留成胜 谢伟 李旱雨 吴向科 冯继华 兰云芬 聂俊 黎高明

[摘要] 目的 探讨数字化技术辅助手术和傳统切开复位内固定治疗复杂胫骨平台骨折的临床疗效。 方法 选取2015年12月至2020年3月期间我院收治复杂胫骨平台骨折患者88例，随机分为数字化组和传统组，每组各44例。术前均行CT扫描，数字化组将CT扫描数据导入Mimics软件进行三维重建，通过模型制定精准手术规划后行手术，传统组根据X线和CT影像学资料制定手术方案行手术。比较两组手术时间、术中出血量、术中透视次数和时间、住院时间、骨折愈合时间、完全负重时间、后倾及内翻角度等。末次随访采用膝关节Rasmussen评分和美国特种外科医院膝关节评分（HSS）对膝关节功能进行评价比较。 结果 数字化组手术时间、术中出血量、术中透视次数和时间、住院时间、骨折愈合时间、完全负重时间、后倾角度、内翻角度较传统组有明显优势，差异均有统计学意义（P<0.05）。数字化组HSS和Rasmessen评分优良率均高于传统组;两组HSS评分比较，差异有统计学意义（P<0.05）;两组Rasmessen评分比较，差异无统计学意义（P>0.05）。 结论 数字化技术辅助手术在治疗复杂胫骨平台骨折中表现出手术创伤小、出血量少、手术时间短、射线暴露少、复位精确性高及功能恢复快等优点。

[关键词] 数字化技术;胫骨平台;骨折;三维重建

[中图分类号] R683.1          [文献标识码] B          [文章编号] 1673-9701（2021）35-0085-06

Clinical effect of digital technology assisted treatment in complex tibial plateau fracture

LIU Chengsheng   XIE Wei   LI Hanyu   WU Xiangke   FENG Jihua   LAN Yunfen   NIE Jun   LI Gaoming

Department of Orthopaedics，Quzhou Hospital of Traditional Chinese Medicine in Zhejiang Province，Quzhou 324002，China

[Abstract] Objective To explore the clinical effects between the digital technology assisted surgery and the traditional open reduction and internal fixation in the treatment of complex tibial plateau fractures （TPF）. Methods A total of 88 cases of complex TPF were treated in our hospital from December 2015 to March 2020， were randomly divided into the digital group and the traditional group， each group has 44 cases. CT scanning was performed before operation. In the digital group， CT scanning data were input into Mimics software for three-dimensional reconstruction. The operation was performed after making accurate operation plans through the model. As for the traditional group， the operation plan was made according to X-ray and CT imaging data. The operation time，intraoperative hemorrhage volume， the intraoperative frequency and time of fluoroscopy， hospitalization time， fracture healing time，time to full weight bearing， backward inclination and varus angle were compared between the two groups. At the last follow-up，the knee joint function was evaluated and compared with the Rasmussen score of the knee joint and hospital for special surgery knee score （HSS）. Results Compared with the traditional group， the digital group had obvious advantages in terms of the operation time， the intraoperative hemorrhage volume， the intraoperative frequency and time of fluoroscopy， the hospitalization time，the fracture healing time，time to full weight bearing，backward inclination angle and varus angle，with statistically significant differences（P<0.05）.The excellent rates of HSS and Rasmessen scale were both higher in the digital group than those in the traditional group.There was significant difference in HSS score between the two groups while no significant difference was found in Rasmessen score between the two groups（P>0.05）. Conclusion The digital technology assisted surgery has the advantages of less trauma， less bleeding， short operation time， less radiation exposure， high reduction accuracy and quick functional recovery in the treatment of complex TPF.

[Key words] Digital technology; Tibial plateau; Fracture; Three-dimensional reconstruction

脛骨平台骨折为关节内骨折，占膝关节周围骨折的26.1%，近年来发病率呈逐年增加趋势[1]。高能损伤导致复杂胫骨平台骨折，关节面损伤严重，干骺端粉碎移位，常合并周围软组织损伤[2]。临床上以手术治疗为主，由于复杂骨折失去解剖复位标志，骨折解剖复位和固定难度大，治疗棘手[3-4]，治疗中易出现伤口感染、骨折复位不良、关节僵硬及创伤性关节炎等并发症[5]。随着数字化技术的发展，快速骨折三维模型构建，术前模拟手术复位，可完善术前计划，确保手术顺利完成[6-7]。本研究采用数字化技术和传统切开复位内固定治疗复杂胫骨平台骨折患者，回顾性分析这些患者临床资料，比较两种治疗方式疗效，探讨数字化技术辅助治疗优势，同时为临床治疗方式选择提供参考，现报道如下。

1 资料与方法

1.1 一般资料

选择2015年12月至2020年3月我院收治的复杂胫骨平台骨折88例作为研究对象，所有纳入者均签署知情同意书，且该研究通过本院医学伦理委员会批准。男54例，女34例，年龄18～68岁，平均（42.1±12.3）岁。均为闭合性骨折，均常规行X线及CT检查，明确诊断为复杂胫骨平台骨折。根据随机数字表法分为数字化技术组（数字化组）和传统切开复位内固定组（传统组），每组各44例。数字化组男26例，女18例，平均年龄（43.5±12.3）岁;致伤原因：交通事故伤22例，摔伤8例，高处坠落伤12例，重物压伤2例;骨折按Schatzker分型：Ⅴ型20例，Ⅵ型24例。传统组男28例，女16例，平均年龄（40.8±10.5）岁;致伤原因：交通事故伤20例，摔伤10例，高处坠落伤8例，重物压伤6例;骨折按Schatzker分型：Ⅴ型26例，Ⅵ型18例。两组术前一般资料比较，差异无统计学意义（P>0.05），具有可比性。见表1。

纳入标准[4，8]：①新鲜、闭合骨折;②Schatzker分型为Ⅴ型和Ⅵ型;③年龄16～70岁，骨骺已闭合;④无血管、神经损伤;⑤随访资料完整，随访时间>6个月。排除标准[4，8]：①儿童、陈旧性、开放性骨折和病理性骨折者;②合并既往膝关节畸形或活动障碍者;③合并重要脏器损伤者;④多种内科疾病不能耐受手术或麻醉者;⑤合并同侧股骨干骨折者。

1.2 方法

1.2.1 数字化技术  完善胫骨平台CT数据，采用螺旋CT扫描，数据以Dicom格式导入Mimics17.0软件（Materiaise′s interactive medical image control system，交互式医学影像控制系统，比利时）进行三维重建，观察分析骨折特点、类型。通过软件测量工具对胫骨平台后倾角、内翻角、骨折塌陷深度、骨块移位距离、胫骨平台增宽大小进行精准测量。见图1～7。在三维模型上进行手术模拟，确定骨折复位顺序，复位高度，测量复位后后倾角和内翻角数据，同时设计钢板植入位置，观察螺钉方向和分布及测量螺钉长度。见图8～11。

1.2.2 手术方法及术后处理  数字化技术组患者采用连续硬膜外麻醉或全身麻醉，仰卧位，膝关节屈曲30°～45°。采用膝关节前外侧和内侧联合切口，皮瓣宽度大于7 cm，外侧切口骨膜下剥离部分胫前肌，内侧切口注意保护鹅足腱和膝内侧副韧带。根据术前规划和手术演示进行骨折复位，首先复位骨折简单一侧，内侧平台骨块大多较完整，通过内侧切口复位内侧平台和后柱骨折，克氏针临时固定，检查力线及高度恢复满意，内侧平台和后柱固定根据术前设计放置重建钢板或内侧柱解剖型钢板和植入螺钉。通过外侧切口切开外侧半月板胫骨韧带，悬吊半月板，胫骨髁前外侧开窗，直视下复位平台外侧关节面，开窗复位通道植入同种异体骨或自体髂骨并夯实，骨盆复位钳挤压内外侧平台，恢复平台宽度，克氏针临时固定，“C”型臂X光机透视骨折复位满意，放置胫骨近端外侧解剖型钢板及植入螺钉固定。检查膝关节伸直位及屈曲30°下内外翻应力试验阴性，重建外侧半月板胫骨附着处，逐层缝合，关闭切口，并常规放置负压引流管。传统切开复位内固定组患者采用连续硬膜外麻醉或全身麻醉，仰卧位，膝关节屈曲30°～45°。采用膝关节前外侧和内侧联合切口，显露骨折处，先复位骨折简单侧，塌陷骨折处关节囊切开，注意避免半月板损伤，直视下复位，根据C型臂X光机透视结果调整骨折复位、钢板位置、高度和螺钉长度、数目。术后予预防感染、镇痛及抗凝等对症处理，抬高患肢，1周内使用弹性绷带，术后第1天行肌肉等长收缩，1～2 d开始指导膝关节被动功能锻炼，第24～48小时，拔除负压引流管，3～4 d开始膝关节主动屈伸功能锻炼，同时配合膝关节功能训练机（Continuous passive motion，CPM）锻炼，6周后扶双拐逐步开始不负重行走，12周后根据骨折愈合情况扶拐部分负重，逐渐增加负重重量，骨折愈合后完全负重。术后1、2、3、6个月复查，之后每3个月复查1次。

1.3 观察指标及评价标准

统计并对比两组患者手术时间、术中出血量、术中透视次数和时间、住院时间、骨折愈合时间、完全负重时间、后倾及内翻角度等。术后第2天及1、2、3、6、12个月拍摄X线检查。采用膝关节Rasmussen评分[9]评价术后X线片上骨折复位效果，总分18分，评分18分为优，12～17分为良，6～11分为可，<6分为差。采用美国特种外科医院膝关节评分（Hospital for special surgery knee scores，HSS）评价膝关节功能[10]，总分100分，评分≥85分为优，70～84分为良，60～69分为可，<59分为差。优良率=（优+良）例数/总例数×100%。

1.4 统计学方法

采用SPSS 23.0统计学软件（IBM公司，美国）进行统计学分析。计量资料采用Shapiro-Wilk检验正态性，手术时间、术中出血量、术中透视次数和时间、住院时间、骨折愈合时间、完全负重时间、后倾及内翻角度等计量资料采用（x±s）表示，两组计量资料比较采用两独立样本t检验。膝关节Rasmussen评分和美国特种外科医院膝关节评分（HSS）等级资料采用秩和检验。两组术前一般资料比较采用χ2检验。检验水准α数值采用双侧0.05，P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 两组患者各项指标比较

患者均获得随访，随访时间6～57个月。数字化组手术时间（189.82±30.42）min、术中出血量（237.05±65.80）mL、术中透视次数（4.18±1.22）次、术中透视时间（16.85±4.22）min、住院时间（13.55±3.10）d、骨折愈合时间（16.59±1.62）周、完全负重时间（17.05±1.94）周、后倾角度（8.23±1.51）°、内翻角度（86.54±1.71）°，与传统组（211.82±40.56）min、（315.59±94.25）mL、（6.14±1.88）次、（24.00±7.79）min、（16.23±3.46）d、（18.05±2.59）周、（19.41±2.50）周、（6.40±1.79）°、（87.93±2.68）°比较，差异均有统计学意义（P<0.05）。见表2～3。

2.2 两组患者临床疗效比较

传统组末次随访HSS膝关节评分59～95分，平均为（84.36±8.53）分;Rasmessen胫骨平台骨折复位放射学评分为5～18分，平均为（15.09±2.96）分。数字化组末次随访HSS膝关节评分68～97分，平均（89.77±6.20）分;Rasmessen胫骨平台骨折复位放射学评分为14～18分，平均（16.68±1.13）分。数字化组在HSS和Rasmessen评分优良率方面均高于传统组，两组HSS评分比较，差异有统计学意义（P=0.014）。见表4。两组Rasmessen评分比较，差异无统计学意义（P=0.086）。见表5。

2.3 典型病例

患者，男，36岁，因“交通事故伤致左膝肿痛、畸形伴活动受限1 h余”入院。查体：左膝肿胀，外翻屈曲畸形，广泛压痛，可及骨擦音及异常活动，膝关节活动受限。术前X片示：左侧胫骨平台粉碎性骨折。入院诊断：左侧胫骨平台骨折（Schatzker Ⅵ型）。术前行CT扫描，CT扫描数据导入Mimics软件进行三维重建，通过模型观察分析、模拟手术制定精准手术方案后行手术。术后膝关节稳定，屈伸功能良好。见图1～13。

3 讨论

3.1 数字化技术辅助治疗在复杂胫骨平台骨折中的优势

X线和CT检查可为手术入路选择、手术方案制定提供参考，但非常依赖医师临床经验，遇到复杂骨折，治疗效果往往不够理想[11]。数字化技术对复杂胫骨平台骨折进行三维重建，模型立体360°直观观察，展现骨折间相互位置及毗邻关系，全面、准确评估骨折特点和碎片移位程度[12]。对骨折进行模拟复位，模拟内固定物植入等操作，不断完善和改进手术方案，实现手术技术优化[13]，有利于经验不足、操作不熟练的医生熟悉疾病诊治;通过模拟复位，进行预手术，可提高手术精准性，缩短手术时间，有效缩短手术学习曲线，减少射线暴露量，降低手术风险[14-15]。借助数字化技术术前对钢板进行塑形，设计钢板放置高度和位置，观察螺钉置入位置、螺钉最大长度、方向，有效避免无效支撑和螺钉穿入关节腔[16]。钢板与骨骼良好匹配，可获得更佳固定效果和生物力学性能[17]。通过手术模拟提高手術熟练度，减少手术创伤，术中出血量，使得复杂手术变得相对简单，提高手术安全性[18]。数字化技术让疾病变得具有直观性和易懂性，便于患者解读手术方案，和谐医患关系[19]。同时数字化技术具有计算机屏幕上设想、模拟手术、反复修正、设计最佳手术方案，实现安全、精确、微创手术[20-21]，而且对术后康复有明确的指导意义等优点[22]。

3.2 数字化技术操作标准和操作体会

①将数据导入Mimics17.0软件，对图像进行配准、分割与标识。运用软件分割模块中的阈值转换工具提取指定范围内的数据点集合构成一个遮掩层，提取骨骼遮掩层;运用遮掩层编辑工具（Edit Masks，Multiple slice Edit），区域增长换算工具（Region growing）及布尔运算工具（Boolean operations）逐步进行图像处理，得到骨骼的新Mask层;然后运用Calculate 3D计算模型，构建骨骼三维模型。②模拟骨折复位与内固定，运用Move、Rotate工具平移、旋转、翻转等操作复位骨折达到解剖复位;通过导入菜单（Import project）导入钢板原始数据，采用拟合、配准工具对骨折进行内固定操作。③流程简易，软件操作简单，通过Mimics软件重建模型仅需数分钟至数十分钟，适用于急诊手术。数字化技术通过三维模型观察、分析、模拟手术，减少3D打印昂贵费用，且不增加医疗费用[23]。④通过三维重建模型分析受伤机制，结合MRI明确韧带损伤情况。⑤评价模拟复位质量，可行健侧三维重建，采用软件镜像功能，拟合模型进行判断。⑥模拟钢板固定，分析固定强度，采用软件切割功能，实现直观观察;联合使用2.7 mm或3.5 mm T型或L型钢板进行坚强固定。⑦钢板塑形方法：旋转复位后的三维模型，放置钢板面与电脑屏幕垂直，1∶1三维模型进行钢板预弯塑形，截屏图像打印，再次验证。本研究均采用该方法，术中钢板与骨面贴合度高，固定牢靠。⑧出现术中复位与术前计划不一致时，检查骨折复位质量，往往存在复位不良，减少术中“走弯路”。

3.3 数字化技术辅助手术与传统切开复位内固定治疗复杂性胫骨平台骨折疗效比较

本研究中两种治疗方法比较，数字化技术辅助手术不仅表现出减小手术创伤、减少出血量、缩短手术时间、减少射线暴露次数、提高复位精确性等，而且骨折愈合时间和完全负重时间更早，术后HSS膝关节评分更好，功能恢复更快，这些优势在统计学存在差异。Duncan等[24]报道数字化技术减少患者和外科医生接触辐射的时间。本研究认为这些优势特点与手术创伤小、手术时间短、复位质量高、术中组织剥离少血供破坏小、骨折坚强固定和力学稳定等因素相关。此外数字化技术术前预估骨折缺损区面积，植骨量大小，设计钢板植入位置、螺钉分布、固定范围，减少骨折反复复位、固定造成骨折愈合环境的破坏，或复位不足、过度复位以及钢板螺钉固定不牢靠后期功能锻炼造成骨折再塌陷，同时减少关节僵硬和创伤性关节炎的发生率。

综上所述，与传统切开复位内固定相比较，数字化技术辅助手术表现出手术创伤小、出血量少、手术时间短、射线暴露少、复位精确性高、骨折愈合快、降低并发症及促进膝关节功能快速恢复等优点，是骨折复位与重建一种安全可行的治疗方法，值得临床推广使用。

[参考文献]

[1] 张英泽.临床创伤骨科流行病学[M].3版.北京：人民卫生出版社，2018：245.

[2] Millar S，Arnold J，Thewlis D，et al. A systematic literature review of tibial plateau fractures：What classifications are used and how reliable and useful are they？[J]. Injury，2018，49（3）：473-490.

[3] 黄光平，贾叙锋，周玉，等.锁定钢板三柱内固定治疗复杂胫骨平台骨折的临床效果观察[J].中国现代医生，2020，58（10）：88-90.

[4] 丁伟，王小军，封小东.复杂胫骨平台骨折双切口双钢板内固定术的疗效[J].中华关节外科杂志，2020，14（3）：320-323.

[5] 许胜贵，郭卫中，林旺，等.复杂胫骨平台骨折切开复位锁定钢板内固定术后疗效观察[J].中国骨与关节损伤杂志，2020，35（6）：625-627.

[6] 何敏，谭文甫，谭宁泰，等.3D打印技术辅助治疗pilon骨折合并同侧胫骨干骨折的临床应用[J].中华创伤骨科杂志，2019，21（7）：604-608.

[7] 石华，赵飞，魏松英，等.数字化设计结合3D打印技术治疗复杂胫骨平台骨折的效果评价[J].宁夏医学杂志，2019，41（10）：875-878.

[8] 袁昊龙，王志刚，贾龙，等.下肢骨折轴向牵引器辅助微创接骨板技术治疗复杂胫骨平台骨折[J].中华创伤骨科杂志，2019，21（11）：959-965.

[9] 刘兆杰，张金利，沈啟捷，等.过伸内翻型胫骨平台骨折的临床特点及治疗策略[J].中华骨科杂志，2019，39（21）：1301-1310.

[10] 沈啟捷，刘兆杰，张金利，等.胫骨平台双髁骨折中胫骨结节骨折的手术策略选择[J].中华骨科杂志，2020，40（18）：1275-1281.

[11] 叶试南，阮平，郑帮明，等.3D打印技术对胫骨平台骨折关节面复位的应用价值及术后CT结果研究[J].中国现代医生，2019，57（21）：21-23.

[12] 卢斌，王爱国，马富强，等.应用3D打印技术辅助双平面截骨治疗SchatzkerⅣ型胫骨平台骨折畸形愈合[J].中华骨科杂志，2020，40（5）：427-431.

[13] 高迪，张清，刘融.3D打印技术在胫骨平台后柱骨折诊治中的应用优势与展望[J].中国组织工程研究，2020， 24（6）：911-916.

[14] 朱成栋，夏建忠，乔高山，等.术前3D打印设计结合微创经皮钢板内固定技术治疗胫骨中下段骨折的疗效分析[J].中华解剖与临床杂志，2019，24（5）：477-482.

[15] Garg B，Mehta N.Current status of 3D printing in spine surgery[J].J Clin Orthop Trauma，2018，9（3）：218-225.

[16] 刘云涛，张新安，王鹏，等.3D打印技术在胫骨高位截骨治疗膝内翻畸形骨关节炎中的临床应用[J].中华创伤骨科杂志，2019，21（3）：247-253.

[17] 焦竞，肖飞，黄玉成，等.3D打印结合胫骨外髁截骨治疗胫骨平台外后髁骨折[J].中华骨科杂志，2018，38（15）：913-918.

[18] 陈红卫，张根福，潘俊，等.改良前外侧入路胫骨近端锁定加压钢板固定治疗胫骨平台后外侧骨折[J].中华骨科杂志，2013，33（9）：935-940.

[19] Lou Y，Cai L，Wang C，et al. Comparison of traditional surgery and surgery assisted by three dimensional printing technology in the treatment of tibial plateau fractures[J].Int Orthop，2017，41（9）：1875-1880.

[20] 张元智，陆声，赵建民，等.数字化技术在骨科的临床应用[J].中华创伤骨科杂志，2011，13（12）：1161-1165.

[21] 留成胜，谢伟，郑建平，等.CT三维重建联合模拟手术辅助切开复位内固定治療过伸性胫骨平台骨折[J].中医正骨，2020，32（9）：63-65.

[22] Giannetti S，Bizzotto N，Stancati A，et al. Minimally invasive fixation in tibial plateau fractures using an pre-operative and intra-operative real size 3D printing[J].Injury，2017，48（3）：784-788.

[23] 申智敏，段宜强，叶川，等.3D打印导航模块及联合数字化设计在髋臼骨折中的应用研究[J].重庆医学，2019，48（2）：301-309.

[24] Duncan JM，Nahas S，Akhtar K，et al.The use of a 3D printer in pre-operative planning for a patient requiring acetabular reconstructive surgery[J].J Orthop Case Rep，2015，5（1）：23-25.

（收稿日期：2021-03-13）

[基金项目] 浙江省医药卫生科技计划项目（2019PY090）