3D打印輔助Sanders CT分型個(gè)性化手術(shù)治療跟骨關(guān)節(jié)內(nèi)骨折

鐘 華，陳 勁，李建煒，陳廣謀，阮國(guó)強(qiáng)，黃 艷，岑怡彪

臨床研究

3D打印輔助Sanders CT分型個(gè)性化手術(shù)治療跟骨關(guān)節(jié)內(nèi)骨折

鐘 華，陳 勁，李建煒，陳廣謀，阮國(guó)強(qiáng)，黃 艷，岑怡彪

目的探討3D打印輔助Sanders CT分型個(gè)性化手術(shù)治療跟骨關(guān)節(jié)內(nèi)骨折的臨床療效。方法收集湛江中心人民醫(yī)院和廉江市人民醫(yī)院2014年1月至2016年1月收治的36例跟骨關(guān)節(jié)內(nèi)骨折患者的臨床資料，其中18例采用傳統(tǒng)切開復(fù)位內(nèi)固定手術(shù)（傳統(tǒng)手術(shù)組），18例行3D打印輔助Sanders CT分型個(gè)性化手術(shù)（個(gè)性化手術(shù)組）。個(gè)性化手術(shù)組術(shù)前采用3D打印技術(shù)制成1∶1的骨折實(shí)物模型，標(biāo)記骨折線，結(jié)合冠狀位和軸位CT影像進(jìn)行Sanders CT分型，確定需要恢復(fù)的跟骨長(zhǎng)度、寬度、Bohler角和Gissane角，辨認(rèn)關(guān)節(jié)面碎骨塊移位情況，據(jù)此制定手術(shù)方案，行外側(cè)或內(nèi)外側(cè)聯(lián)合入路手術(shù)。分別記錄兩組手術(shù)時(shí)間、住院時(shí)間；術(shù)后1周拍攝跟骨側(cè)位X線片，測(cè)量跟骨長(zhǎng)度、寬度、Bohler角及Gissane角；按踝關(guān)節(jié)Kofoed評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)評(píng)估術(shù)后6個(gè)月踝關(guān)節(jié)功能。結(jié)果36例患者獲隨訪10～12個(gè)月（平均10.5個(gè)月）。傳統(tǒng)手術(shù)組、個(gè)體化手術(shù)組手術(shù)時(shí)間和住院時(shí)間分別為（115±25）min和（14±4）d、（58±9）min和（14±3）d，后者手術(shù)時(shí)間更短（P＜0.05），但兩組住院時(shí)間比較，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。術(shù)后1周跟骨X線片各測(cè)量指標(biāo)個(gè)性化手術(shù)組更佳（P＜0.05）。傳統(tǒng)手術(shù)組2例患者發(fā)生切口感染，經(jīng)換藥或負(fù)壓封閉引流處理后痊愈。術(shù)后6個(gè)月所有患者骨折均愈合；傳統(tǒng)手術(shù)組、個(gè)性化手術(shù)組Kofoed踝關(guān)節(jié)功能評(píng)分及優(yōu)良率分別為（79±12）分和11/18、（93±14）分和17/18，個(gè)性化手術(shù)組明顯優(yōu)于傳統(tǒng)手術(shù)組（P＜0.05）。結(jié)論采用數(shù)字骨科技術(shù)重建跟骨骨折模型并打印1：1骨折實(shí)物模型，可在模型上標(biāo)記骨折線、清晰辨認(rèn)移位關(guān)節(jié)面骨折塊并輔助進(jìn)行Sanders CT分型，制訂個(gè)性化手術(shù)方案；3D打印輔助Sanders CT分型個(gè)性化手術(shù)能夠減少實(shí)際手術(shù)操作時(shí)間，獲得對(duì)跟骨關(guān)節(jié)面的良好復(fù)位，提高手術(shù)的精確性和可靠性，術(shù)后功能恢復(fù)良好，是治療跟骨關(guān)節(jié)內(nèi)復(fù)雜骨折的較好選擇。

跟骨骨折；骨折固定術(shù)，內(nèi)；體層攝影術(shù)，X線計(jì)算機(jī)；圖像處理，計(jì)算機(jī)輔助；3D打??；Sanders CT分型

跟骨是人體最大的跗骨，跟骨骨折約占全身骨折的2%、跗骨骨折的60%[1]，多因高處跌落、足跟著地所致。鑒于跟骨在人體負(fù)重及行走中所起的重要作用，跟骨骨折患者對(duì)復(fù)位及功能恢復(fù)的要求較高。明確骨折分型是制定合理手術(shù)方案的前提。X線片和CT檢查影像學(xué)資料是跟骨骨折分型診斷的基本依據(jù)，其中Sanders CT分型在臨床中比較常用[1-2]，冠狀位和軸位CT影像提供的信息可直觀反映骨折塊數(shù)量及移位程度，但三維重建圖像中因有距骨的阻擋，術(shù)者不能直接觀察跟骨關(guān)節(jié)面骨塊的移位情況。我們基于跟骨骨折患者的CT數(shù)據(jù)重建骨折模型，通過3D打印技術(shù)1∶1等比例打印實(shí)物模型，協(xié)助進(jìn)行Sanders CT分型，制定個(gè)性化手術(shù)方案，據(jù)此實(shí)施個(gè)性化手術(shù)。本研究收集36例個(gè)性化手術(shù)和傳統(tǒng)手術(shù)患者的臨床資料并進(jìn)行療效對(duì)比，旨在探討3D打印輔助Sanders CT分型在跟骨關(guān)節(jié)內(nèi)骨折手術(shù)中的應(yīng)用價(jià)值。

1 資料和方法

1.1 一般資料

納入標(biāo)準(zhǔn)：①符合跟骨關(guān)節(jié)內(nèi)骨折診斷標(biāo)準(zhǔn)；②行切開復(fù)位內(nèi)固定手術(shù)或3D打印輔助Sanders CT分型個(gè)性化內(nèi)固定手術(shù)；③隨訪時(shí)間不低于10個(gè)月，隨訪資料完整。排除標(biāo)準(zhǔn)：①伴皮膚軟組織缺損，需皮瓣修復(fù)；②伴污染傷口；③陳舊性骨折或術(shù)后二次翻修；④合并需行手術(shù)治療的其他部位骨折。

收集2014年1月至2016年1月湛江中心人民醫(yī)院和廉江市人民醫(yī)院收治、符合病例選擇標(biāo)準(zhǔn)的36例跟骨關(guān)節(jié)內(nèi)骨折患者的臨床資料。其中個(gè)性化手術(shù)組18例，采用3D打印輔助Sanders CT分型個(gè)性化內(nèi)固定手術(shù)；傳統(tǒng)手術(shù)組18例，采用切開復(fù)位內(nèi)固定手術(shù)。兩組性別、年齡、側(cè)別、Sanders分型等一般資料比較，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05），具有可比性（表1）。

1.2 手術(shù)方法

完善各項(xiàng)術(shù)前檢查，常規(guī)消腫治療，觀察受傷部位皮膚出現(xiàn)皺褶后，采用硬膜外麻醉或腰硬聯(lián)合麻醉，患者取健側(cè)臥位。手術(shù)均由同一組醫(yī)師完成。

1.2.1 個(gè)性化手術(shù)組 對(duì)患者傷側(cè)踝關(guān)節(jié)行64排螺旋CT掃描（西門子公司，德國(guó)），采集DICOM數(shù)據(jù)，輸入Mimics 10.0軟件重建踝關(guān)節(jié)三維模型，剔除跟骨周圍骰骨和距骨，重建跟骨骨折三維模型，輸出STL文件，再輸入Raise3D F2 3D打印機(jī)（上海復(fù)翔信息科技有限公司），打印出1∶1等比例跟骨骨折實(shí)物模型。

在模型上標(biāo)記骨折線，直接觀察跟骨距下關(guān)節(jié)和跟骰關(guān)節(jié)面的移位程度，進(jìn)行Sanders CT分型，在計(jì)算機(jī)中利用軟件功能對(duì)跟骨骨折模型進(jìn)行骨折復(fù)位。其中SandersⅡ、Ⅲ部分骨折可采用外側(cè)入路，SandersⅣ部分骨折則根據(jù)跟骨骨折3D模型作進(jìn)一步觀察，視骨折具體移位情況予模擬復(fù)位，必要時(shí)采用內(nèi)外側(cè)聯(lián)合入路?？稍谟?jì)算機(jī)中置入跟骨鋼板，對(duì)置釘位置和深度進(jìn)行標(biāo)記和測(cè)量，或3D打印出復(fù)位后的跟骨模型，在模型上演練手術(shù)操作過程，根據(jù)這些模擬結(jié)果制定個(gè)性化復(fù)位內(nèi)固定手術(shù)方案。

取跟骨外側(cè)L形全厚皮膚切口，手術(shù)刀沿跟骨骨膜銳性剝離，以3枚克氏針固定腓骨、距骨及骰骨，然后折彎克氏針并牽開皮瓣，顯露并完全打開跟骨外側(cè)壁。按術(shù)前制定的手術(shù)方案進(jìn)行手術(shù)，如存在內(nèi)側(cè)載距突劈裂、跟骨結(jié)節(jié)分離、丘部塌陷及外側(cè)爆裂骨塊，則在跟骨結(jié)節(jié)骨塊上從外到內(nèi)打入牽引克氏針，牽引下復(fù)位載距突骨折塊和跟骨結(jié)節(jié)骨折塊，從跟骨結(jié)節(jié)下后方朝前內(nèi)側(cè)方向打入2根克氏針行臨時(shí)固定，C型臂X線機(jī)透視無內(nèi)翻、復(fù)位滿意后，撬起丘部塌陷骨折塊，以克氏針臨時(shí)固定。C型臂X線機(jī)透視觀察跟骨長(zhǎng)度、寬度、Bohler角和Gissane角是否恢復(fù)。對(duì)復(fù)位后殘留骨缺損空隙較大者，以同種異體骨塊填塞。將塑形好的跟骨鋼板放置于外側(cè)，位置滿意后從跟骨前突、丘部、跟骨結(jié)節(jié)部三點(diǎn)骨質(zhì)致密處置入螺釘。

表1 兩組患者術(shù)前一般資料比較（x-±s，n=18）

1.2.2 傳統(tǒng)手術(shù)組 按手術(shù)步驟顯露跟骨外側(cè)壁和后關(guān)節(jié)面，撬起塌陷的跟骨丘部，復(fù)位后關(guān)節(jié)面，用克氏針或螺釘固定，雙手拇指按住跟骨外側(cè)壁，其余手指對(duì)抗內(nèi)側(cè)壁，以手法（推按抖動(dòng)法）復(fù)位恢復(fù)正常的跟骨寬度，螺釘固定時(shí)在內(nèi)側(cè)壁推按對(duì)抗，防止骨塊移位。螺釘應(yīng)盡量穿透內(nèi)側(cè)壁骨皮質(zhì)，在跟骨溝下方斜向上25°打入1枚螺釘固定載距突。之后的操作（如C型臂X線機(jī)透視觀察、鋼板螺釘固定等）與個(gè)性化手術(shù)組相同。

1.3 術(shù)后處理

術(shù)后常規(guī)放置負(fù)壓引流，切口加壓包扎，不需行外固定。術(shù)后1 d開始踝泵功能鍛煉，術(shù)后48～72 h酌情拔除負(fù)壓引流管，引流量多時(shí)可適當(dāng)延長(zhǎng)拔管時(shí)間。術(shù)后常規(guī)復(fù)查跟骨側(cè)軸位X線片，測(cè)量跟骨寬度、長(zhǎng)度、Gissane角、Bohler角。術(shù)后4周開始練習(xí)不負(fù)重行走，2～3個(gè)月后復(fù)查X線片，視骨折愈合情況逐漸負(fù)重行走。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

應(yīng)用SPSS 17.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行分析，計(jì)量資料以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差（x-±s）表示，兩組比較采用兩獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)，計(jì)數(shù)資料比較采用χ2檢驗(yàn)或Fisher確切概率法，P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

36例患者獲隨訪10～12個(gè)月（平均10.5個(gè)月）。術(shù)后1周個(gè)性化手術(shù)組跟骨長(zhǎng)度、寬度、Bohler角及Gissane角較傳統(tǒng)手術(shù)組更佳（P＜0.05，表2）。兩組患者臨床指標(biāo)比較如表3所示，個(gè)性化手術(shù)組手術(shù)時(shí)間、術(shù)后6個(gè)月Kofoed踝關(guān)節(jié)功能評(píng)分及優(yōu)良率均優(yōu)于傳統(tǒng)手術(shù)組（P＜0.05）；但兩組住院時(shí)間比較，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。傳統(tǒng)手術(shù)組術(shù)后1周出現(xiàn)2例切口感染，經(jīng)換藥或負(fù)壓封閉引流處理后痊愈；兩組均未有腓腸神經(jīng)損傷、跟骨痛、內(nèi)固定松動(dòng)斷裂并發(fā)癥發(fā)生。術(shù)后6個(gè)月跟骨側(cè)軸位X線片顯示所有病例均獲得骨性愈合。典型病例如圖1所示。

3 討論

螺旋CT掃描及三維重建在跟骨關(guān)節(jié)內(nèi)骨折術(shù)前評(píng)估和分型診斷中起重要作用[3]。Sanders CT分型基于跟骨冠狀面CT掃描來評(píng)估跟骨關(guān)節(jié)內(nèi)骨折情況，是目前常用的跟骨關(guān)節(jié)內(nèi)骨折分型診斷標(biāo)準(zhǔn)。但跟骨屬于不規(guī)則骨，解剖形態(tài)較為復(fù)雜，CT冠狀位圖像很難完整顯示跟骨骨折的原貌，特別是關(guān)節(jié)面骨折移位情況，易導(dǎo)致術(shù)者對(duì)骨折的診斷、分型、空間形態(tài)認(rèn)識(shí)不足。

近年來，隨著醫(yī)學(xué)影像技術(shù)的發(fā)展，特別是高分辨率螺旋CT的投入使用，為3D打印技術(shù)在創(chuàng)傷骨科個(gè)性化手術(shù)中的應(yīng)用提供廣闊的前景[4-5]。人們運(yùn)用該技術(shù)制作3D實(shí)物模型，進(jìn)行手術(shù)規(guī)劃，模擬手術(shù)過程，建立手術(shù)導(dǎo)向模板，設(shè)計(jì)個(gè)體化內(nèi)植物或人工關(guān)節(jié)假體等[6-8]。其中跟骨骨折3D打印實(shí)物模型的制作過程是：運(yùn)用64排螺旋CT采集高質(zhì)量的跟骨骨折DICOM數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)輸入Mimics等醫(yī)學(xué)三維圖像處理軟件，通過軟件處理剔除骰骨和距骨后輸出STL文件，打印出1∶1等比例跟骨骨折3D實(shí)物模型[9]。我們?cè)?D打印模型上可標(biāo)記骨折線，明確Sanders CT分型，制定個(gè)性化手術(shù)方案，從而保證了手術(shù)的安全性、可靠性和精確性。

表2 兩組患者術(shù)后1周跟骨X線片測(cè)量指標(biāo)比較（x-±s，n=18）

表3 兩組患者臨床指標(biāo)比較（x-±s，n=18）

圖1 3D打印輔助Sanders CT分型個(gè)性化手術(shù)治療SandersⅣ型跟骨關(guān)節(jié)內(nèi)骨折圖片（男，51歲）1A術(shù)前CT三維重建 1B術(shù)前CT冠狀位圖片 1C 3D打印模型 1D在3D打印模型上標(biāo)記骨折線 1E術(shù)前模擬鋼板放置位置 1F～1I術(shù)后1周跟骨側(cè)軸位X線片檢測(cè)跟骨長(zhǎng)度、寬度、Bohler角和Gissane角，恢復(fù)滿意 1J術(shù)后3個(gè)月X線片示跟骨骨折愈合

如前所述，傳統(tǒng)手術(shù)主要通過術(shù)前三維CT掃描圖像結(jié)合術(shù)中探查來判斷骨折情況，再根據(jù)臨床經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行手術(shù)，但許多復(fù)雜的醫(yī)療問題[10-11]，如復(fù)雜關(guān)節(jié)內(nèi)跟骨骨折，特別是SandersⅣ部分骨折，無論術(shù)前如何計(jì)劃，術(shù)中往往難以獲得理想復(fù)位。本研究比較傳統(tǒng)手術(shù)與3D打印輔助Sanders CT分型個(gè)性化手術(shù)的療效差異，結(jié)果證實(shí)，個(gè)性化手術(shù)組患者可獲得良好復(fù)位，手術(shù)時(shí)間也較傳統(tǒng)手術(shù)短，這主要是因?yàn)槔?D模型可以全方位、多角度地觀察跟骨關(guān)節(jié)內(nèi)骨折，尤其是跟骰關(guān)節(jié)和距下關(guān)節(jié)面的骨折移位程度，更加直觀地顯示跟骨關(guān)節(jié)內(nèi)骨折存在的內(nèi)側(cè)載距突劈裂、跟骨結(jié)節(jié)分離、丘部塌陷及外側(cè)爆裂骨塊等情況，輔助術(shù)者在術(shù)前制定和優(yōu)化手術(shù)步驟，模擬和演練手術(shù)過程，進(jìn)而縮短了手術(shù)時(shí)間。比較研究結(jié)果還顯示，術(shù)后跟骨長(zhǎng)度、寬度、Bohler角及Gissane角等X線測(cè)量學(xué)指標(biāo)均優(yōu)于傳統(tǒng)手術(shù)組，術(shù)后6個(gè)月隨訪時(shí)踝關(guān)節(jié)功能評(píng)分及優(yōu)良率也更佳，表明3D打印輔助Sanders CT分型個(gè)性化手術(shù)更加精準(zhǔn)可靠，術(shù)后功能恢復(fù)理想，是治療跟骨關(guān)節(jié)內(nèi)復(fù)雜骨折的較好選擇。

國(guó)內(nèi)外相關(guān)臨床報(bào)道也證實(shí)了這一點(diǎn)，吳青松等[12]及Kendoff等[13]應(yīng)用數(shù)字骨科技術(shù)3D打印跟骨骨折模型，輔助切開復(fù)位內(nèi)固定手術(shù)，減少了術(shù)中透視次數(shù)及手術(shù)時(shí)間；Chung等[14]的研究結(jié)果提示，3D打印跟骨骨折模型可能在評(píng)估跟骨骨折情況時(shí)尤為有效，有助于促進(jìn)骨折復(fù)位，減少植入物錯(cuò)位發(fā)生，改善患者預(yù)后。

需要強(qiáng)調(diào)的是，使用3D打印技術(shù)需配備3D打印機(jī)，要求技術(shù)人員能熟練使用三維圖像處理軟件。由于打印材料和成型原理不同，3D打印機(jī)性能差異也較大，其中激光成型技術(shù)用時(shí)較短，而熱熔成型技術(shù)打印速度通常較慢，不適用于急診手術(shù)。但隨著3D打印材料和技術(shù)的不斷成熟和完善，特別是金屬3D打印技術(shù)的迅速發(fā)展，在不久的將來，一種完全根據(jù)骨折3D模型設(shè)計(jì)的個(gè)性化內(nèi)植物將被用于創(chuàng)傷骨科手術(shù)中，從而真正實(shí)現(xiàn)個(gè)性化、精確化的手術(shù)要求。

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Individualized surgical treatment based on 3D printing-assisted Sanders CT typing for intra-articular calcaneal fractures

ZHONG Hua*,CHEN Jin,LI Jianwei,CHEN Guangmou,RUAN Guoqiang,HUANG Yan,CEN Yibiao. *Department of OrthopaedicsⅢ,Zhanjiang Central People's Hospital,Zhanjiang,Guangdong 524037,China.

CHEN Jin,E-mail:chenjin113@163.com

ObjectiveTo explore the clinical effects of individualized surgery for treatment of intra-articular calcaneal fractures according to 3D printing-assisted Sanders CT typing.MethodsAn retrospective study included 36 patients with intra-articular calcaneal fractures who were surgically treated in Zhanjiang Central People's Hospital and Lianjiang People's Hospital from January 2014 to January 2016.They were divided into two groups,conventional operation group(conventional open reduction and internal fixation,n=18)and personalized operation group(operation according to 3D printing-assisted Sanders CT typing,n=18).In personalized surgery group,1∶1 fracture model was printed by 3D printing technique before the operation,the fracture line was marked,Sanders CT classification was then performed with the combination of coronal and axial CT images,to determine calcaneal length,width,Bohler and Gissane angles needed to restore,as well as identify the displaced bone fragments on the articular surface.As a result,operation plan was made,lateral approach or combined medial and lateral approach was performed.Operative time and hospital stay in two groups were recorded,calcaneal length,width,Bohler and Gissane angles 1 week after the surgery were observed by axial X-ray examination,functional evaluation at 6 months after the operation was accessed according to Kofoed score of ankle joint function.ResultsAll patients were followed up from 10 to 12 months,with an average of 10.5 months.Operative time in personalized operation group was shorter than that in conventional operation group[(58±9)vs(115±25)min,P＜0.05],while there was no statistical difference of hospital stay between two groups[(14±3)vs(14±4)d,P＞0.05].The radiological indexes 1 week postoperatively in personalized operation group were more superior than those in control group(P＜0.05).Two cases of wound infection were found in conventional operation group,and cured after dressing change or vacuum sealing drainage therapy.At 6 months postoperatively,all patients achieved fracture healing;the score of Kofoed ankle function was 93±14,the excellent and good rate was 17/18 in personalized operation group,all improved compared with those in control group(79±12,11/18),the differences between two groups had statistical significance(P＜0.05).Conclusions Based on calcaneal fracture model reconstruction and physical model 3D printing by digital orthopedic technique,the fracture line could be marked in the model,the fracture fragments on the articular surface could be clearly identified,and the personalized surgical plan could be made according to the assistance of Sanders CT classfication.For intra-articular calcaneal fractures,individualized surgery according to 3D printing-assisted Sanders CT typing is a good choice because it could reduce the operative time,achieve good reduction for articular surface,enhance the accuracy and reliability of the surgery and obtain good functional rehabilitation.

Calcaneal fractures;Fracture fixation,internal;Tomography,X-ray computed;Image processing,computer-assisted;Three-dimensional printing;Sanders CT typing

R683.426，R687.32

：A

：1674-666X(2017)01-029-07

2016-12-02；

2017-01-05）

（本文編輯：白朝暉）

10.3969/j.issn.1674-666X.2017.01.005

廣東省自然科學(xué)基金項(xiàng)目（2014A030307012）；湛江市財(cái)政資助項(xiàng)目（2015A06011）；湛江市財(cái)政資助項(xiàng)目（2014C01026）

524037廣東，湛江中心人民醫(yī)院骨外三科（鐘華，陳勁，李建煒，陳廣謀，阮國(guó)強(qiáng)，黃艷）；524400廣東，廉江市人民醫(yī)院骨二科（岑怡彪）

陳勁，E-mail：chenjin113@163.com