3D打印技術在應用于Pilon骨折治療的效果

林景波 李詩 陳志剛 何土東 李廣森 夏汗

廣東中山市黃圃人民醫院骨一科 中山 528429

3D打印技術在應用于Pilon骨折治療的效果

林景波 李詩 陳志剛 何土東 李廣森 夏汗

廣東中山市黃圃人民醫院骨一科 中山 528429

目的探討3D打印技術應用于Pilon骨折治療的效果。方法隨機將2012-05—2016-10間收治的30例Pilon骨折患者分為2組，每組15例。觀察組利用3D打印模型對Pilon骨折進行模擬手術，制訂個體化的手術方案施術。對照組采用切開復位塑型鋼板內固定手術。觀察2組的手術時間、術中出血量、復位效果、術前及術后血紅蛋白和紅細胞壓積改變、切口愈合及功能恢復情況。結果觀察組的手術時間、出血量、HGB差和HCT值均優于對照組，差異有統計學意義(P<0.05)。2組切口甲級愈合率、優良率和復位良好率差異無統計學意義(P>0.05)。結論將3D打印技術應用于Pilon骨折治療中，可縮短手術時間，降低手術風險，提高診療效果，但提高復位精確性尚待進一步研究。

3D打印；Pilon骨折；內固定

脛骨Pilon骨折是累及負重關節面與干骺端的脛骨遠端骨折,約占下肢骨折的1%，占脛骨骨折的3%～10%[1]。由于骨折累及踝關節的負重關節面和脛骨干骺端，因此治療難度較大，手術并發癥較多。隨著3D打印技術的應用，使原來的數字化術前設計實現了從虛擬模擬到現實模擬的跨越。選取我院2012-05—2016-10間收治的30例Pilon骨折患者，分別采用3D打印技術輔助手術和傳統手術治療，現將療效進行比較，報告如下。

1 資料與方法

1.1一般資料2組患者均在骨折后4 h內入院，均為閉合骨折，并經影像學檢查確診。隨機分為2組，各15例。觀察組(3D打印組)15例，男12例、女3例；年齡23～65歲，平均42.5歲。車禍3例，高處墜落8例，摔傷4例。Ruedi-Allgower[2]Ⅱ型骨折5例，Ⅲ型10例。對照組15例，男11例、女4例；年齡26～62歲，平均43.2歲。Ⅱ型骨折6例，Ⅲ型9例。入院后行患側的跟骨結節骨牽引，抬高患肢，冰療，消腫等對癥治療，待皮膚“橘皮樣”變再手術。

1.2方法

1.2.1 觀察組 (1)模型制作：應用我院維利普螺旋CT薄層掃描，層距設置為1 mm。利用MIMICS 13.0軟件重建三維數字標本，并進行相應的數字化測量。然后將數據交南方醫科大學3D打印研究中心，采用選擇性激光燒結技術，使用Mbot 3D打印機(Cube Dual型)打印出1∶1脛骨遠端骨折模型，以明確診斷及骨折分型。對骨折立體模型進行解剖學測量。(2)模擬手術：根據骨折影像資料及3D骨折模型，準確評估骨折移位情況及關節面塌陷部位。制定手術體位、入路、骨折復位方法、鋼板預彎程度和數量。按照手術計劃在3D模型上進行骨折復位鋼板內固定等摸擬手術。經過模擬手術，可優化復位策略，進行植入物模擬及預彎，獲得個體化的手術設計。部分復雜性、難復的骨折，根據骨折塊的具體情況，設計復位器。根據個體化手術設計，實施手術。(3)實施手術：7～10 d后骨折處腫脹減輕，皮膚呈“橘皮樣”變即可手術。根據3D立體模型的模擬手術，“量體裁衣”，進行現實手術。全麻或腰硬外麻醉，根據骨折類型，取仰臥位或漂浮體位。大腿根部上止血帶，常規消毒、鋪巾。止血帶充氣，壓力60 kPa，時間60 mins(若需要可再延長)。根據骨折類型取切口，如前內側加后外側或前外側加后內側或單取某單一切口。如取后外側切口(腓骨后緣與跟腱中間)，長約12.0 cm，依次切開皮膚、皮下組織及深筋膜。腓骨后緣剝離腓骨短肌，達腓骨骨折處。清除骨折處積血及血凝塊，牽引下復位骨折，并用巾鉗暫時固定，骨折端用克氏針或鋼板固定。使腓骨骨折固定滿意，無短縮、旋轉畸形。對后踝骨折，取腓骨短肌與拇長屈肌間隙入路，切開骨膜，顯露后踝骨塊。足部背伸，后踝骨折塊復位，兩枚1.5 mm的克氏針臨時固定。使用橈骨遠端掌側T形接骨板抗滑固定于后踝骨折塊上，依次鉆孔上螺釘。大量生理鹽水沖洗創面，留置硅膠引流管，逐層縫合切口。對脛骨遠端骨折，取前內側入路，自脛骨內緣做縱向切口，沿內踝邊緣彎向前到達脛前肌腱前外側緣止，長約13.0 cm。保留大隱靜脈，不分離皮瓣，顯露脛骨骨折端。探查是否有脛骨遠端嚴重粉碎、累及關節面、Tillaux-Chaput骨塊分離移位、中部關節面壓縮、關節面碎骨片游離、干骺端粉碎性。若有，按術前模擬的手術方法掀起Chaput結節，取出上述小的關節面碎骨，直視下復位壓縮的關節面骨塊，向下推頂復位，自前向后轉入克氏針固定(牽引狀態下)。內踝骨折塊，巾鉗夾持固定后克氏針固定。將取出的髂骨塊按缺損大小稍修剪后，填塞入脛骨遠端干骺端骨缺損部，壘實。探查復位滿意，關節面大致平整，C臂透視踝關節正側位，見骨折復位滿意，關節面平整。將事先通過3D打印技術模擬塑形好的接骨板置于模擬時的脛骨內側面。調整、穩定鋼板，分別鉆孔上螺釘，骨折固定牢固。若克氏針需要留置，則需將針尾折彎。固定方法全部按術前模擬手術方法進行。放松止血帶，止血，大量生理鹽水沖洗切口，逐層縫合各層，無菌敷料包扎。一般不需石膏托外固定。若選擇脛骨遠端前內側入路、后內側入路或后外側入路，聯合入路時皮膚切口之間至少要留有7 cm寬的皮橋。上述切口長度可根據情況適當調整，手術盡量微創。手術先恢復腓骨長度并固定，再行撬撥復位重建脛骨遠端關節面，填充干骺端可能存在的骨缺損，置入接骨板固定，術中透視確定復位效果及植入物位置。

1.2.2 對照組 按傳統手術方法施術，即按觀察組的手術方法去除3D打印技術模擬手術部分。術中根據骨折情況決定復位方法和固定方法。

1.2.3 術后處理 抬高患肢，持續冰敷，低分子肝素預防血栓形成。回病房后即開始足趾輕微被動活動，麻醉過后開始主動活動。術后第1天開始主動和被動踝關節運動及足趾屈伸活動。腫脹減輕后(一般術后3 d)，即可扶雙拐患肢不負重下地短距離行走。行走過程中若出現患肢脹痛等不適感，可抬高患肢。術后8周部分負重行走進行功能鍛煉。術后3周、6周、8周、12周復查，復查后決定下次復查時間。

1.3觀察指標療效評判采集2組術后薄層CT掃描數據，在三維重建的基礎上測量骨折復位及關節面整復情況，并記錄手術時間、術中的顯性失血量。記錄術前及術后的血紅蛋白(HGB)和紅細胞壓積(HCT)的差值。記錄切口愈合情況。采用Iowa踝關節功能評分[3]標準，從踝關節功能、疼痛、步態、活動度四方面進行評分。優：90～100分；良：80～89分；可：70～79分；差：<69分。

2 結果

觀察組的手術時間、出血量、HGB差和HCT值均優于對照組，差異有統計學意義(P<0.05)，見表1。觀察組切口甲級愈合14例(93.33%)、乙級愈合1例(6.67%)，對照組分別為13例(86.67%)和2例(13.33)，2組差異無統計學意義(P>0.05)。觀察組優9例、良5例、可1例、差0例，優良率93.33%；對照組分別為8例、5例、1例、1例，優良率86.67%。2組差異無統計學意義(P>0.05)。術后復查CT，觀察組關節面解剖復位10例、功能復位5例、復位不良0例，對照組分別為9例、5例、1例，2組差異無統計學意義(P>0.05)。

表1 2組手術時間、術中出血量、術前1天與術后第1天的HGB差和術后第1天HCT值比較

3 討論

隨著交通和建筑業的快速發展，Pilon骨折的發病率逐步上升。由于骨折粉碎、骨折塊移位明顯、關節面嚴重受損(既有顯著移位也有關節面塌陷)，手術需要廣泛暴露，因此切口大、創傷大、出血多、手術時間長，易發生休克、組織壞死、感染、骨折畸形愈合、踝關節僵硬、創傷性關節炎等并發癥，嚴重影響功能，給患者及其家庭帶來嚴重的經濟負擔。

3D打印技術于20世紀80年代起源于機械工程領域，是基于離散、堆積原理逐層累加進行物理模型快速制作的綜合技術[4]。其突出特點是分層疊加、善于制造復雜實體且具有較高的精確度。目前快速成型技術利用實物顯示人體結構的空間位置，在醫學中已初步開展。我們對15例Pilon骨折患者，術前應用3D打印技術個體化設計手術方案，明顯縮短了手術時間和減少了出血量，降低了手術風險，減少了感染等并發癥的發生率。但2組切口甲級愈合率、優良率和復位良好率無顯著差異。其原因有：(1)術前模擬時未考慮到對軟組織的影響，而實際上脛骨遠端有肌腱、筋膜、肌肉等軟組織覆蓋，術中鋼板放置位置與術前設計置入的位置可能有偏差所致。(2)3D打印模型無法顯示神經、血管、肌腱等重要組織，故設計方案與實際方案難以100%匹配[5-6]。

我們將3D打印技術應用于15例脛骨Pilon骨折的手術中，進行了復位、體外鋼板塑型、螺釘放置位置及方向等模擬手術，制訂個體化手術方案，并實施于臨床。采集相關臨床數據，并采用隨機對照的方法，與傳統手術組比較，評價3D打印技術精準治療Pilon骨折的效果。我們發現了3D打印技術應用的局限性，這可能與3D打印技術剛應用于臨床，尚處于初級階段和缺乏經驗有關。我們相信，隨著影像學、數字醫學和新材料的發展及經驗積累，3D打印技術的臨床應用必有廣闊的前景。

[1] Stapleton J J, Zgonis T. Surgical Treatment of Tibial Plafond Fractures[J]. Clin Podiatr Med Surg,2014,31(4):547-564.

[2] Redrawn from Ruedi, T.P.; Allgower, M[J]. Clin Orthop，1979，138:105-110,.

[3] Merchant TC, Dietz FR. Long-term follow-up after fracture of the tibial and fibular shafts[J]. J Bone Joint Surg(Am)，1989,71:600-601.

[4] 郭明君，馬保安.高能量脛骨Pilon骨折的治療進展[J].第四軍醫大學學報,2009,30(15):1435-1438.

[5] 段彥靜，孫文磊.逆向工程和快速成型技術及醫學應用[J].醫療衛生裝備,2006，27(10):31-32.

[6] 潘德悅，李學良，石峰，等，3D打印技術在復雜骨折治療中的作用研究[J].大連醫科大學學報，2016,38(6)：579-582.

廣東省中山市科技局科研課題(2015B1033)

R683.42

B

1077-8991(2017)06-0025-03

(收稿 2017-05-02)