3D打印結(jié)合關(guān)節(jié)鏡輔助治療脛骨平臺(tái)骨折與傳統(tǒng)手術(shù)的療效對(duì)比*

項(xiàng) 毅，張 政，韓 喜，謝 偉△，楊 柳，鄧孝臣

(1.中國人民解放軍聯(lián)勤保障部隊(duì)第九八五醫(yī)院骨科，太原 030001；2.中國人民解放軍聯(lián)勤保障部隊(duì)第九八五醫(yī)院放射科，太原 030001；3.陸軍軍醫(yī)大學(xué)西南醫(yī)院關(guān)節(jié)外科，重慶 400038)

脛骨平臺(tái)骨折約占全身骨折的1%[1]，因骨折累及關(guān)節(jié)面，如處理不當(dāng)，?？蓪?dǎo)致創(chuàng)傷性關(guān)節(jié)炎、關(guān)節(jié)不穩(wěn)定及關(guān)節(jié)僵硬等不良后果。恢復(fù)關(guān)節(jié)面解剖結(jié)構(gòu)、下肢正常力線和關(guān)節(jié)穩(wěn)定性，從而盡可能恢復(fù)膝關(guān)節(jié)負(fù)重和運(yùn)動(dòng)功能是治療的根本目的。對(duì)于有移位的脛骨平臺(tái)骨折首選手術(shù)治療[1-2]，傳統(tǒng)手術(shù)術(shù)者常通過X線片、CT及三維重建和MRI虛擬構(gòu)想骨折情況并設(shè)計(jì)手術(shù)方案，常因與實(shí)際手術(shù)情況有偏差造成困難及風(fēng)險(xiǎn)。3D打印技術(shù)將數(shù)字虛擬圖像轉(zhuǎn)化成實(shí)物，從而實(shí)現(xiàn)了術(shù)前精確認(rèn)識(shí)骨折、精確選擇內(nèi)固定物類型及型號(hào)，為實(shí)現(xiàn)手術(shù)個(gè)體化、精確化創(chuàng)造了條件。本研究選取2015年11月至2018年12月中國人民解放軍聯(lián)勤保障部隊(duì)第九八五醫(yī)院骨科分別采用3D打印結(jié)合關(guān)節(jié)鏡輔助手術(shù)和傳統(tǒng)手術(shù)治療的39例脛骨平臺(tái)骨折患者的臨床資料，比較其手術(shù)療效，現(xiàn)報(bào)道如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料

納入標(biāo)準(zhǔn)：(1)脛骨平臺(tái)閉合骨折，骨折至手術(shù)時(shí)間小于3周；(2)術(shù)前、術(shù)后均行CT檢查；(3)隨訪資料完整，隨訪12個(gè)月以上。排除標(biāo)準(zhǔn)：(1)合并顱腦、胸腹損傷等嚴(yán)重全身復(fù)合傷；(2)既往傷側(cè)下肢功能障礙；(3)病理性骨折；(4)合并嚴(yán)重的內(nèi)科疾病；(5)合并傷肢多發(fā)骨折或血管神經(jīng)損傷。依據(jù)上述標(biāo)準(zhǔn)，本研究共選取脛骨平臺(tái)骨折患者39例，根據(jù)是否采用術(shù)前3D打印建模結(jié)合術(shù)中應(yīng)用關(guān)節(jié)鏡輔助技術(shù)分為3D打印關(guān)節(jié)鏡組和傳統(tǒng)手術(shù)組。其中3D打印關(guān)節(jié)鏡組16例，傳統(tǒng)手術(shù)組23例，兩組病例的基線資料(性別、年齡、致傷原因、骨折分型及受傷至手術(shù)時(shí)間)具有可比性，見表1。

表1兩組患者一般資料的比較

1.2 方法

1.2.1術(shù)前準(zhǔn)備

1.2.1.1傳統(tǒng)手術(shù)組

所有患者術(shù)前行傷側(cè)膝關(guān)節(jié)正側(cè)位X線片、CT及MRI檢查，明確骨折分型、骨折粉碎及移位程度和合并關(guān)節(jié)內(nèi)軟組織損傷情況。

1.2.1.23D打印關(guān)節(jié)鏡組

(1)術(shù)前檢查與傳統(tǒng)手術(shù)組相同，見圖1。(2)建立并打印骨折3D模型：將已獲得的脛骨平臺(tái)局部CT(佳能Aquillin One 320排螺旋CT)二維DICOM格式圖像導(dǎo)入Mimics17(3D Slicer軟件 4.10.2版本)生成3D數(shù)字模型，再導(dǎo)入切片軟件(Materialise Magics21.0版本)進(jìn)行切片打印，選取恒光固化250打印機(jī)平臺(tái)，應(yīng)用光敏樹脂材料完成打印，獲得骨折3D實(shí)物模型。(3)應(yīng)用3D模型模擬手術(shù)：仔細(xì)觀察模型中骨折線走行、骨折塌陷粉碎情況及骨折部位與重要解剖標(biāo)志的位置關(guān)系，選擇適合的內(nèi)固定材料在模型上預(yù)演手術(shù)，術(shù)前基本確定手術(shù)所需內(nèi)固定材料型號(hào)、尺寸及切口選擇位置，見圖2。

1.2.2手術(shù)方法

所有患者均根據(jù)具體情況采用腰硬聯(lián)合麻醉或全身麻醉，患者取平臥位。傳統(tǒng)手術(shù)組：根據(jù)術(shù)前影像學(xué)結(jié)果選擇切口，SchatzkerⅠ～Ⅲ型骨折選擇外側(cè)入路，Ⅳ型骨折選擇內(nèi)側(cè)入路，Ⅴ、Ⅵ型骨折采用內(nèi)外雙側(cè)入路或外側(cè)入路。按照常規(guī)手術(shù)方法切開皮膚、皮下組織，顯露骨折端，復(fù)位各骨折塊，塌陷骨折在塌陷位置下方骨皮質(zhì)開窗，恢復(fù)關(guān)節(jié)面高度及平整度。塌陷部位植骨，術(shù)中透視確定骨折復(fù)位滿意后選擇適合的內(nèi)固定材料，塑形鋼板，依次植入螺釘，合并內(nèi)外側(cè)副韌帶損傷進(jìn)行一期修復(fù)，6例半月板一期縫合，另外5例半月板損傷因傳統(tǒng)手術(shù)操作不便二期行關(guān)節(jié)鏡手術(shù)修復(fù)，前交叉韌帶損傷均二期手術(shù)重建。3D打印關(guān)節(jié)鏡組：首先進(jìn)行關(guān)節(jié)鏡探查，見圖3，取膝前外側(cè)標(biāo)準(zhǔn)入路建立灌注系統(tǒng)(灌注壓力略低于常規(guī)關(guān)節(jié)鏡手術(shù))，沖洗關(guān)節(jié)內(nèi)積血后行關(guān)節(jié)腔探查，處理關(guān)節(jié)內(nèi)合并損傷，半月板損傷行部分切除或縫合，前交叉韌帶脛骨止點(diǎn)撕脫骨折行骨折復(fù)位空心加壓螺釘內(nèi)固定(前交叉韌帶實(shí)質(zhì)部斷裂病例因骨折妨礙建立完整牢固的脛骨隧道而在骨折愈合后二期行前交叉韌帶重建術(shù))，清理骨折端凝血塊及軟骨碎屑，鏡下觀察骨折線走行方向、移位程度、關(guān)節(jié)面塌陷程度和軟骨缺損情況。SchatzkerⅠ型骨折僅需根據(jù)術(shù)前3D模型確定的螺釘植入部位、方向做一1～2 cm輔助切口，鉆入克氏針撬撥復(fù)位，關(guān)節(jié)鏡監(jiān)視關(guān)節(jié)面恢復(fù)平整后按照預(yù)定方向植入合適長(zhǎng)度的空心加壓螺釘1～2枚。SchatzkerⅡ～Ⅵ型骨折根據(jù)術(shù)前在3D模型上確定的手術(shù)入路選擇切口，顯露骨折端后，按照術(shù)前計(jì)劃依次復(fù)位骨折塊，根據(jù)術(shù)前確定的部位開窗，在關(guān)節(jié)鏡監(jiān)視下抬升復(fù)位塌陷的關(guān)節(jié)面直至恢復(fù)平整，骨缺損部位植骨，克氏針臨時(shí)固定后，將事先選定并預(yù)彎好的鋼板參考骨性標(biāo)志置入合適的部位，測(cè)量螺釘所需長(zhǎng)度(參考術(shù)前大致確定的螺釘長(zhǎng)度)依次植入螺釘完成固定，見圖4、5。

A：術(shù)前X線片；B:術(shù)前CT圖像。

1.2.3術(shù)后處理

(1)抬高患肢，局部冰敷48 h，術(shù)后24～48 h根據(jù)引流量拔除負(fù)壓引流管；(2)膝關(guān)節(jié)鉸鏈支具制動(dòng)，每日解鎖支具行患膝屈伸功能鍛煉3～4次，鼓勵(lì)患者行股四頭肌功能鍛煉，避免股四頭肌萎縮及下肢深靜脈血栓形成，促進(jìn)肢體腫脹消退。(3)避免下肢過早負(fù)重，根據(jù)復(fù)查X線片及CT觀察的骨折愈合情況決定負(fù)重時(shí)間，一般于術(shù)后8～12周逐漸開始負(fù)重功能鍛煉。(4)術(shù)后1～3 d內(nèi)復(fù)查X線片及CT，術(shù)后1、2、3、6個(gè)月及術(shù)后1年門診復(fù)查隨訪，根據(jù)X線片及CT判斷骨折愈合情況，記錄患者膝關(guān)節(jié)功能并評(píng)分。

1.2.4療效評(píng)價(jià)

(1)術(shù)中評(píng)價(jià)指標(biāo)：手術(shù)時(shí)間、術(shù)中X線曝光次數(shù)。(2)術(shù)后復(fù)位滿意程度：選擇術(shù)后第一次復(fù)查X線片應(yīng)用影像學(xué)Rasmussen評(píng)分[3]進(jìn)行評(píng)價(jià)。(3)術(shù)后功能評(píng)分：選用HSS評(píng)分系統(tǒng)[4]評(píng)價(jià)患者術(shù)后1年隨訪時(shí)的膝關(guān)節(jié)功能。

A：術(shù)前3D打印脛骨平臺(tái)骨折模型；B:術(shù)前根據(jù)需要預(yù)彎鋼板，模擬骨折固定手術(shù)。

圖3 術(shù)中關(guān)節(jié)鏡探查

圖4 術(shù)中圖片

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理

2 結(jié) 果

39例患者均獲得隨訪，隨訪時(shí)間12～35個(gè)月，平均18個(gè)月。3D打印關(guān)節(jié)鏡組比傳統(tǒng)手術(shù)組手術(shù)時(shí)間縮短，術(shù)中透視次數(shù)減少，術(shù)后第一次復(fù)查X線片的影像學(xué)Rasmussen評(píng)分及術(shù)后1年膝關(guān)節(jié)功能HSS評(píng)分高，兩組間差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)，見表2。3D打印關(guān)節(jié)鏡組術(shù)后出現(xiàn)1例切口延遲愈合，經(jīng)換藥后愈合，1例關(guān)節(jié)粘連，經(jīng)手法松解恢復(fù)；傳統(tǒng)手術(shù)組術(shù)后發(fā)生3例切口延遲愈合，經(jīng)換藥后愈合，4例關(guān)節(jié)不同程度粘連，其中3例手法松解恢復(fù)，1例關(guān)節(jié)鏡手術(shù)松解恢復(fù)。兩組均未發(fā)生下肢深靜脈血栓、血管神經(jīng)損傷、感染等并發(fā)癥。兩組術(shù)后并發(fā)癥發(fā)生率差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)，見表2。

A：術(shù)后X線片；B:術(shù)后CT圖像。

表2 兩組患者手術(shù)時(shí)間、術(shù)中透視次數(shù)、HSS評(píng)分、Rasmussen評(píng)分及并發(fā)癥的比較

3 討 論

膝關(guān)節(jié)是人體重要的負(fù)重關(guān)節(jié)，而脛骨平臺(tái)作為膝關(guān)節(jié)的重要承重結(jié)構(gòu)，發(fā)生骨折將嚴(yán)重影響膝關(guān)節(jié)功能。脛骨平臺(tái)骨折常為暴力損傷所致，并有約50%的患者合并半月板及膝關(guān)節(jié)韌帶等軟組織損傷[5]，如果治療方法選擇不當(dāng)，將導(dǎo)致膝關(guān)節(jié)力線畸形、穩(wěn)定性下降、活動(dòng)受限等，遠(yuǎn)期可發(fā)生創(chuàng)傷性關(guān)節(jié)炎，大大增加膝關(guān)節(jié)致殘率[1,6]。雖然以往對(duì)于關(guān)節(jié)面移位較輕的脛骨平臺(tái)骨折采用保守治療的效果尚可接受，可能導(dǎo)致膝關(guān)節(jié)部分活動(dòng)度的永久丟失[2]。隨著外科手術(shù)技術(shù)發(fā)展，通過手術(shù)恢復(fù)關(guān)節(jié)面平整、恢復(fù)下肢正確力線，穩(wěn)定的內(nèi)固定恢復(fù)膝關(guān)節(jié)穩(wěn)定性及早期科學(xué)的功能鍛煉恢復(fù)膝關(guān)節(jié)功能等理念已為外科醫(yī)生廣泛接受[1,7]。因脛骨平臺(tái)解剖結(jié)構(gòu)復(fù)雜，骨折常涉及分離、壓縮、成角、塌陷及骨缺損等諸多問題，傳統(tǒng)手術(shù)往往基于X線片及二維CT等影像資料進(jìn)行術(shù)前計(jì)劃，術(shù)者很難在術(shù)前對(duì)骨折進(jìn)行全面準(zhǔn)確的了解[8]，容易造成術(shù)中復(fù)位不完全，關(guān)節(jié)面殘留塌陷、植骨不充分及內(nèi)固定鋼板型號(hào)和螺釘尺寸選擇不當(dāng)?shù)?，增加了手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)及難度，易導(dǎo)致手術(shù)效果不滿意，影響術(shù)后功能恢復(fù)[9-11]。

近年來隨著3D打印技術(shù)的發(fā)展，該技術(shù)逐步被廣泛應(yīng)用到醫(yī)學(xué)領(lǐng)域[12-14]。3D打印技術(shù)通過將數(shù)字模型轉(zhuǎn)化為實(shí)物模型，為現(xiàn)代骨科精準(zhǔn)化、個(gè)性化治療的發(fā)展方向提供了有力的技術(shù)保障，實(shí)現(xiàn)了以往復(fù)雜骨科手術(shù)的簡(jiǎn)單化，減小了手術(shù)創(chuàng)傷，提高了手術(shù)質(zhì)量。從3D打印模型逐步發(fā)展到3D打印導(dǎo)板和3D打印假體等，從各部位復(fù)雜骨折手術(shù)[15-16]拓展到關(guān)節(jié)置換和翻修[17-18]、脊柱外科[19]，為骨科醫(yī)師提供了嶄新的手術(shù)思路，獲得滿意的療效。對(duì)比本研究中3D打印關(guān)節(jié)鏡組和傳統(tǒng)手術(shù)組的各項(xiàng)療效評(píng)價(jià)指標(biāo)，可以發(fā)現(xiàn)：3D打印關(guān)節(jié)鏡組手術(shù)時(shí)間短、術(shù)中透視次數(shù)少、術(shù)后解剖復(fù)位(Rasmussen評(píng)分)滿意度高、術(shù)后1年隨訪膝關(guān)節(jié)功能(HSS評(píng)分)較好，兩組比較差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。分析原因，筆者認(rèn)為：將3D打印技術(shù)應(yīng)用于脛骨平臺(tái)骨折的手術(shù)治療，首先能夠?qū)崿F(xiàn)醫(yī)生術(shù)前對(duì)骨折直觀、準(zhǔn)確、全面的認(rèn)識(shí)，充分了解各骨折塊的移位特點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)重疊隱秘的骨折塊，準(zhǔn)確測(cè)量骨折塌陷程度并計(jì)算植骨量，科學(xué)合理地設(shè)計(jì)手術(shù)入路和選擇內(nèi)固定材料；其次能夠提供骨折實(shí)物模型，便于術(shù)前在體外預(yù)演手術(shù)過程，提前預(yù)彎內(nèi)固定鋼板并測(cè)量螺釘尺寸，避免了術(shù)中鋼板螺釘與骨骼不匹配導(dǎo)致固定效果不佳，或者由于臨時(shí)預(yù)彎鋼板浪費(fèi)手術(shù)時(shí)間，增加手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)；再者基于3D模型制訂的手術(shù)方案有助于術(shù)中按照科學(xué)的步驟精確完成骨折復(fù)位，不僅能避免術(shù)中反復(fù)調(diào)整手術(shù)方案，減輕對(duì)軟組織不必要的副損傷，有利于獲得術(shù)后良好的功能，還能明顯減少術(shù)中透視次數(shù)，降低患者和手術(shù)人員的輻射量；最后是將關(guān)節(jié)鏡應(yīng)用于3D打印關(guān)節(jié)鏡組病例的手術(shù)中，充分發(fā)揮了關(guān)節(jié)鏡在治療關(guān)節(jié)內(nèi)骨折的優(yōu)勢(shì)：提供良好的關(guān)節(jié)內(nèi)視野，有助于了解和處理關(guān)節(jié)內(nèi)各結(jié)構(gòu)的損傷，利用關(guān)節(jié)鏡對(duì)關(guān)節(jié)面的復(fù)位直接觀察，鏡下清除嵌入的小骨片和破碎的半月板，有利于復(fù)位，反復(fù)沖洗去除凝血塊、纖維素滲出防止關(guān)節(jié)粘連等[20-21]。3D打印組術(shù)后并發(fā)癥發(fā)生率略低于傳統(tǒng)手術(shù)組(12.5%vs.30.4%)，但兩組比較差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)，考慮可能由于病例數(shù)較少或兩種方法與術(shù)后并發(fā)癥發(fā)生率確實(shí)無明顯相關(guān)性，待今后增加病例數(shù)進(jìn)一步研究。

綜上所述，應(yīng)用3D打印技術(shù)結(jié)合關(guān)節(jié)鏡技術(shù)治療脛骨平臺(tái)骨折具有手術(shù)時(shí)間短、創(chuàng)傷小、手術(shù)精度高、術(shù)后功能好等優(yōu)勢(shì)，符合目前骨科手術(shù)微創(chuàng)化、精確化、個(gè)體化治療的趨勢(shì)，有很好的應(yīng)用前景。但同時(shí)仍存在不足：(1)該技術(shù)缺乏對(duì)骨折周圍軟組織的成像，不能反映重要血管、神經(jīng)和骨折的關(guān)系，導(dǎo)致在打印模型手術(shù)和實(shí)際手術(shù)操作存在較大差異[5,11]；(2)目前的3D打印技術(shù)操作過程較復(fù)雜，手術(shù)醫(yī)師需要放射及軟件專業(yè)技術(shù)人員配合完成手術(shù)，因此該技術(shù)未來應(yīng)向操作簡(jiǎn)便、易于臨床醫(yī)生掌握的方向發(fā)展；(3)該技術(shù)目前耗費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)、費(fèi)用較高，因此不能用于開放性骨折等急診手術(shù)，也不便于在基層醫(yī)院廣泛開展[5,10]。