3D打印聯合距下關節鏡治療跟骨骨折

陳啟剛 任戈亮 胡永軍 劉佩雷 李強

安徽理工大學第一附屬醫院（安徽淮南232000）

跟骨骨折主要由創傷性軸性負荷導致，如高處墜落。約3∕4 跟骨骨折為關節內骨折，影響踝關節功能［1］。影響手術傷口并發癥的因素如糖尿病、吸煙、外周血管疾病以及開放性骨折等，術前需要仔細評估。實現解剖復位和距下后關節的一致性恢復是手術的主要目的［2］。大的接觸性移位可由1 ～2 mm 的關節不一致性引起，從而改變跟骨和踝關節的承載力學，易患距下骨關節炎［3］。嚴重疼痛可能增加二次距下融合的風險。雖然切開復位內固定采用傳統的L 形側切口提供了良好的骨折顯示和治療效果，手術操作簡單，骨折愈合快，關節功能改善明顯［4］。但也有明顯不足，如增加了軟組織損傷并發癥，切口皮緣壞死導致11%患者出現鋼板外露以及切口感染率高達7%［5］。微創外科技術的最新進展，如經跗骨竇切口內固定術、經皮撬撥內固定術和關節鏡輔助骨折復位內固定術，已在軟組織損傷患者中顯示出良好的臨床療效，尤其適合基礎疾病影響傷口愈合、關節內移位骨折伴輕微粉碎的患者［6-7］。Sanders Ⅲ-Ⅳ型跟骨骨折較為復雜，跟距關節面不穩，術中游離粉碎骨折塊較多，難以實現完全解剖復位，增加了關節鏡的操作難度［8］。隨著3D 打印技術和材料的不斷發展，骨科3D 在多個領域已經得到廣泛應用，如髖關節、膝關節、脊柱、脛骨、骨盆骨折以及脊柱矯形等。然后，3D 打印在跟骨骨折中的應用鮮有報道。因此，本研究主要分析3D 打印聯合距下關節鏡治療跟骨骨折的臨床價值，對此類患者提出更合理的外科術式，提高手術療效，改善康復質量，具有十分重要的臨床意義。

1 資料與方法

1.1 一般資料 選擇2019年1月至2020年8月入我院確診跟骨骨折Sanders Ⅱ-Ⅳ型患者128 例為研究對象，納入標準：（1）年齡大于18 歲；（2）X 線證實新鮮單側、閉合性跟骨骨折，符合Sanders Ⅱ-Ⅳ型；（3）有關節鏡應用指征；（4）簽署手術同意書，符合醫學倫理學要求，臨床和隨訪資料完整。排除標準：（1）合并其他部位骨折需要聯合手術；（2）足部畸形、既往下肢手術史；（3）術中中轉開放術式；（4）無合適的3D 打印模型。

根據患者入院先后順序，由電腦生成隨機數字將其分為對照組和觀察組各64 例，兩組患者的一般臨床資料具有可比性（P＞0.05）。見表1。

表1 兩組患者的一般臨床資料比較Tab.1 Comparison of general clinical datas between the two groups 例

1.2 手術方法 對照組采用距下關節鏡輔助下復位內固定術，主要流程為患者取健側臥位，患側大腿根部使用充氣止血帶，采用連續硬膜外麻醉，監測生命體征。將足跖屈透視下將兩根直徑4 mm斯氏針自根骨結節上方打入至距下關節面下方骨折處，但不越過骨折線，再用2 枚克氏針撬撥復位關節面，恢復跟骨高度、寬度、B?hler 角和Gissane角，經透視下確定后將第3 根斯氏針（4.0 mm）自跟骨內側面向外側面橫穿向下牽引，鉆入至骰骨行臨時固定；依次鉆入空心釘導針3 枚，透視位置良好，選擇合適長度和直徑3.5 mm 空心釘3 枚置入跟骨，拔除斯氏針縫合傷口。然后將患肢內旋，距下關節鏡選取外側入路，進行距下關節探查，鏡下清除凝血塊和小碎骨塊，輔助復位，使跟骨關節面平整，必要時可行克氏針固定，若關節鏡下固定骨折塊困難或者骨折塌陷復位不佳時可取跗骨竇小切口，透視確認骨折復位滿意后縫合傷口，包扎患足（圖1）。

圖1 距下關節鏡治療跟骨骨折Fig.1 Subtalar arthroscopy for calcaneal fracture

觀察組術前采用3D 打印跟骨骨折模型并模擬手術方案，主要步驟為術前常規行患肢CT 掃描，數據以Dicom 格式導入Mimics 軟件（比利時Materialise 公司）進行足部骨骼三維重建，以STL 格式保存。采用聚乳酸為打印材料，Replicator-23D 打印機（美國MakerBot 公司）制備患足模塊（圖2）。術前準確測量跟骨高度、寬度、B?hler 角和Gissane角等解剖參數，充分了解骨折塊形態、位置和大小，指導術中精確定位，模擬手術過程，制定恰當的手術方案。

圖2 3D 打印跟骨骨折模型Fig.2 3D printing calcaneal fracture model

術后處理：常規應用預防性抗生素1 d，患肢抬高，密切觀察有無局部感染、切口不愈合、嚴重腫脹以及肢體壞死等并發癥，適當應用低分子肝素鈉2 500 單位，皮下注射，每12 h 一次，抗凝。術后第1 天即可行患肢抬高、屈膝等功能鍛煉，石膏托固定4 周，術后10 周扶雙拐患足部分負重下地活動，術后12 周可完全負重。

1.3 觀察指標 兩組隨訪截至2021年8月，隨訪時間12 ～31 個月，中位時間25 個月。比較兩組手術相關指標包括時間、出血量和并發癥，術后住院時間和骨折愈合時間，關節功能包括B?hler 角、Gissane 角和美國矯形足踝協會（AOFAS）評分。并發癥主要包括深部和切口感染、嚴重疼痛（視覺模擬量表評分7 ～10 分）、肢體腫脹（患側肢體周長較健側增加至少50%，且出現遠端肢體血運不良的表現）和內固定物斷裂或移位。AOFAS 評分包括疼痛（40 分）、功能和自主活動以及支撐情況（10 分）、最大步行距離（5 分）、地面步行（5 分）、反常步態（8 分）、前后活動（8 分）、后足活動（6 分）、踝后足穩定性（8 分）、總部對線（10 分），優為90 ～100 分，良為75 ～89 分，可為50 ～74 分，差為50 分以下。優良率=（優+良）∕總例數×100%。

1.4 統計學方法 采用SPSS 20.0 統計軟件，對計量資料以（）表示，兩組間比較采用獨立樣本t檢驗。計數資料以例（%）表示，比較用χ2檢驗。P＜0.05 為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 兩組手術指標的比較 兩組手術時間和出血量比較差異無統計學意義（P＞0.05），但觀察組并發癥發生率低于對照組（P＜0.05）。見表2。

表2 兩組手術指標的比較Tab.2 Comparison of surgical indexes between the two groups ±s

表2 兩組手術指標的比較Tab.2 Comparison of surgical indexes between the two groups ±s

手術指標時間（min）出血量（mL）并發癥［例（%）］深部和切口感染（例）嚴重疼痛（例）肢體腫脹（例）內固定物斷裂或移位（例）對照組（n=64）35.6±6.3 32.4±5.5 10（15.6）2 4 3 1觀察組（n=64）39.7±7.5 30.7±5.3 3（4.7）1 1 1 0 t∕χ2值1.023 0.653 4.195 P 值0.156 0.342 0.041

2.2 兩組住院時間和骨折愈合時間的比較 觀察組住院時間和骨折愈合時間比對照組短，差異有統計學意義（P＜0.05）。見表3。

表3 兩組住院時間和骨折愈合時間的比較Tab.3 Comparison of stay-in hospital days and fracture healing time between the two groups ±s

表3 兩組住院時間和骨折愈合時間的比較Tab.3 Comparison of stay-in hospital days and fracture healing time between the two groups ±s

組別對照組（n=64）觀察組（n=64）t 值P 值住院時間（d）7.7±0.9 4.6±0.5 5.123 0.008骨折愈合時間（周）16.7±3.9 13.6±2.5 5.659 0.003

2.3 兩組B?hler 角和Gissane 角的比較 兩組治療后B?hler 角和Gissane 角較治療前增加，且觀察組明顯大于對照組，差異有統計學意義（P＜0.05）。見表4。

表4 兩組B?hler 角和Gissane 角的比較Tab.4 Comparison of B?hler and Gissane angle between two groups ±s

表4 兩組B?hler 角和Gissane 角的比較Tab.4 Comparison of B?hler and Gissane angle between two groups ±s

注：對照組治療后與治療前比較，#P ＜0.05；觀察組治療后與治療前比較，*P ＜0.05

組別對照組（n=64）觀察組（n=64）t 值P 值B?hler 角治療前（13.5±2.4）°（13.2±2.1）°0.365 0.648治療后（21.2±3.6）°#（25.9±3.8）°*6.002 0.001 Gissane 角治療前（85.6±10.1）°（84.9±11.2）°0.857 0.246治療后（125.9±23.6）°#（132.4±31.2）°*6.986 0.001

2.4 兩組足踝功能的比較 治療后觀察組AOFAS評分比對照組升高，足踝功能優良率高于對照組，差異有統計學意義（P＜0.05）。見表5。

表5 兩組足踝功能的比較Tab.5 Comparison of foot and ankle function between the two groups 例（%）

2.5 典型病例 男性，49 歲，高處墜落傷致右跟骨骨折SandersⅡ型，術前X線（圖3A）、術前CT（圖3B）、術前3D 打印模型（圖3C）、術中照片（圖3D）、操作關節鏡照片（圖3E）、術后一周X 線照片（圖3F）。隨訪6 個月患者骨折恢復良好。

圖3 術前3D 打印聯合距下關節鏡治療右跟骨骨折Fig.3 Preoperation 3D printing combined with subtalar arthroscopy in treatment of calcaneal fractures

3 討論

距下關節鏡下閉合復位具有視野放大、清晰，皮膚切口小，對周圍軟組織損傷輕，局部創口小、便于清創和止血，術后并發癥少、患者康復快的優點，在臨床中有重要的應用前景［9］。沙良寬等［10］研究也證實，經皮撬撥復位內固定與切開復位鋼板內固定治療Sanders Ⅱ型跟骨骨折均可獲得滿意的臨床療效，但前者具有創傷較小、住院天數短、切口并發癥較少等優點。術前3D 打印理論上可以復制人體任何組織和器官結構，與人體骨骼解剖參數基本吻合，便于術者在模型上準確判斷骨折具體情況，制定恰當的手術方案和評估手術風險，指導術中精確定位，做到心中有數，有助于預防術中可能出現的多種意外事件，如術前影像學判斷骨折與實際有偏差［11］。此外，3D 打印關節和骨骼還是人體缺損組織的良好替代品，如無法準確復位的細小碎骨塊，輔助做到更滿意的關節面解剖復位［12］。盛偉等［13］研究指出，3D 打印聯合距下關節鏡治療Sanders Ⅲ-Ⅳ型跟骨骨折，創傷小，恢復快，精準安全有效。但是，3D 打印聯合距下關節鏡在跟骨骨折中的應用經驗仍然較少。

由于跟骨骨折的范圍較局限，解剖結構相對單一，涉及骨折塊和關節面也易于復位，因此，總體耗費手術時間相對較短［14］。踝關節周圍血供相對較少，但同時也易發生遠端肢體血運不良的嚴重并發癥［15］。關節鏡可實時顯示軟骨和關節表面，距下關節斷裂的可視化。可以降低在低分辨率X 線透視下單憑肉眼可能忽略的小關節內骨折和螺釘穿透關節［16］。此外，傳統外側入路難以觸及的距下關節內側部分的撕脫骨折碎片可在關節鏡下清除。同時，常規透視可以通過檢測鋼板位置、鋼板貼伏程度、確定螺釘長度，單純關節鏡治療的局限性［17］。關節表面的位置和鄰近關系、影像學指標的恢復和跟骨-骰關節的不協調評估，可能在通過標準入口插入關節鏡時被忽略。因此，關節鏡仍需要結合常規透視法進行綜合指導完成滿意的跟骨骨折解剖復位，改善踝關節功能［18］。

本研究發現，觀察組住院時間和骨折愈合時間比對照組短（P＜0.05）。術前3D打印可以進一步輔助術者做到精確定位，術中快速、準確置入關節鏡進入滿意位置，提高解剖復位的成功率，相對降低了手術創傷。觀察組的并發癥降低也有利于術后康復和骨折愈合。本研究還發現，觀察組治療后B?hler 角和Gissane 角明顯大于對照組，足踝功能優良率高于對照組（P＜0.05）。通過定量解剖參數和綜合關節活動功能兩個方面來證實術前3D 打印輔助距下關節鏡治療跟骨骨折的臨床獲益更明顯。也有研究通過較長時間隨訪發現，無論是切開還是閉合復位組，B?hler 角逐漸丟失可能是骨質流失和漸進性骨質疏松以及承重面上骨吸收的結果［19］。PARK［20］指出，距下關節鏡在經皮和開放入路治療移位的跟骨關節內骨折時，對促進后關節面復位具有重要作用。在翹撥復位中，關節鏡對于輕度至中度移位骨折必須謹慎選擇；在開放手術入路中，距下關節鏡的應用仍然很少。因此，術中關節鏡檢查應始終與透視檢查結合使用，以實現復位和評估內固定位置。在SandersⅡ型跟骨骨折采用跗竇入路時，距下關節鏡是檢測關節不協調的有用方法。計算機輔助設計與3D 打印技術結合可在術前直觀觀察跟骨骨折的移位情況，精確定制個體化手術方案，提高手術的精度與安全性。

綜上所述，術前3D 打印聯合距下關節鏡微創治療Sanders Ⅱ-Ⅳ型跟骨骨折有較好的臨床安全性和有效性，能夠顯著降低圍術期并發癥，縮短骨折愈合和康復時間，改善足踝功能。本研究也有一定局限性：樣本量較小，隨訪時間較短，需要更大樣本量的臨床前瞻性病例對照研究進行驗證。隨著3D 打印聯合距下關節鏡的技術不斷成熟，相信在其他類型跟骨骨折以及復合型骨折中也會取得較好的臨床療效。