像學(xué)檢查，評(píng)價(jià)骨折復(fù)位質(zhì)量，關(guān)節(jié)面解剖復(fù)位為優(yōu)，移位＜2 mm為良，移位≥2 mm為差。測(cè)量股脛角（femorotibial angle,FTA）、脛骨近端內(nèi)側(cè)角（medial proximal tibial angle,MPTA）和脛骨平臺(tái)后傾角（posterior tibial slope,PTS），評(píng)價(jià)骨折愈合時(shí)間和內(nèi)固定物改變情況。

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

使用SPSS 21.0統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。計(jì)量資料以±s表示，資料呈正態(tài)分布時(shí)，兩組間比較采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)，組內(nèi)時(shí)間點(diǎn)間比較采用配對(duì)T檢驗(yàn)；資料呈非正態(tài)分布時(shí)，采用秩和檢驗(yàn)。計(jì)數(shù)資料采用x2檢驗(yàn)。等級(jí)資料采用Mann-WhitneyU檢驗(yàn)。P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 圍手術(shù)期情況

兩組患者均順利完成手術(shù)，術(shù)中均未發(fā)生血管、神經(jīng)損傷等嚴(yán)重并發(fā)癥。兩組患者圍手術(shù)期資料詳見(jiàn)表2。3D組手術(shù)時(shí)間、切口長(zhǎng)度、術(shù)中失血量、術(shù)中透視次數(shù)、鋼板放置次數(shù)、術(shù)后張力性水皰發(fā)生、住院時(shí)間均顯著優(yōu)于常規(guī)組（P＜0.05）。兩組切口愈合情況差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。術(shù)后無(wú)軟組織壞死、感染等早期并發(fā)癥。

表2 兩組患者圍手術(shù)期資料與比較

2.2 隨訪結(jié)果

所有患者均獲隨訪，隨訪時(shí)間18～28個(gè)月，平均（22.36±10.28）個(gè)月。隨訪過(guò)程中，兩組患者均未發(fā)生再損傷、傷肢疼痛加劇、翻修手術(shù)等不良事件，膝關(guān)節(jié)功能逐步改善。術(shù)后長(zhǎng)期隨訪結(jié)果顯示，兩組患者均未見(jiàn)下肢神經(jīng)及血管損傷、下肢靜脈血栓、膝關(guān)節(jié)不穩(wěn)等情況的出現(xiàn)。

兩組患者隨訪結(jié)果見(jiàn)表3。3D組下地行走時(shí)間、完全負(fù)重活動(dòng)時(shí)間顯著早于常規(guī)組（P＜0.05）。術(shù)后隨時(shí)間推移，兩組患者VAS評(píng)分顯著降低（P＜0.05），而HSS評(píng)分和膝伸-屈ROM顯著增加（P＜0.05）。術(shù)后相應(yīng)時(shí)間點(diǎn)，3D組的上述指標(biāo)均顯著優(yōu)于常規(guī)組（P＜0.05）。

表3 兩組患者隨訪結(jié)果（±s）與比較

表3 兩組患者隨訪結(jié)果（±s）與比較

images/BZ_32_1310_1020_1713_1139.pngimages/BZ_32_1713_1020_1912_1139.pngimages/BZ_32_1912_1020_2135_1139.pngimages/BZ_32_2135_1020_2276_1139.pngimages/BZ_32_1310_1207_1713_1275.pngimages/BZ_32_1713_1207_1912_1275.pngimages/BZ_32_1912_1207_2135_1275.pngimages/BZ_32_2135_1207_2276_1275.png55.83±2.0956.97±2.040.038下地行走時(shí)間（d）0.009images/BZ_32_1310_1343_1713_1411.pngimages/BZ_32_1713_1343_1912_1411.pngimages/BZ_32_1912_1343_2135_1411.pngimages/BZ_32_2135_1343_2276_1411.pngimages/BZ_32_1310_1479_1713_1547.pngimages/BZ_32_1713_1479_1912_1547.pngimages/BZ_32_1912_1479_2135_1547.pngimages/BZ_32_2135_1479_2276_1547.png0.87±0.63images/BZ_32_1912_1615_2135_1683.png1.33±0.71images/BZ_32_1310_1615_1713_1683.pngimages/BZ_32_1713_1615_1912_1683.pngimages/BZ_32_2135_1615_2276_1683.png0.002images/BZ_32_1310_1751_1713_1819.pngimages/BZ_32_1713_1751_1912_1819.pngimages/BZ_32_1912_1751_2135_1819.pngimages/BZ_32_2135_1751_2276_1819.png89.80±7.96images/BZ_32_1912_1887_2135_1955.png82.63±9.38images/BZ_32_1310_1887_1713_1955.pngimages/BZ_32_1713_1887_1912_1955.pngimages/BZ_32_2135_1887_2276_1955.png0.003images/BZ_32_1310_2024_1713_2092.pngVAS評(píng)分（分）末次隨訪HSS評(píng)分（分）末次隨訪膝伸-屈ROM（°）末次隨訪images/BZ_32_1713_2024_1912_2092.png121.00±4.65images/BZ_32_1912_2024_2135_2092.png117.67±3.72images/BZ_32_2135_2024_2276_2092.png

末次隨訪時(shí)，3D組30例中，28例完全無(wú)痛，2例行走時(shí)輕度疼痛；28例行走正常，2例輕度跛行；29例下蹲活動(dòng)正常，1例下蹲活動(dòng)輕度受限；29例恢復(fù)至傷前運(yùn)動(dòng)或勞動(dòng)能力水平，1例未恢復(fù)至傷前運(yùn)動(dòng)或勞動(dòng)能力水平。常規(guī)組30例中，27例完全無(wú)痛，3例行走時(shí)輕度疼痛；27例行走正常，3例輕度跛行；27例下蹲活動(dòng)正常，3例下蹲活動(dòng)輕度受限；28例恢復(fù)至傷前運(yùn)動(dòng)或勞動(dòng)能力水平，2例未恢復(fù)至傷前運(yùn)動(dòng)或勞動(dòng)能力水平。

2.3 影像評(píng)估

兩組影像評(píng)估結(jié)果見(jiàn)表4。3D組骨折復(fù)位質(zhì)量、MPTA、PTS優(yōu)于常規(guī)組，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。3D組FTA稍大于常規(guī)組，但差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義 （P＞0.05）。術(shù)后3D組MPTA和PTS均顯著優(yōu)于常規(guī)組（P＜0.05）。兩組患者均在術(shù)后12～16周內(nèi)獲得骨性愈合，兩組間骨折愈合時(shí)間的差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。通過(guò)比較末次影像學(xué)結(jié)果顯示，兩組患者骨折均愈合，均無(wú)內(nèi)固定物松動(dòng)、斷裂或移位。

表4 兩組患者影像評(píng)估結(jié)果與比較

3 討論

復(fù)雜脛骨平臺(tái)骨折多由高能量損傷所致，隨著交通運(yùn)輸及建筑行業(yè)的蓬勃發(fā)展，交通事故、高空墜落等高能量暴力所導(dǎo)致的復(fù)雜脛骨平臺(tái)骨折呈逐年上升的趨勢(shì)［8］。骨折發(fā)生的同時(shí)多伴有關(guān)節(jié)平面的塌陷、骨折移位以及周圍軟組織損傷，處理不當(dāng)，容易出現(xiàn)皮膚壞死、骨折延期愈合等并發(fā)癥［9，10］。詳細(xì)的術(shù)前規(guī)劃是手術(shù)成功的保證，需術(shù)者清晰地了解骨折的分型、斷端骨折塊的分布，評(píng)估周圍軟組織的損傷程度，選擇相應(yīng)手術(shù)入路及骨折復(fù)位方案，此外，內(nèi)固定材料的選擇等細(xì)節(jié)也十分重要［11］。

常規(guī)的手術(shù)設(shè)計(jì)主要基于術(shù)前X線片和CT，雖然CT的三維重建可明確顯示骨折的空間位置關(guān)系，但所顯示的圖像所帶來(lái)的往往是二維層次的認(rèn)知，術(shù)者容易對(duì)骨折空間立體結(jié)構(gòu)認(rèn)識(shí)片面，在進(jìn)行手術(shù)設(shè)計(jì)時(shí)出現(xiàn)疏漏，經(jīng)手術(shù)探查后需要更改原有的手術(shù)方案，進(jìn)而影響骨折的復(fù)位［12］。基于3D技術(shù)的Mimics虛擬手術(shù)設(shè)計(jì)，通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件將骨折塊進(jìn)行像素合集編輯處理，對(duì)不同的骨塊逐項(xiàng)進(jìn)行提取、分割并不同顏色標(biāo)注，供術(shù)者充分了解各個(gè)骨塊移位情況和旋轉(zhuǎn)角度，然后對(duì)各個(gè)骨塊進(jìn)行虛擬復(fù)位，并在虛擬情況下選擇合適的鋼板放置位置，螺釘固定方向及長(zhǎng)度，為患者制定詳細(xì)的術(shù)前規(guī)劃［13］。同時(shí)，3D技術(shù)所打印的1∶1等比例實(shí)物模型，能供術(shù)者進(jìn)行模擬演練，熟悉術(shù)中操作，對(duì)手術(shù)鋼板提前貼合骨面進(jìn)行預(yù)彎，并確定固定螺釘長(zhǎng)度及角度，提高手術(shù)精準(zhǔn)度及手術(shù)質(zhì)量［14］。

筆者在回顧性分析兩組差異原因時(shí)發(fā)現(xiàn)，3D組術(shù)前通過(guò)分析各個(gè)骨塊的移位，對(duì)骨折碎塊分布的充分認(rèn)識(shí)，以最小的手術(shù)視野暴露了所需固定的部位，避免不必要的軟組織剝離，減少術(shù)中的出血量的同時(shí)也減小了過(guò)度牽拉對(duì)軟組織造成的損傷，為手術(shù)創(chuàng)口的恢復(fù)提供了有利的生長(zhǎng)條件，避免術(shù)后并發(fā)癥的發(fā)生［15］。同時(shí)術(shù)前的模擬操作可使手術(shù)操作更加熟練及規(guī)范化，規(guī)避術(shù)中可能發(fā)生的問(wèn)題，在實(shí)際手術(shù)中，對(duì)骨折斷端進(jìn)行合理的復(fù)位和臨時(shí)固定后，選用預(yù)彎好的貼合骨結(jié)構(gòu)的鋼板一次性放置鋼板成功，減少了時(shí)間的耗損，提高手術(shù)效率與質(zhì)量，獲得了滿意的手術(shù)治療效果［16］。與時(shí)亮及李鵬等的研究結(jié)果相一致［17，18］。但本研究存在樣本量相對(duì)較少，隨訪時(shí)間短等不足，仍需進(jìn)一步擴(kuò)大樣本量及隨訪時(shí)間進(jìn)行對(duì)照研究。

3D技術(shù)作為一種新型的臨床實(shí)用技術(shù)，在骨科臨床應(yīng)用中除了實(shí)物模型的制作以外，在輔助骨科手術(shù)的準(zhǔn)確性和效率方面也逐漸顯示出潛在的優(yōu)勢(shì)與實(shí)用性［19］。此外，通過(guò)打印的3D實(shí)物模型，方便醫(yī)生向患者及家屬詳解病情及手術(shù)方案，打破醫(yī)患雙方交流的障礙，獲得患者及家屬的理解和配合［20］。在看到3D技術(shù)優(yōu)勢(shì)的同時(shí)，也應(yīng)意識(shí)到它所存在的弊端與不足［21］。首先是3D打印的實(shí)體模型需耗費(fèi)較長(zhǎng)的時(shí)間，無(wú)法有效指導(dǎo)急診手術(shù)；其次3D打印技術(shù)由于專業(yè)設(shè)備及影像學(xué)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換要求較高，需專業(yè)人士進(jìn)行處理，無(wú)法普及應(yīng)用；再者打印的成本及材料的消耗無(wú)疑也增添了患者的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。相信隨著科技快速發(fā)展，3D打印技術(shù)能夠得到短板的補(bǔ)足，更好地推進(jìn)實(shí)際骨科臨床技術(shù)的進(jìn)步。

綜上所述，3D打印結(jié)合虛擬手術(shù)設(shè)計(jì)在復(fù)雜脛骨平臺(tái)骨折的手術(shù)治療中，通過(guò)術(shù)前的手術(shù)規(guī)劃和模擬操作，能有效保證骨折的復(fù)位質(zhì)量，提高手術(shù)的精確性和安全性，進(jìn)而縮短手術(shù)時(shí)間，減少手術(shù)出血量，促進(jìn)患者膝關(guān)節(jié)功能的恢復(fù)，值得臨床進(jìn)一步的推廣。