3D打印技術在復雜Pilon骨折治療中的應用

李攀，李讓賢，夏興平，劉超，段春輝，鄧聲杰

(云南省鎮雄縣人民醫院脊柱關節外科，云南 鎮雄　657200)

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3D打印技術在復雜Pilon骨折治療中的應用

李攀，李讓賢，夏興平，劉超，段春輝，鄧聲杰

(云南省鎮雄縣人民醫院脊柱關節外科，云南 鎮雄657200)

目的探討3D打印技術在臨床治療復雜Pilon骨折中的可行性和臨床應用價值。方法自2014年1月至2015年12月對臨床上復雜的19 例Pilon骨折患者進行螺旋CT掃描，將其醫學數字成像與通訊(digital lmaging and communications in medicine，DICOM)數據輸入計算機中，采用Mimics軟件進行數據處理，應用3D打印技術打印骨折三維模型。在3D打印模型上確定手術入路并進行骨折準確復位及鋼板放置的選擇等模擬手術。術后末次隨訪時采用美國足踝外科協會(American orthopaedic foot and ankle society，AOFAS)踝與足評分及疼痛視覺模擬評分(visual analogue scale，VAS)評定療效。結果19 例均獲隨訪，隨訪時間6～54個月，平均21.2個月，骨折均獲骨性愈合，愈合時間6～9個月，平均7.2個月。無一例內固定失敗的發生。末次隨訪時采用AOFAS踝與足評分及疼痛VAS評分，優16 例，良3 例，優良率100%。重建的三維模型能準確的反映出骨折移位的方向和程度，可準確的進行骨折的判斷，初步實現Pilon骨折的術前手術設計。結論3D打印技術應用于復雜Pilon骨折的治療，臨床可行性良好，可提高基層醫師的診治能力。

3D打印；Pilon骨折；模擬手術

復雜型脛骨遠端骨折(Pilon骨折)為關節內骨折，可致關節面壓縮、塌陷，骨折移位。手術復位獲得關節的解剖復位，恢復力線和良好的踝穴關系，可防止并發癥的產生。術前良好的設計，對手術效果至關重要。2014年1月至2015年12月，筆者采用3D打印技術對19 例患者進行術前模擬復位、骨折內固定，取得了良好的效果，現將治療經驗報告如下。

1　資料與方法

1.1一般資料復雜脛骨Pilon骨折19 例，男13 例，女6 例；平均年齡38 歲。入院時均有疼痛、腫脹、踝關節功能障礙等癥狀，均通過X線片、CT檢查確診為Pilon骨折。致傷原因：高處墜落傷8 例，交通事故傷5 例，摔傷3 例，其他傷3 例。左側10 例，右側9 例。受傷到手術時間7～14 d，平均9.5 d。骨折根據Ruedi-Allgower分型，Ⅱ型骨折8 例，Ⅲ型骨折11 例，均為閉合性骨折。

1.2方法與技術

1.2.1模型制作所有患者行踝關節CT掃描檢查，構建三維數字模型，將其醫學數字成像與通訊(digital lmaging and communications in medicine，DICOM)數據輸到院外3D打印公司，將其輸入計算機中采用Mimics軟件進行處理，采用選擇性激光燒結技術按1︰1比例打印Pilon骨折模型，打印機器為激光燒結設備Farsoon 401，打印材料為用于激光燒結的尼龍粉末材料，模型打印時間一般為24～36 h。

1.2.2模擬手術術前根據骨折影像學資料及3D可視模型，準確評估骨折移位的方向，關節面的塌陷部位，制定手術入路及內固定的方式，采用強力膠水粘合模擬骨折復位過程、手術步驟、鋼板長短及預彎塑形、螺釘分布及長短，預判是否需要植骨，制定個體化的手術方案。

1.2.3實際手術全麻或持續硬膜外麻醉，患者取仰臥位，大腿根部上止血帶，根據術前設計手術方案決定手術入路及步驟，其中前內側單一弧形切口9 例，前正中正切口+后內側切口治療7 例，前正中直切口+內側切口治療3 例。通常先復位主骨塊，再復位脛骨前唇或后唇塌陷、壓縮的關節面，用異體骨或取自體髂骨植骨，按術前計劃用內外側解剖板、“T”型板及螺釘固定。術后C型臂透視確認復位、固定滿意，逐層縫合，并放置負壓引流管。

1.2.4術后評價按照術前制定的手術方案進行術后X線和CT三維重建檢查，對骨折復位及關節面的平整情況進行評估，將術前設計的手術方案和實際手術過程相比較，比較內容包括模型與骨折的吻合情況、手術入路、鋼板放置及塑形貼合情況，螺釘分布及長短，所需植骨情況與術前設計是否一致。

2　結　　果

19 例復雜脛骨Pilon骨折術前均利用3D打印模型制定手術方案，模擬手術步驟，所有病例均按術前手術方案進行手術，手術入路及鋼板放置，螺釘植入均與術前方案一致，手術平均時間為75 min。術后CT顯示關節面解剖復位14 例，滿意復位5 例，沒有螺釘穿入關節腔，17 例切口一期愈合，2 例延期愈合，經換藥處理后愈合。術后19 例均獲隨訪，隨訪時間6～54個月，平均21.2個月，骨折均獲骨性愈合，愈合時間6～9個月，平均7.2個月，無內固定失敗的發生。末次隨訪時采用美國足踝外科協會(American orthopaedic foot and ankle society，AOFAS)踝與足評分及疼痛視覺模擬評分(visual analogue scale，VAS)，優16 例，良3 例。典型病例影像學資料見圖1～6。

圖1　術前正側位X線片示內踝、脛骨前唇骨折

3　討　　論

復雜脛骨Pilon骨折是高能量損傷所導致的屬于脛骨遠端的關節內骨折，關節面壓縮、塌陷，同時可合并不同程度的軟組織損傷。根據Ruedi-Allgower分型，Ⅱ型和Ⅲ型Pilon骨折因骨折移位，關節不穩，軸向對線不良破壞踝穴的穩定結構，非手術治療不能達到骨折復位固定的目的，可造成骨折不愈合或愈合不良，遠期導致創傷性關節炎[1]。手術治療的目的是為了骨折關節面達到解剖復位，塌陷關節面復位后的植骨及堅強固定，以便獲得良好的踝穴關系，避免軟組織的損傷，減少術后并發癥的發生[2]。為了達到良好的手術效果，術前我們需要充分了解復雜Pilon骨折的形態，準確的對骨折進行預判，從而制定正確的手術方案。目前常規手術使用的鈦鋼板、鈦鋼釘等植入物都是流水線生產的固定規格，但患者有個體差異，骨科醫生只能依靠經驗在手術中選擇規格最合適的置入物，或者手術現場打磨，調整為較為合適的尺寸，不僅浪費了時間，還增加皮瓣壞死及切口感染的概率，也很難做到解剖復位。隨著科技的發展，應用3D打印技術將患者Pilon骨折打印成1︰1仿真模型，可以還原骨折“原貌”，清晰顯示骨塊位置和尺寸，精確模擬螺釘、鋼板的植入過程，術前能確定鋼板的數量、位置、長度及螺釘數量、分布、植入角度，為手術策略制定提前確定數據。

圖2　術前CT三維重建示骨折具體情況

圖3　3D打印模型展現骨折移位方向和程度

圖4　術前在3D打印模型上模擬操作

圖5　術后正側位X線片示關節面平整，　鋼板及螺釘分布與術前吻合

圖6　術后CT示關節面復位良好

本組采用3D打印技術輔助治療的19 例Pilon骨折，平均手術時間為75 min，術后無皮瓣壞死、感染發生。患者術中透視、術后X線檢查及三維CT掃描均顯示骨折復位滿意，關節面平整，術后隨訪踝關節功能恢復良好。事先在模型上進行手術方案的模擬操作，從而在實際手術過程中做到有條不紊的進行骨折復位固定[3]。滿足顯露及固定需要的有限切口，避免損傷過多的軟組織，一改過去大切口或是術中發現一個切口不能滿足顯露需要而另取切口；避免皮瓣設計不當，導致術后皮瓣壞死，或是術中反復復位，塑形鋼板，多次透視，導致切口暴露時間長，不能在一次驅血帶下完成手術。因為中途松止血帶，增加了出血量和手術時間。因此，3D打印技術在一定程度上提高了手術的成功率和降低了手術并發癥發生率，使得患者功能恢復更快。近年來隨著創傷治療BO理念的發展，骨折的生物學特性在骨折治療中更為重視，既要維持骨折端的機械穩定性，又要對骨折端軟組織血管進行充分保護，在打印模型上預先設計好鋼板及螺釘位置，為Mippo技術提供了更廣泛的應用空間[4-5]。但由于開展的病例數量有限，該項輔助技術在降低術后并發癥，提高手術成功率等方面的具體作用仍需擴大病例數及長期隨診才能得出結論。3D打印技術目前還存在一定的局限性：首先，盡管CT掃描層可以很薄，但畢竟只能提供多個切片，切片之間不可避免地出現誤差，且目前計算機缺乏專門對骨骼設計的軟件，沒有自動化的分割及模擬重建過程，人工操作難免會有差錯；其次，術前模擬和真實環境之間的差別很難做到精確；再有，本研究采用激光燒結的尼龍粉末材料，其材質硬且脆，模型骨折片的分離及固定較困難，還需進一步解決材料學的問題。

由于基層骨科醫師亞專業未細化，缺乏對骨折移位的三維空間感，3D打印技術的應用，無疑能給醫師和患者帶來福音。然而，3D打印技術在復雜Pilon骨折中的應用僅僅是3D技術的冰山一角，其在骨科手術中的應用價值無可限量。現在應用3D打印出骨、軟組織等的三維模型，只是3D打印的最初應用。骨科導航的研發，個性化假體的制作，新型骨科器械的研發等，才是真正的學術熱點和難點所在，這對手術的標準化，乃至實現內固定植入數字化方案精準指導手術的實施都將起到積極的推動作用[6-12]。

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1008-5572(2016)10-0939-04

云南省臨床重點專科建設資助項目

R683.42

B

2016-05-11

李攀(1981- )，男，主治醫師，云南省鎮雄縣人民醫院脊柱關節外科，657200。