3D打印技術在Pilon骨折手術中的應用研究

溫銳燦 沈梓維 譚建基

廣東省羅定市人民醫院外二科，廣東羅定 527200

脛骨遠端1/3 并波及脛距關節面的骨折被定義為Pilon 骨折，根據相關統計學調查，Pilon 骨折占脛骨骨折的10%左右[1]。這類患者往往以骨缺損、遠端松質骨壓縮、塌陷以及脛骨遠端關節面受損嚴重為特征，并大概率合并有腓骨下端骨折，導致手術治療的難度較大。Pilon 骨折患者往往手術創傷性大，手術時間長，這也導致包括術后踝關節僵硬、骨折延遲愈合、切口感染壞死等并發癥的發生率居高不下，少部分甚至出現截肢、感染性休克等嚴重并發癥[2]。3D 打印技術具有極高的精確度，通過分層疊加原理，能夠制造出以往難以制造的復雜實體，為探尋該技術能否在外科治療中更為有效地改善患者預后，本研究擬探討3D打印技術在Pilon骨折手術中的應用效果。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選取2018年5月—2020年4月羅定市人民醫院收治的60 例Pilon 骨折患者作為研究對象，使用隨機數字表法將所有患者分為對照組與觀察組，每組各30 例。對照組中，男14 例，女16 例；年齡23～64 歲，平均（38.5±2.8）歲；交通事故11 例，高處摔落9 例，摔傷10 例；術前Olerud-Molander 評分[3]29～55 分，平均（41.87±8.74）分。觀察組中，男14 例，女16 例；年齡24～65 歲，平均（37.5±2.9）歲；交通事故12 例，高處摔落8 例，摔傷10 例；術前Olerud-Molander 評分30～56 分，平均（42.61±8.62 分）。兩組患者的一般資料比較，差異無統計學意義（P＞0.05），具有可比性。本研究經醫院醫學倫理委員會審批。

納入標準：①患者為骨骼發育完全的成年人；②通過本院影像科X 線平片以及CT 三維重建等檢查，根據《外科學》[3]中相關診斷標準，確診為Pilon 骨折；③病程為2 周以內；④患者本人及家屬簽署知情同意書。

排除標準：①Ⅰ型（無位移骨折）、Ⅱ型（骨折位移較小）Pilon 骨折；②已接受切開復位內固定治療者；③合并重要臟器器質性病變，無法耐受治療者；④妊娠或哺乳期婦女。

1.2 方法

觀察組采用3D 打印技術，術前將踝關節CT 掃描圖像軟組織窗用DICOM 格式保存并將掃描圖像導入Mimics 軟件進行三維重建、虛擬骨折復位，基于多平面三維測量的內固定植入物位置優化設計、確定預定植入鋼板的最佳位置、螺釘植入最佳位置及方向、螺釘長度數據測量。然后將Mimics 軟件三維重建虛擬復位后的Pilon 骨折模型用STL 格式輸入到3D 打印機實施打印，打印出患者虛擬復位后的仿真骨模型，在體外將植入患者體內的鋼板進行預彎，根據虛擬內固定的最佳螺釘植入方向、測量的螺釘長度數據在3D 打印模型上進行體外模擬內固定，記錄鋼板和螺釘相關數據以便在術中應用。對照組采用常規方法行骨折切開復位內固定術，術前依據X 線及三維CT制訂手術方案。

所有患者均由同一組手術團隊施行手術，在全身情況平穩下進行手術。觀察組根據術前模擬進行手術，對照組根據醫生經驗常規行骨折復位內固定手術。具體操作為：腰硬聯合麻醉后，患者取平臥位，內踝前行弧形切口直至骨膜。在C 型臂透視下進行復位，用克氏針臨時固定。確定位置滿意后，使用解剖型鎖定鈦板進行內固定，逐層縫合并清理。

1.3 觀察指標及評價標準

對所有患者進行至少3 個月的隨訪。比較兩組患者手術時間及術后并發癥，其中并發癥包括切口感染、關節僵硬、骨折延遲愈合。術后3 d，使用Burwell-Chamley 標準對骨折復位情況進行評價[3]，其中以內外踝無成角或側方移位，縱向分離和嵌插范圍在1 mm以內，無距骨位移，后踝向近側位移范圍在2 mm 以內定義為解剖復位；以內外踝無成角或側方移位，前后方向位移范圍在5 mm 以內，無距骨位移，后踝向近側位移范圍在5 mm 以內定義為一般復位；以任意內外踝側方位移、外踝前后位移、后踝位移范圍在5 mm以上，有距骨位移定義為復位差。復位優良率=（解剖復位+一般復位）例數/總例數×100%。術后3 個月，采用Olerud-Molander 踝關節功能主觀評分標準評價踝關節功能[3]，分值范圍0～100 分，分值大小與踝關節功能成正比。

1.4 統計學方法

采用SPSS 18.0 統計學軟件進行數據分析，計量資料用均數±標準差（±s）表示，兩組間比較采用獨立樣本t檢驗；計數資料采用率表示，組間比較采用χ2檢驗，以P＜0.05 為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 兩組患者手術時間的比較

觀察組患者的手術時間為（91.05±15.74）min，短于對照組的（141.51±20.18）min，差異有統計學意義（t=10.799，P＜0.05）。

2.2 兩組患者復位優良率的比較

觀察組患者術后3 d 復查時復位優良率高于對照組，差異有統計學意義（P＜0.05）（表1）。

表1 兩組患者復位優良率的比較[n（%）]

2.3 兩組患者踝關節功能主觀評分的比較

術后第3 個月隨訪時，對照組Olerud-Molander踝關節功能主觀評分為（65.28±10.58）分，觀察組為（86.41±9.87）分，觀察組的Olerud-Molander 踝關節功能主觀評分高于對對照組，差異有統計學意義（t=7.999，P=0.022）。

2.4 兩組患者術后并發癥發生情況的比較

術后隨訪5 個月，觀察組患者術后并發癥總發生率低于對照組，差異有統計學意義（P＜0.05）（表2）。

表2 兩組患者術后并發癥發生情況的比較[n（%）]

3 討論

隨著時代的發展，中國交通運輸業、建筑業日益突飛猛進，Pilon 骨折的發生率也逐年上升[4]。Pilon 骨折屬于關節內骨折，這類患者的特征典型，主要表現為：骨折粉碎或關節面受損情況嚴重，移位明顯，尤其對于高能量損傷患者而言，手術治療時需要將骨折完全暴露，因此，Pilon 骨折患者往往手術創傷性大，手術時間長，這也導致包括術后踝關節僵硬、骨折延遲愈合、術后切口感染壞死等并發癥的發生率居高不下，少部分甚至出現截肢、感染性休克等嚴重并發癥[5]，不僅對患者個人的健康和生命安全造成嚴重威脅，也給家庭乃至社會造成嚴重負擔[6]。由于本病患者的損傷機制及分型較為復雜，治療上尚缺乏統一的固定方法。傳統外科手術治療Pilon 骨折患者以經驗常規行骨折復位內固定手術為方案，但因為上述因素效果差強人意，故探尋一種有效、簡便的治療方案，為患者提供個體化的定制治療方案，對于這類患者至關重要[7]。

3D 打印技術近年來隨著科技的進步而逐漸普及，也在醫學領域中被廣泛應用，且正逐步成為外科學領域的研究熱點[8]。該技術具有極高的精確度，通過分層疊加原理，能夠制造出以往難以制造的復雜實體[9]。本研究將這項技術應用于Pilon 骨折患者，結果顯示，應用3D 打印技術的患者，其手術時間短于傳統手術治療的患者（P＜0.05），提示3D 打印技術通過更為精準的術前模擬手術使術者在實際手術過程中減少不必要的無用操作，達到縮短手術時間的目的。觀察組患者的復位優良率更高，術后并發癥更少，同樣與術前模擬手術和個性化的定制手術方案實施有關，這與國內外學者的研究結果[10-13]基本相符。但也有文獻報道稱，盡管3D 打印技術應用于Pilon 骨折患者的優勢明顯，但由于該項技術無法對血管、神經、肌腱或其他軟組織進行建模，在實際操作過程中仍有可能導致出現微小偏差[14-17]。但在本研究中，類似的偏差并未被發現，這可能與本研究中術者操作經驗豐富有關，也可能是隨訪時間受限所致。具體原因仍有待于進一步的大范圍長時間雙盲研究驗證。

綜上所述，運用3D 打印技術進行充分而有針對性的術前規劃，能夠有效改善骨折復位情況，讓手術更精準、規范，并通過縮短手術時間、減少并發癥達到促進患者快速康復，改善患者預后的目的，具有一定臨床應用價值，值得推廣。