3D打印技术在复杂胫骨平台骨折手术中应用的可行性研究

何志勇，张擎柱，林影影，于龙超，周宇军，杨小华

（承德医学院附属医院创伤骨科，河北承德 067000）

临床医学

3D打印技术在复杂胫骨平台骨折手术中应用的可行性研究

何志勇，张擎柱，林影影，于龙超，周宇军，杨小华△

（承德医学院附属医院创伤骨科，河北承德 067000）

目的:探讨3D打印技术在复杂胫骨平台骨折手术中应用的可行性。方法:回顾分析我院2013年2月至2014年7月收治的9例复杂胫骨平台骨折患者的资料。所有患者术前采用三维CT重建、3D技术打印实体模型，并在3D模型上模拟手术;术中按术前计划手术;术后12个月按照HSS标准进行膝关节功能评分。结果:所有患者术后随访12-24个月，平均17.3个月，所有患者均获得骨性愈合，术后12个月HSS评分优良率为77.8%（7/9）。无一例患者发生医源性动脉、静脉、胫神经、腓神经损伤。结论:在复杂胫骨平台骨折中应用3D打印技术对设计个体化手术方案、实际手术操作具有重要的指导作用。

胫骨平台骨折;3D打印技术;模拟手术

胫骨平台骨折是涉及关节面的损伤，骨折复位的质量直接影响术后膝关节功能的恢复程度。高能量损伤导致的复杂胫骨平台骨折，骨折移位明显，关节面破坏严重，常伴有半月板、侧副韧带、交叉韧带及神经、血管的损伤[1];手术操作难度大，如治疗不当，可能出现关节活动障碍、肢体畸形、长期疼痛等后遗症[2]。传统的X线片和CT是胫骨平台骨折诊断的基本依据，但都不能全面、直观的提供骨折的详细信息。3D打印技术的出现，将骨折三维CT图像打印成直观、易懂的实体模型，术前在模型上设计手术方案并模拟手术，对实际手术操作具有重要的指导作用[3]。我院自2013年2月至2014年6月应用3D打印打印技术制作实物模型，用于复杂胫骨平台骨折的手术设计，指导手术治疗，现报告如下。

1 资料与方法

1.1 一般资料 本组9例患者，男7例、女2例，年龄22-54岁，平均37.4岁。按照CT分型[4]:双柱骨折6例，三柱骨折3例。致伤原因:交通伤6例，重物砸伤2例，坠落伤1例。合并伤:半月板损伤5例，前交叉韧带损伤2例，内侧副韧带损伤1例。所有患者术前采用三维CT重建、3D技术打印实体模型，并在3D模型上模拟手术，术中按术前计划手术。

1.2 术前准备 (1)通过三维CT数据打印出实体模型:将胫骨平台骨折的CT扫描数据使用minics软件进行三维重建，输入到3D打印机，打印出1:1的骨折实体模型，通过实体模型对骨折进行精确分型。(2)在3D模型模拟手术:在3D模型上按照实际手术中的步骤复位骨折块，用克氏针固定，将钛板预弯贴附在骨折模型上的合适位置，确定钛板及螺钉的规格、型号、植入位置。并在3D模型上标记一些关键的解剖点，以便在术中辨认，作为骨折复位、钛板放置的标记点。

1.3 术中操作 术中复位时，根据模型判断各骨折块的大小、位置，根据复位时的解剖标记，按照术前设计以获得满意复位。在内固定时，参照模型将已确定规格、长度的钛板和螺钉置入到合适的位置。对于骨缺损或者压缩骨折需植骨时，可以参照模型确定植骨的位置进行植骨;本组中2例行异体松质骨植骨，1例取自体髂骨松质骨植骨。对于合并伤，半月板损伤5例，4例一期关节镜下修复，1例损伤严重，无法修复给予半月板切除;前交叉韧带损伤2例，均为实质部断裂，待骨折愈合后行二期修复;内侧副韧带损伤1例，进行一期修复。

1.4 术后处理 术后抬高患肢，以利于患肢消肿，术后3天即开始直腿抬高试验练习;术后10天开始膝关节屈、伸活动练习;术后8周在扶拐下，患肢开始部分负重，骨折愈合后完全负重。术后12个月参照美国HSS标准[5]对患肢的膝关节功能进行评分。

2 结果

术后进行12-24个月的随访(平均17.3个月）。所有患者均获得骨性愈合，术后12个月膝关节HSS评分:优5例(55.6%)、良2例(22.2%)、可2例(22.2%)，优良率为77.8%。术后出现创伤性关节炎2例，关节僵直0例，关节不稳1例。无一例患者发生医源性动脉、静脉、胫神经、腓神经损伤。

3 讨论

复杂的胫骨平台骨折多由高能量损伤所致，常为双柱或三柱同时骨折，同时伴有严重的软组织损伤，且胫骨平台骨折为关节内骨折，手术要求高，关节面解剖复位、坚强内固定和塌陷骨折复位后植骨被认为是胫骨平台骨折复位满意的三要素[6]。因此，如何获得胫骨平台骨折精确的复位、良好的力线要求是骨科大夫面临的挑战。传统的影像学无法从任意角度、全方位动态了解骨折的立体结构，数字化技术的出现为胫骨平台骨折精确的个性化手术提供了良好条件。

利用3D打印技术可以制备1:1的骨折模型，使复杂胫骨平台骨折的解剖学结构以实体模型的形式呈现在眼前，术者能更直观的了解骨折、血管、手术入路的位置关系，术前在3D模型上模拟手术，可预先体会术中遇到的各种问题，制定出更合理的手术方案。

本研究对9例复杂胫骨平台骨折运用3D打印技术进行术前设计和模拟手术。结果发现，3D模型能清楚的显示骨折块的位置、大小，精确的测量骨折移位、塌陷的数据，对骨折进行准确的分型;手术中实际操作及钛板、螺钉的规格、型号、放置的位置与术前模拟手术的一致性良好。本组患者手术过程均顺利，术后随访所有患者均获得骨性愈合，术后12个月膝关节HSS评分，优良率为77.8%。术后出现创伤性关节炎2例，考虑骨折粉碎严重，伴有半月板损伤，无法解剖复位;出现关节不稳1例，经查体及影像学论证，考虑患者损伤时伴有前交叉韧带断裂，行二期前交叉韧带重建术后，关节稳定性良好。

综上所述，在复杂胫骨平台骨折治疗中应用3D打印技术，对手术方案的个体化设计、实际手术操作具有重要的指导作用。但在临床应用中花费较高，与真实手术操作仍有很大距离，需要进一步研究改进，以便更好地发挥3D打印技术的临床作用。

[1]张道俭，朱天岳，柴卫兵，等.解剖型胫骨髁钢板治疗胫骨平台骨折[J].中国矫形外科杂志，2006，14(20):1542-1544.

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[4]罗从风，胡承方，高洪，等.基于CT的胫骨平台骨折的三柱分型[J].中华创伤骨科杂志，2009，11(3):201-205.

[5]Ghazavi MT, Pritzker KP, Davis ΑM, et al. Fresh osteochondral allografts for post traumatic osteochondral defects of the knee[J]. J Βone Joint Surg Βr, 1997, 79(6): 1008-1013.

[6]Lachiewicz PF, Funcik T. Factors inf uencing the results of open reduction and internal f xation of tibial plateau fractures[J]. Clin Orthop Relat Res, 1990, (259): 210-215.

FEASIBILITY OF 3D PRINTING TECHNOLOGY IN TREATMENT OF COMPLICATED TIBIAL PLATEAU FRACTURES

HE Zhi-yong, ZHΑNG Qing-zhu, LIN Ying-ying, et al
(Traumatic Orthopedics Department of the AffiLiated HospitaL of Chengde MedicaL CoLLege, Hebei Chengde 067000, China)

Objective:To investigate the feasibility of 3D printing technology in treatment of complicated tibial plateau fracture.Methods:The clinical data of 9 cases complicated tibial plateau fracture patients in our hospital from 2013.2to 2014.7 were retrospectively analyzed. Αll the patients were established entity model by 3D printing technology according to three dimensional CT reconstruction, and simulated operation using 3D model, then performed operation according to preoperative planning. The function of knee joint was evaluated according to HSS criteria 12 months after operation.Results:Αll the patients were followed up for 12-24 months, and average 17.3 months. Αll the patients obtained bony fusion. The excellent rate of HSS score was 77.8% (7/9) 12 months after operation. No patients suffered iatrogenic popliteal artery, popliteal vein, tibial nerve and peroneal nerve injury.Conclusions:3D printing technology in treatment of complicated tibial plateau fractures has an important guiding role in designing individual operation plan and actual operation.

Tibial plateau fracture; 3D printing technology; Simulate operation

R683.42

A

1004-6879(2016）04-0280-03

2015-09-25）

△ 通讯作者