3D打印在骨科復雜Pilon骨折的臨床應用

陳仲育 陳新疆 陳永春

廈門市第五醫院骨一科，福建廈門 361101

Pilon 骨折是指脛骨遠端1/3 波及脛距關節面的骨折，脛骨遠端關節面嚴重粉碎，骨缺損及遠端松質骨壓縮。常合并有腓骨下段骨折（約75%～85%）和嚴重軟組織挫傷。Rockwood 等認為，Pilon 骨折應包括：（1）踝關節和脛骨遠端的干骺端骨折，通常伴有踝關節的關節面粉碎性骨折；（2）內踝骨折；（3）脛骨前緣骨折；（4）脛骨后面橫形骨折。Pilon骨折的發生率在脛骨骨折比例中占據6%～11%。Pilon 骨折如若手術中復位不當很可能會造成患者的關節軟骨變形、創傷性關節炎等，同時，術后常會出現感染以及皮膚軟組織壞死甚至截肢等并發癥。醫生在治療時，選取最佳的黃金治療時間，可以將手術中患者切口壞死49%幾率風險降低到9%以下。常規的術前治療檢查采用的是CT 三維重建、X線片、MRI 等，這些手術資料比較籠統，醫生沒有辦法實施較為細致的手術方案，導致術中不斷的更改手術方案，影響術后的治療效果，并且伴有一系列的并發癥出現。本研究通過選取2014 年5 月～2018年5 月的92 例患者，其中46 例利用3D 打印模型制定手術方案，模擬手術步驟，通過影像學方法CT采集數據，利用數字醫學技術設計三維立體圖形，設計個體化鋼板，并通過3D 打印技術打印模型，設計手術方案。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、提前預判鋼板長短及預彎塑形、螺釘分布及長短、放置位置及角度，預判是否需要植骨，制定個體化的手術方案。能夠有效的縮短手術時間以及術中透視時間，使整個手術在臨床中取得了良好的效果，現報道如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選取我院2014 年5 月～2018 年5 月所收治的92 例Pilon 骨折手術患者，隨機分組經倫理委員會通過以后，隨機分為觀察組和對照組。觀察組患者46 例，采用3D 打印內固定術，男22 例，女24 例，年齡26 ～56 歲，平均（38.4±5.8）歲，傷口原因：摔傷10 例，交通事故20 例，高處掉落16 例；對照組患者46 例，采用傳統切開復位鋼板內固定手術進行患者治療，男23 例，女23 例，年齡25 ～55 歲，平均（39.8±5.6）歲，傷口原因：摔傷11 例，交通事故15 例，高處掉落20 例。兩組一般資料比較，差異無統計學意義（P ＞0.05）。

納入標準：（1）患者年齡在19 歲以上，骨骼發育完全；（2）患者通過CT 三維重建以及X 線片的檢查，確診為Pilon 骨折的Ruedi-Allgower 分型中的Ⅲ～Ⅴ型。Ⅰ型：無移位骨折；Ⅱ型：骨折移位較小；Ⅲ型：關節面骨折伴有幾個大的骨折塊；Ⅳ型：關節面骨折伴有幾個骨折塊，同時還有一個較大的干骺端骨缺損；Ⅴ型：關節面嚴重移位及骨質嚴重粉碎。（3）患者出現骨折時間為1 ～2 周，進行過切開復位內固定治療。

1.2 方法

觀察組患者的踝關節通過CT 創建三維模型（西門子SIEMENS Biograph6 PETCT），經過Minics電腦軟件通訊數據以及醫學數字成像的處理[1-2]，按1 ∶1 運用激光燒結對Pilon 骨折模型進行3D打印（北京匯天威科技有限公司，HORI Z600），打印器材選用3dsystems 公司的光敏樹脂。（1）手術前通過3D 建模和影像數據為骨折位移進行手術思路的制定以及治療方案的采取。（2）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。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，見圖1 ～6。（3）術中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，必要時VSD 負壓吸引，見圖7 ～8。

病例：許xx，男性， 30 歲，高處墜落傷，利用觀察組方法對其進行治療以及術后恢復情況，下圖所示。

圖1

圖2

圖3

圖4

圖5

圖6

圖7

圖8

對照組患者通過相關影像數據對骨折處進行復位，安置好鋼板以及內置物品，進行固定，術后為患者縫合傷口，留置引流管，必要時VSD 負壓吸引。

1.3 觀察指標

對兩組患者的手術時間、出血量、傷口愈合情況回訪，記錄患者是否出現并發癥以及骨折的愈合情況，同時對患者的治療效果、疼痛度以及復位情況做出評估[3]。（1）觀察X 線片踝關節的正側位脛骨遠端皮質，骨折處出現連續性骨痂通過，視為骨折愈合。（2）運用放射學Burwell、Chamley 對骨折復位進行評估，解剖復位：內外踝無側方、成角移位，縱向分離與嵌插＜1mm，后踝向近側移位＜2mm，無距骨移位；復位一般：內外踝無側方、成角移位，外踝前后方向移位2 ～5mm，后踝向近側移位2 ～5mm，無距骨移位；復位差：任何內外踝側方移位，外踝前后方向移位＞5mm，或后踝移位＞5mm，有距骨移位。（3）通過踝關節Mazur 功能性的評分[4]：優：＞92 分，踝關節正常，無腫痛發生，不影響正常的生活，可自如行走；良：87 ～92分，踝關節有輕微腫痛，活動度為正常的75%；可：65 ～86 分，踝關節活動嚴重疼痛，活動度為正常的50%，不影響正常的行走，需服用止痛藥鎮痛治療；差：評分＜65 分，正常行走也會有疼痛，活動度僅為正常的50%，踝關節腫痛嚴重。

表2 兩組患者治療效果比較[n（%）]

1.4 統計學方法

采用SPSS18.0 軟件對兩組數據進行分析，計量資料以（）表示，采用t 檢驗，計數資料以[n（%）]表示，采用χ2檢驗，P ＜0.05 為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 兩組患者手術情況比較

通過兩組手術時間、出血量的數據比較，觀察組采用3D 打印術所用時間以及術中出血量都低于對照組，差異有統計學意義（P ＜0.05），見表1。

表1 兩組患者手術情況比較

表1 兩組患者手術情況比較

組別 n 手術時間（min） 出血量（mL）對照組 46 137.9±21.6 713.5±103.6觀察組 46 92.1±11.5 523.4±82.6 t 14.346 35.325 P 0.000 0.000

2.2 兩組患者治療效果比較

觀察組的治療效果（95.65%）明顯高于對照組（45.65%），差異有統計學意義（P ＜0.05），見表2。

2.3 兩組患者病發率情況比較

兩組患者術后出現傷口感染、愈合畸形以及愈合時間緩慢進行比較，對照組病發率為26.1%，觀察組病發率為19.6%，對照組稍高于觀察組患者的病發率，差異無統計學意義（P ＞0.05），見表3。

3 討論

社會的不斷前進帶動了我國建筑業以及交通的發展，因此，Pilon 骨折患者也隨之增加[5-7]。Pilon 骨折主要特征為：骨折處位移明顯、骨折粉碎、關節面受損較為嚴重，手術進行中，需要將患者的骨折處完全暴露，同時手術時間較長、傷口面積大、創傷性大、患者出血量大、關節皮膚周圍組織容易壞死并且被感染、術后踝關節僵硬、骨折愈合畸形、創傷性關節炎以及嚴重情況下直接導致患者出現休克狀態、截肢等并發癥。對患者的日常生活以及家庭帶來嚴重影響，使患者的患肢出現嚴重的功能性障礙[8-10]。

表3 兩組患者病發率情況比較[n（%）]

3D 打印技術的主要特征：善于制造復雜實體，同時擁有極高的精確度以及分層疊加[11-12]。在醫學領域中，相關人員利用3D 打印將人體結構的空間位置進行實體化顯示。本研究通過選取復雜Pilon 骨折患者進行實驗研究，觀察組患者采用3D打印技術進行治療，不僅減少了術中出血量以及手術所需時間，同時降低了并發癥的發生概率以及手術風險[13]。觀察組采用3D 打印術所用時間以及術中出血量都低于對照組（P ＜0.05）；觀察組的治療效果明顯高于對照組（P ＜0.05）；對照組病發率為26.1%，觀察組病發率為19.6%，對照組稍高于觀察組患者的病發率，差異無統計學意義（P ＞0.05）。導致兩組患者的復位情況、愈合率和優良率無太大差異，主要原因為：（1）術前進行3D 模擬中沒有考慮其對軟組織所造成的影響，事實上脛骨遠端處被肌肉、肌腱、肌膜等軟組織所覆蓋，在放置鋼板時，可能會出現極小的偏差[14]。（2）3D 打印技術雖然能夠對人體結構進行建模，但是對于內部神經、肌腱和血管等重要組織無法顯示，因此，實際操作和制定的方案會有所偏差[15]。

綜上所述，應用3D 打印將患者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，為手術策略的制定提前確定數據，同時還可以為術中植骨做出預判，縮短手術時間，簡化操作步驟，尤其對脛骨遠端關節面粉碎、塌陷缺損程度及軟骨面受損度提供立體資料。和傳統手術進行對比，3D 打印的精確度更為突出，治療效果顯著。3D 打印技術在醫學領域上還存在著一些局限性，因此需要相關人員進行改善與創新，隨著社會信息時代的不斷發展，我國在數字醫學、新材料以及影像學方面將會出現新的突破，對于3D打印技術在未來醫學臨床的應用值得期待。