3D打印個體化模型在復雜踝關節骨折治療中的應用

李仁嵩 王娜

踝關節是人體重要的活動和負重關節，復雜踝關節骨折為臨床較為常見的關節內骨折，發病率約占全身骨折的4%～5%，可嚴重影響患肢功能[1-3]。治療不當也易造成行走困難、關節畸形或殘疾等[4]。復雜踝關節骨折治療的原則是盡早在術中進行精確復位和穩定內固定。因此，在沒有明顯手術禁忌證的情況下進行微創入路手術治療意義重大[5-6]。但是，由于踝關節結構復雜，手術不可預測風險較高，手術的精確性要求較高[7-8]。臨床上多以X線、CT等影像學資料進行手術設計，存在術中操作風險大、無法進行模擬操作等缺點[9-10]。3D打印技術是以三維CT模型為基礎，利用離散堆積技術進行精加工，最后得到體模型，可在術前更精確地了解骨折的位置及移位情況，從而更好地制定手術計劃[11]。特別是隨著3D數字骨科技術的迅速發展，3D打印個體化模型可以完整呈現出踝關節骨折的三維形態和各骨折斷端的空間關系，有利于指導手術[12]。本文旨在探討3D打印個體化模型在復雜踝關節骨折治療中的應用效果。

1 資料與方法

1.1 研究對象

選擇從2014年6月至2017年2月到我院就診的78例復雜踝關節骨折患者。納入標準：患者知情并同意；年齡≥18歲；術前影像學診斷為單側復雜踝關節骨折；術前血液動力學趨于穩定，生命體征平穩，神志清晰；入院至手術時間≤3周。排除標準：患者存在其他的嚴重疾病，如血功能障礙、心臟病等基礎疾病；精神疾病患者；哺乳期或妊娠期的婦女。

所有患者隨機分為觀察組與對照組，各39例。兩組在性別、年齡、發病部位、AO分型、入院至手術時間、骨折原因方面均沒有明顯差異（P＞0.05）（表1）。

表1 兩組一般資料對比Table 1 Comparison of two sets of general data

1.2 手術方法

對照組采用常規X線和CT影像進行手術設計，攝骨盆入口X線片、骨盆出口位X線片，將掃描數據傳送至工作站進行圖像處理，選擇對手術有參考意義的層面進行圖像攝取，全面評估骨折情況及周圍解剖結構關系，設計手術策略。

觀察組采用3D打印技術進行手術設計，利用三維CT重建圖像進行3D重建，激光快速自動成型機制作1∶1的復雜踝關節骨折模型，模擬復雜踝關節骨折塊手術復位方式、旋轉角度、移動距離等（圖1）。

圖1 3D打印復雜踝關節骨折模型Fig.1 3D printing model of complex ankle fracture

兩組患者均給予微創入路手術治療?；颊呷⊙雠P位，麻醉后消毒鋪單，恢復下肢力線、長度及旋轉畸形。內、外踝骨折選用踝關節內、外側入路，顯露骨折端，對照組直接置入預塑形鋼板并加以臨時固定，觀察組運用打印模型進行模擬復位，并利用預彎鋼板將骨折復位并加以臨時固定。當確定最佳的鋼板長度及位置后，使用螺釘加固，期間注意避免血管和神經的副損傷，術畢置引流管，關閉切口。

術后患者常規心電監護，抗生素應用2～3 d，低分子肝素應用7～14 d，逐步完成肢體恢復鍛煉，

1.3 觀察指標

詳細觀察并記錄兩組患者的切口長度、手術時間、術后住院時間、骨折愈合時間等。記錄術后3個月的釘道感染、深靜脈血栓形成、切口感染等并發癥情況。

療效評價：顯效，關節解剖復位和功能無任何影響，切口愈合及關節對應關系很好；有效：關節功能復位和功能輕微影響，切口愈合良好，關節對應關系一般；無效：沒有達到以上標準或進一步加重?？傆行?（顯效例數+有效例數）/總例數×100%。

1.4 統計方法

以SPSS 20.00軟件分析相關數據，計量資料以（x±s）表示，計數資料以“%”表示，分別采用 t檢驗及卡方檢驗進行統計分析，P＜0.05認為差異顯著。

2 結果

2.1 圍手術期指標對比

全部患者均完成手術，無術中嚴重并發癥發生，兩組切口長度、手術時間對比無明顯差異（P＞0.05），觀察組的術中出血量、術后住院時間、骨折愈合時間均明顯少于對照組（P＜0.05）（表 2）。

2.2 術后并發癥發生情況

觀察組術后3個月的釘道感染、切口感染、深靜脈血栓形成等并發癥的發生率是5.1%，而對照組則為 25.6%，觀察組明顯低于對照組（P＜0.05）（表 3）。

2.3 療效對比

觀察組與對照組術后3個月的治療總有效率分別為97.4%和74.4%，觀察組療效明顯優于對照組（P＜0.05）（表 4）。

表2 兩組圍手術期指標對比Table 2 Comparison of perioperative indices between the two groups

表3 兩組術后并發癥發生情況對比Table 3 Comparison of postoperative complications in the two groups

表4 兩組術后療效對比Table 4 Comparison of postoperative effects between the two groups

3 討論

人體運動時，踝關節經常會因為旋后外旋、旋后內收等造成骨折。近年來，復雜踝關節骨折的發生率明顯提高[13]。踝關節的解剖結構較為復雜，如治療不當易出現創傷性關節炎、活動功能障礙、關節僵硬等術后并發癥，是骨科臨床工作的難點[14]。

3D打印技術是基于數字模型，利用可黏和材料，進行逐層打印，進而得到的多維物體模型[15]。在骨科領域，3D打印技術可制作出精度高達0.1 mm的1∶1模型，可直觀地顯示骨折端與周圍組織關系，且可進行模擬手術，幫助擬定安全、可靠的手術操作路徑。3D打印技術相對常規影像學圖像，直觀性更強，從而有利于控制繼發性損傷[16]。本研究顯示，所有患者都完成手術，無術中嚴重并發癥發生，兩組切口長度、手術時間對比無明顯差異（P＞0.05），觀察組的術中出血量、術后住院時間、骨折愈合時間明顯少于對照組（P＜0.05）。相關研究表明，3D打印技術有助于提高手術操作水平，規避誤傷重大血管、組織，減少術中探查操作，維持術中踝關節力學穩定，減少出血；且盡可能地恢復正常的解剖結構、力學穩定，促進骨折愈合[17]。

復雜踝關節骨折是骨科常見的一種損傷性疾病，致殘率比較高。因為，踝關節骨折的損傷程度存在差異，且剖面的結構極為復雜，極大增加了復位治療難度，對術后恢復也產生了很大影響。前側微創入路手術的作用是給予維持骨折復位和恢復踝關節解剖形態，不過傳統復雜踝關節骨折的手術復位內固定手術是一種技術要求高、創傷大的治療手段[18]。采用3D模型打印技術有助于爭取足夠的治療時間，可有效降低繼發損傷風險，特別是可在模型上模擬骨折復位、預彎鋼板、選擇合適長度的鋼板等，從而使復雜踝關節骨折獲得最佳復位，減少手術創傷[19]。本研究顯示，觀察組術后3個月的釘道感染、切口感染、深靜脈血栓形成等并發癥的發生率是5.1%，而對照組是25.6%，觀察組明顯低于對照組。本研究表明，3D打印個性化模型的應用，能減少術后并發癥的發生。所以，3D模型打印技術能夠提升臨床治療水平，且對患者預后具有積極意義，還能為足踝部畸形矯正提供良好的術前設計及術中參考[20]。

傳統手術設計主要以X線片為依據，根據患者實際情況選擇恰當的手術方案。但是對于復雜踝關節骨折，依靠X線片難以作出詳細診斷，無法以任意角度、任意方向動態觀察骨折情況[21]。本研究顯示，在術后總有效率上，觀察組達到了97.4%，而對照組僅為74.4%，觀察組明顯高于對照組（P＜0.05）。主要在于3D打印個體化模型能夠提供更加準確設計切口位置，以及定位位置和距離，能清晰展示跖跗關節位置關系、移位程度以及骨折情況，從而改善手術設計，進而提高手術效果[22-23]。

總之，3D打印個體化模型應用于復雜踝關節骨折可為患者提供安全、有效、個性化的治療，提高療效，減少術后并發癥的發生，促進患者康復。