3D打印技術在復雜跟骨骨折中的應用

何藻鵬+李衛+劉金偉+鄭玉東+曾迪藩+劉東波

【摘要】 目的 探討3D打印技術在復雜跟骨骨折中的應用方法及效果。方法 72例（84足）復雜跟骨骨折患者， 按床位單雙號將患者分為對照組和3D組， 各36例（42足）。兩組患者均進行術前常規CT檢查， 并進行跟骨切開復位內固定術。其中對照組患者直接根據X線及CT二維圖像進行手術， 3D組患者進行數字化重建、模擬復位并打印跟骨3D模型， 術前鋼板預塑形、設計個性化方案再行手術治療。觀察兩組患者手術情況、治療效果以及并發癥發生情況。結果 3D組患者手術時間、術中出血量均優于對照組， C臂X線暴露風險小于對照組， 差異具有統計學意義（P<0.05）。3D組優良率為92.86%， 高于對照組的76.19%， 差異具有統計學意義（P<0.05）。兩組并發癥發生率比較差異無統計學意義（P>0.05）。結論 3D打印技術在復雜跟骨骨折中應用效果較好， 可提前進行術前設計及模擬手術， 對手術起到輔助作用， 提高手術效果， 降低并發癥， 值得臨床應用及推廣。

【關鍵詞】 3D打印技術；跟骨骨折；模型；療效

DOI：10.14163/j.cnki.11-5547/r.2017.09.022

Application of 3D printing technique in complex calcaneal fracture HE Zao-peng， LI Wei， LIU Jin-wei， et al. Department Three of Surgery， Foshan City Shunde District Lecong Hospital， Foshan 528315， China

【Abstract】 Objective To investigate application method and effect by 3D printing technique in complex calcaneal fracture. Methods A total of 72 patients （84 feet） with complex calcaneal fracture were divided by their bed number into control group and 3D group， with 36 cases （42 feet） in each group. Both groups received conventional preoperative CT examination and calcaneal open reduction internal fixation operation. The control group received operation in accordance with X-ray and CT two-dimensional diagram， and the 3D group received operation after digital reconstruction， reduction simulation， 3D calcaneal model printing， preoperative prefabricating plate， and individualized scheme. Observation was made on operation condition， curative effect and complications in the two groups. Results The 3D group had better operation time and intraoperative bleeding volume than the control group， and its C-arm X-ray exposure risk was lower than the control group. Their difference had statistical significance （P<0.05）. 3D group had higher good rate as 92.86% than 76.19% in the control group， and the difference had statistical significance （P<0.05）. There was no statistically significant difference of incidence of complications between the two groups （P>0.05）. Conclusion 3D printing technique shows excellent application effect in complex calcaneal fracture. It can provide preoperative design and operation simulation， along with assistant effect in operation. This method can improve operative effect and lower incidence of complications， and it is worth clinical application and promotion.

【Key words】 3D printing technique； Calcaneal fracture； Model； Curative effect

跟骨骨折是臨床上常見的骨折類型， 約75%為關節內骨折。由于跟骨的解剖復雜性， 軟組織覆蓋較差， 因此跟骨骨折治療較為棘手， 術后并發癥多， 患者預后較差[1]。目前對于跟骨骨折的多采用手術治療， 術前采用X線或CT掃描， 根據二維圖像觀察跟骨骨折情況， 結合醫師經驗， 設計手術方案[2]。因此在跟骨骨折患者手術前往往不能準確評估跟骨復位后狀態、鋼板形態、置釘位置與方向， 需要術中牽引、翹撥復位后根據C臂透視情況再行決定， 增加了手術時間與不確定性， 影響治療效果[3]。目前隨著影像學的發展， 三維圖像重建手段可有效提供患者骨折情況的信息， 而數字化圖像處理及3D打印技術則可根據CT圖像的數據進行骨折部位的還原、復位、復位后評估， 從而進行模擬手術， 術前實現手術個性化設計， 使醫師在術前即可得到詳細信息， 并獲得相應的復位標準模塊及置釘導航模塊， 制定合適的手術方案[4， 5]。本文對本院復雜跟骨骨折患者進行3D打印技術研究， 探討3D打印技術在復雜跟骨骨折治療中的運用， 現報告如下。

1 資料與方法

1. 1 一般資料 本次選取72例（84足）本院2014年2月～

2016年10月收治的復雜跟骨骨折患者作為研究對象。納入標準：①經X線、CT等檢查和診斷符合跟骨骨折診斷標準[6]的患者；②跟骨骨折Sanders分型為Ⅲ型或Ⅳ型的患者；③自愿參加本次研究并簽字的患者。排除標準：①有陳舊跟骨骨折史的患者；②合并明顯血管損傷的患者；③開放性骨折的患者。按患者床位單雙號分為對照組和3D組， 各36例（42足）。對照組中男20例， 女16例， 年齡19～60歲， 平均年齡（38.5±7.6）歲。致傷原因：交通事故傷12例， 高空墜落傷10例， 運動傷9例， 跌傷或扭傷5例。骨折分型：Sanders分型Ⅲ型26例（30足）， Ⅳ型10例（12足）。3D組中男19例， 女17例， 年齡20～58歲， 平均年齡（38.2±6.7）歲。致傷原因：交通事故傷13例， 高空墜落傷11例， 運動傷8例， 跌傷或扭傷4例。骨折分型：Sanders分型Ⅲ型25例（28足）， Ⅳ型11例（14足）。兩組患者性別、年齡、致傷原因、骨折分型等一般資料比較差異無統計學意義（P>0.05）， 具有可比性。

1. 2 方法 兩組患者均術前消腫治療， 待腫脹消退后安排手術， 受傷至手術時間為7～14 d， 平均時間為9 d。兩組手術均采用連續硬膜外麻醉， 取跟骨外側擴大“L”形入路， 采用“無牽拉技術”進行顯露， 于跟骨外側放置普通跟骨鈦板及螺釘固定， 必要時C臂透視調整載距突螺釘位置及驗證復位情況。對照組患者直接根據X線及CT二維圖像， 選用合適大小形態的跟骨鈦板進行手術。3D組患者術前采用Mimics15.0軟件導入CT圖像， 建立跟骨三維模型， 進行數字化重建、模擬復位并打印跟骨3D模型， 術前鋼板預塑形， 打印復位標準模塊及置釘導航模塊， 再行手術。

1. 3 觀察指標及判定標準 觀察兩組患者手術情況、治療效果以及并發癥發生情況。手術情況包括手術時間、術中出血量以及C臂X線暴露風險。采用美國足踝外科Maryland評分評估術后療效[7]， 滿分100分， 優：90～100分， 無疼痛， 行走姿勢正常；良：75～89分， 行走有輕微疼痛， 行走姿勢基本正常；可：50～74分， 跟骨畸形， 行走有明顯疼痛， 行走姿勢異常；差：<50分， 跟骨畸形、骨缺損或感染， 疼痛劇烈， 不能行走。優良率=（優+良）/總例數×100%。

1. 4 統計學方法 采用SPSS18.0統計學軟件對研究數據進行統計分析。計量資料以均數 ± 標準差（ x-±s）表示， 采用t檢驗；計數資料以率（%）表示， 采用χ2檢驗。P<0.05表示差異具有統計學意義。

2 結果

2. 1 手術情況 3D組患者手術時間、術中出血量均優于對照組， C臂X線暴露風險小于對照組， 差異具有統計學意義（P<0.05）。見表1。

2. 2 治療效果 3D組優良率為92.86%， 高于對照組的76.19%， 差異具有統計學意義（P<0.05）。見表2。

2. 3 并發癥 兩組患者切口感染、足部感染、愈合延遲以及愈合畸形等， 3D組并發癥發生率為11.90%， 對照組為16.67%， 兩組并發癥發生率比較差異無統計學意義（P>0.05）。見表3。

3 討論

跟骨骨折多為高能量所致， 其中跟骨骨折多波及跟距關節， 導致關節塌陷、跟骨變寬、骨質缺損等， 非手術治療很難起到作用。目前臨床均采用手術對跟骨骨折患者進行治療， 主要目的為復位骨折， 但由于跟骨結構的復雜性， 一般手術很難達到解剖復位的效果。而跟骨關節面的不平整、跟骨高度丟失以及跟骨寬度的增加， 均會引起愈合畸形、創傷性關節炎的發生， 嚴重者甚至影響走路功能[8]。

跟骨解剖結構復雜， 增加了手術的不確定性， 無論復位的技巧、植骨的方式以及手術的效果等均于跟骨骨折情況密切相關[9]。而這些問題又需要臨床醫生在術中進行詳細觀察后再制定， 增加了手術的難度， 影響治療效果。目前CT檢查可有效對跟骨部位進行三維重建， 但這種三維重建后的圖像僅為可視化， 并不能進行虛擬手術[10-12]。但隨著3D打印技術的不斷成熟， 可根據CT三維重建后圖像的數據將圖像打印出來， 通過跟骨骨折模型的建立， 將骨折情況反映給臨床醫師， 還可進行虛擬手術， 從而更好的提供骨折信息， 增加治療策略的科學性、合理性， 提高手術效果[11， 13-16]。本文將3D打印技術運用于本院收治的復雜跟骨骨折患者， 結果顯示， 3D組患者手術時間、術中出血量均優于對照組， C臂X線暴露風險小于對照組， 差異具有統計學意義（P<0.05）。3D組優良率為92.86%， 高于對照組的76.19%， 差異具有統計學意義（P<0.05）。結果提示， 3D打印技術可還原患者跟骨骨折情況， 為臨床醫師提供虛擬手術途徑， 從而使醫師可制定詳細治療方案， 針對性進行手術的練習， 明顯縮短手術時間， 降低出血量， 促進治療效果。并發癥方面發現， 兩組并發癥發生率比較差異無統計學意義（P>0.05）。結果提示， 通過三維重建3D打印技術并不會造成患者并發癥發生率的增加， 安全可靠。

綜上所述， 3D打印技術在復雜跟骨骨折中應用效果較好， 可提前進行術前設計及模擬手術， 對手術起到輔助作用， 提高手術效果， 降低并發癥， 值得臨床應用及推廣。

參考文獻

[1] Jiang N， Lin QR， Diao XC et al.Surgical versus nonsurgical treatment of displaced intra-articular calcaneal fracture：a meta-analysis of current evidence base. Int Orthop， 2012， 36（8）：1615-1622.

[2] 黃家生， 云致碩. 3D打印技術在跟骨骨折手術治療中的應用.中國醫藥科學， 2016， 6（10）：198-200.

[3] 黃智， 王博， 劉璋， 等.三種跟骨骨折影像檢查方法的臨床應用比較.中國骨與關節外科， 2014， 7（6）：519-522.

[4] 梅剛， 吳衛東， 歐陽鈞， 等.跟骨骨折畸形愈合的數字化虛擬重建及在矯形手術設計中的初步應用.中國臨床解剖學雜志， 2014， 32（3）：243-247.

[5] 陳雁西， 強敏菲， 張坤， 等.計算機輔助治療跟骨骨折畸形愈合的療效評估.中華創傷骨科雜志， 2014， 16（12）：1021-1027.

[6] Zhang X， Liu Y， Peng A， et al.Clinical efficacy and prognosis factors of open calcaneal fracture：a retrospective study. Int J Clin Exp Med， 2015， 8（3）：3841-3847.

[7] 趙晶晶， 黃若昆， 雷波， 等.三維C臂輔助下閉合復位螺釘固定治療Sanders Ⅱ型跟骨骨折.中國現代醫學雜志， 2015， 25（14）：89-92.

[8] 盧華定， 李全喜， 趙慧清， 等.三維 CT重建影像在跟骨骨折診療中的臨床應用.中國實用醫藥， 2013， 8（27）：25-26.

[9] 王一民， 張晟， 王博煒， 等.鎖定鋼板固定SandersⅣ型跟骨骨折的有限元分析.中華創傷骨科雜志， 2013， 15（3）：225-229.

[10] Van HS， De VJ， Verbruggen JP et al.Gait analysis and functional outcome after calcaneal fracture.J Bone Joint Surg Am， 2015， 97（22）：1879-1888.

[11] 陳繼銘， 鐘環， 馮柏淋， 等.跟骨骨折Sanders分型數字化模型的初步建立.中華解剖與臨床雜志， 2015， 20（3）：196-199.

[12] 楊晶. 計算機輔助設計3D打印技術在復雜跟骨骨折治療中的應用. 國際骨科學雜志， 2017（1）：51-54.

[13] 歐孌海， 蘇偉， 趙勁民， 等. 3D打印技術在復雜骨折手術治療中的應用. 中國骨與關節損傷雜志， 2016， 31（8）：890-891.

[14] 張永飛， 李仁增， 段德勝， 等. 3D打印技術在復雜脛骨平臺骨折治療中的應用. 中國骨與關節損傷雜志， 2015， 30（12）：1321-1322.

[15] 王欣文， 張堃， 朱養均， 等. 3D打印技術在復雜脛骨平臺骨折治療中的臨床應用. 實用骨科雜志， 2015（10）：887-890.

[16] 云致碩， 黃家生. 跟骨骨折3D模型制作的探討. 醫療裝備， 2015（6）：30-32.

[收稿日期：2017-01-16]