3D打印技術(shù)在復(fù)雜跟骨骨折中的應(yīng)用

何藻鵬+李衛(wèi)+劉金偉+鄭玉東+曾迪藩+劉東波

【摘要】 目的 探討3D打印技術(shù)在復(fù)雜跟骨骨折中的應(yīng)用方法及效果。方法 72例（84足）復(fù)雜跟骨骨折患者， 按床位單雙號(hào)將患者分為對(duì)照組和3D組， 各36例（42足）。兩組患者均進(jìn)行術(shù)前常規(guī)CT檢查， 并進(jìn)行跟骨切開(kāi)復(fù)位內(nèi)固定術(shù)。其中對(duì)照組患者直接根據(jù)X線及CT二維圖像進(jìn)行手術(shù)， 3D組患者進(jìn)行數(shù)字化重建、模擬復(fù)位并打印跟骨3D模型， 術(shù)前鋼板預(yù)塑形、設(shè)計(jì)個(gè)性化方案再行手術(shù)治療。觀察兩組患者手術(shù)情況、治療效果以及并發(fā)癥發(fā)生情況。結(jié)果 3D組患者手術(shù)時(shí)間、術(shù)中出血量均優(yōu)于對(duì)照組， C臂X線暴露風(fēng)險(xiǎn)小于對(duì)照組， 差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.05）。3D組優(yōu)良率為92.86%， 高于對(duì)照組的76.19%， 差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.05）。兩組并發(fā)癥發(fā)生率比較差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P>0.05）。結(jié)論 3D打印技術(shù)在復(fù)雜跟骨骨折中應(yīng)用效果較好， 可提前進(jìn)行術(shù)前設(shè)計(jì)及模擬手術(shù)， 對(duì)手術(shù)起到輔助作用， 提高手術(shù)效果， 降低并發(fā)癥， 值得臨床應(yīng)用及推廣。

【關(guān)鍵詞】 3D打印技術(shù)；跟骨骨折；模型；療效

DOI：10.14163/j.cnki.11-5547/r.2017.09.022

Application of 3D printing technique in complex calcaneal fracture HE Zao-peng， LI Wei， LIU Jin-wei， et al. Department Three of Surgery， Foshan City Shunde District Lecong Hospital， Foshan 528315， China

【Abstract】 Objective To investigate application method and effect by 3D printing technique in complex calcaneal fracture. Methods A total of 72 patients （84 feet） with complex calcaneal fracture were divided by their bed number into control group and 3D group， with 36 cases （42 feet） in each group. Both groups received conventional preoperative CT examination and calcaneal open reduction internal fixation operation. The control group received operation in accordance with X-ray and CT two-dimensional diagram， and the 3D group received operation after digital reconstruction， reduction simulation， 3D calcaneal model printing， preoperative prefabricating plate， and individualized scheme. Observation was made on operation condition， curative effect and complications in the two groups. Results The 3D group had better operation time and intraoperative bleeding volume than the control group， and its C-arm X-ray exposure risk was lower than the control group. Their difference had statistical significance （P<0.05）. 3D group had higher good rate as 92.86% than 76.19% in the control group， and the difference had statistical significance （P<0.05）. There was no statistically significant difference of incidence of complications between the two groups （P>0.05）. Conclusion 3D printing technique shows excellent application effect in complex calcaneal fracture. It can provide preoperative design and operation simulation， along with assistant effect in operation. This method can improve operative effect and lower incidence of complications， and it is worth clinical application and promotion.

【Key words】 3D printing technique； Calcaneal fracture； Model； Curative effect

跟骨骨折是臨床上常見(jiàn)的骨折類型， 約75%為關(guān)節(jié)內(nèi)骨折。由于跟骨的解剖復(fù)雜性， 軟組織覆蓋較差， 因此跟骨骨折治療較為棘手， 術(shù)后并發(fā)癥多， 患者預(yù)后較差[1]。目前對(duì)于跟骨骨折的多采用手術(shù)治療， 術(shù)前采用X線或CT掃描， 根據(jù)二維圖像觀察跟骨骨折情況， 結(jié)合醫(yī)師經(jīng)驗(yàn)， 設(shè)計(jì)手術(shù)方案[2]。因此在跟骨骨折患者手術(shù)前往往不能準(zhǔn)確評(píng)估跟骨復(fù)位后狀態(tài)、鋼板形態(tài)、置釘位置與方向， 需要術(shù)中牽引、翹撥復(fù)位后根據(jù)C臂透視情況再行決定， 增加了手術(shù)時(shí)間與不確定性， 影響治療效果[3]。目前隨著影像學(xué)的發(fā)展， 三維圖像重建手段可有效提供患者骨折情況的信息， 而數(shù)字化圖像處理及3D打印技術(shù)則可根據(jù)CT圖像的數(shù)據(jù)進(jìn)行骨折部位的還原、復(fù)位、復(fù)位后評(píng)估， 從而進(jìn)行模擬手術(shù)， 術(shù)前實(shí)現(xiàn)手術(shù)個(gè)性化設(shè)計(jì)， 使醫(yī)師在術(shù)前即可得到詳細(xì)信息， 并獲得相應(yīng)的復(fù)位標(biāo)準(zhǔn)模塊及置釘導(dǎo)航模塊， 制定合適的手術(shù)方案[4， 5]。本文對(duì)本院復(fù)雜跟骨骨折患者進(jìn)行3D打印技術(shù)研究， 探討3D打印技術(shù)在復(fù)雜跟骨骨折治療中的運(yùn)用， 現(xiàn)報(bào)告如下。

1 資料與方法

1. 1 一般資料 本次選取72例（84足）本院2014年2月～

2016年10月收治的復(fù)雜跟骨骨折患者作為研究對(duì)象。納入標(biāo)準(zhǔn)：①經(jīng)X線、CT等檢查和診斷符合跟骨骨折診斷標(biāo)準(zhǔn)[6]的患者；②跟骨骨折Sanders分型為Ⅲ型或Ⅳ型的患者；③自愿參加本次研究并簽字的患者。排除標(biāo)準(zhǔn)：①有陳舊跟骨骨折史的患者；②合并明顯血管損傷的患者；③開(kāi)放性骨折的患者。按患者床位單雙號(hào)分為對(duì)照組和3D組， 各36例（42足）。對(duì)照組中男20例， 女16例， 年齡19～60歲， 平均年齡（38.5±7.6）歲。致傷原因：交通事故傷12例， 高空墜落傷10例， 運(yùn)動(dòng)傷9例， 跌傷或扭傷5例。骨折分型：Sanders分型Ⅲ型26例（30足）， Ⅳ型10例（12足）。3D組中男19例， 女17例， 年齡20～58歲， 平均年齡（38.2±6.7）歲。致傷原因：交通事故傷13例， 高空墜落傷11例， 運(yùn)動(dòng)傷8例， 跌傷或扭傷4例。骨折分型：Sanders分型Ⅲ型25例（28足）， Ⅳ型11例（14足）。兩組患者性別、年齡、致傷原因、骨折分型等一般資料比較差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P>0.05）， 具有可比性。

1. 2 方法 兩組患者均術(shù)前消腫治療， 待腫脹消退后安排手術(shù)， 受傷至手術(shù)時(shí)間為7～14 d， 平均時(shí)間為9 d。兩組手術(shù)均采用連續(xù)硬膜外麻醉， 取跟骨外側(cè)擴(kuò)大“L”形入路， 采用“無(wú)牽拉技術(shù)”進(jìn)行顯露， 于跟骨外側(cè)放置普通跟骨鈦板及螺釘固定， 必要時(shí)C臂透視調(diào)整載距突螺釘位置及驗(yàn)證復(fù)位情況。對(duì)照組患者直接根據(jù)X線及CT二維圖像， 選用合適大小形態(tài)的跟骨鈦板進(jìn)行手術(shù)。3D組患者術(shù)前采用Mimics15.0軟件導(dǎo)入CT圖像， 建立跟骨三維模型， 進(jìn)行數(shù)字化重建、模擬復(fù)位并打印跟骨3D模型， 術(shù)前鋼板預(yù)塑形， 打印復(fù)位標(biāo)準(zhǔn)模塊及置釘導(dǎo)航模塊， 再行手術(shù)。

1. 3 觀察指標(biāo)及判定標(biāo)準(zhǔn) 觀察兩組患者手術(shù)情況、治療效果以及并發(fā)癥發(fā)生情況。手術(shù)情況包括手術(shù)時(shí)間、術(shù)中出血量以及C臂X線暴露風(fēng)險(xiǎn)。采用美國(guó)足踝外科Maryland評(píng)分評(píng)估術(shù)后療效[7]， 滿分100分， 優(yōu)：90～100分， 無(wú)疼痛， 行走姿勢(shì)正常；良：75～89分， 行走有輕微疼痛， 行走姿勢(shì)基本正常；可：50～74分， 跟骨畸形， 行走有明顯疼痛， 行走姿勢(shì)異常；差：<50分， 跟骨畸形、骨缺損或感染， 疼痛劇烈， 不能行走。優(yōu)良率=（優(yōu)+良）/總例數(shù)×100%。

1. 4 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法 采用SPSS18.0統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件對(duì)研究數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。計(jì)量資料以均數(shù) ± 標(biāo)準(zhǔn)差（ x-±s）表示， 采用t檢驗(yàn)；計(jì)數(shù)資料以率（%）表示， 采用χ2檢驗(yàn)。P<0.05表示差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2. 1 手術(shù)情況 3D組患者手術(shù)時(shí)間、術(shù)中出血量均優(yōu)于對(duì)照組， C臂X線暴露風(fēng)險(xiǎn)小于對(duì)照組， 差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.05）。見(jiàn)表1。

2. 2 治療效果 3D組優(yōu)良率為92.86%， 高于對(duì)照組的76.19%， 差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.05）。見(jiàn)表2。

2. 3 并發(fā)癥 兩組患者切口感染、足部感染、愈合延遲以及愈合畸形等， 3D組并發(fā)癥發(fā)生率為11.90%， 對(duì)照組為16.67%， 兩組并發(fā)癥發(fā)生率比較差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P>0.05）。見(jiàn)表3。

3 討論

跟骨骨折多為高能量所致， 其中跟骨骨折多波及跟距關(guān)節(jié)， 導(dǎo)致關(guān)節(jié)塌陷、跟骨變寬、骨質(zhì)缺損等， 非手術(shù)治療很難起到作用。目前臨床均采用手術(shù)對(duì)跟骨骨折患者進(jìn)行治療， 主要目的為復(fù)位骨折， 但由于跟骨結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性， 一般手術(shù)很難達(dá)到解剖復(fù)位的效果。而跟骨關(guān)節(jié)面的不平整、跟骨高度丟失以及跟骨寬度的增加， 均會(huì)引起愈合畸形、創(chuàng)傷性關(guān)節(jié)炎的發(fā)生， 嚴(yán)重者甚至影響走路功能[8]。

跟骨解剖結(jié)構(gòu)復(fù)雜， 增加了手術(shù)的不確定性， 無(wú)論復(fù)位的技巧、植骨的方式以及手術(shù)的效果等均于跟骨骨折情況密切相關(guān)[9]。而這些問(wèn)題又需要臨床醫(yī)生在術(shù)中進(jìn)行詳細(xì)觀察后再制定， 增加了手術(shù)的難度， 影響治療效果。目前CT檢查可有效對(duì)跟骨部位進(jìn)行三維重建， 但這種三維重建后的圖像僅為可視化， 并不能進(jìn)行虛擬手術(shù)[10-12]。但隨著3D打印技術(shù)的不斷成熟， 可根據(jù)CT三維重建后圖像的數(shù)據(jù)將圖像打印出來(lái)， 通過(guò)跟骨骨折模型的建立， 將骨折情況反映給臨床醫(yī)師， 還可進(jìn)行虛擬手術(shù)， 從而更好的提供骨折信息， 增加治療策略的科學(xué)性、合理性， 提高手術(shù)效果[11， 13-16]。本文將3D打印技術(shù)運(yùn)用于本院收治的復(fù)雜跟骨骨折患者， 結(jié)果顯示， 3D組患者手術(shù)時(shí)間、術(shù)中出血量均優(yōu)于對(duì)照組， C臂X線暴露風(fēng)險(xiǎn)小于對(duì)照組， 差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.05）。3D組優(yōu)良率為92.86%， 高于對(duì)照組的76.19%， 差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.05）。結(jié)果提示， 3D打印技術(shù)可還原患者跟骨骨折情況， 為臨床醫(yī)師提供虛擬手術(shù)途徑， 從而使醫(yī)師可制定詳細(xì)治療方案， 針對(duì)性進(jìn)行手術(shù)的練習(xí)， 明顯縮短手術(shù)時(shí)間， 降低出血量， 促進(jìn)治療效果。并發(fā)癥方面發(fā)現(xiàn)， 兩組并發(fā)癥發(fā)生率比較差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P>0.05）。結(jié)果提示， 通過(guò)三維重建3D打印技術(shù)并不會(huì)造成患者并發(fā)癥發(fā)生率的增加， 安全可靠。

綜上所述， 3D打印技術(shù)在復(fù)雜跟骨骨折中應(yīng)用效果較好， 可提前進(jìn)行術(shù)前設(shè)計(jì)及模擬手術(shù)， 對(duì)手術(shù)起到輔助作用， 提高手術(shù)效果， 降低并發(fā)癥， 值得臨床應(yīng)用及推廣。

參考文獻(xiàn)

[1] Jiang N， Lin QR， Diao XC et al.Surgical versus nonsurgical treatment of displaced intra-articular calcaneal fracture：a meta-analysis of current evidence base. Int Orthop， 2012， 36（8）：1615-1622.

[2] 黃家生， 云致碩. 3D打印技術(shù)在跟骨骨折手術(shù)治療中的應(yīng)用.中國(guó)醫(yī)藥科學(xué)， 2016， 6（10）：198-200.

[3] 黃智， 王博， 劉璋， 等.三種跟骨骨折影像檢查方法的臨床應(yīng)用比較.中國(guó)骨與關(guān)節(jié)外科， 2014， 7（6）：519-522.

[4] 梅剛， 吳衛(wèi)東， 歐陽(yáng)鈞， 等.跟骨骨折畸形愈合的數(shù)字化虛擬重建及在矯形手術(shù)設(shè)計(jì)中的初步應(yīng)用.中國(guó)臨床解剖學(xué)雜志， 2014， 32（3）：243-247.

[5] 陳雁西， 強(qiáng)敏菲， 張坤， 等.計(jì)算機(jī)輔助治療跟骨骨折畸形愈合的療效評(píng)估.中華創(chuàng)傷骨科雜志， 2014， 16（12）：1021-1027.

[6] Zhang X， Liu Y， Peng A， et al.Clinical efficacy and prognosis factors of open calcaneal fracture：a retrospective study. Int J Clin Exp Med， 2015， 8（3）：3841-3847.

[7] 趙晶晶， 黃若昆， 雷波， 等.三維C臂輔助下閉合復(fù)位螺釘固定治療Sanders Ⅱ型跟骨骨折.中國(guó)現(xiàn)代醫(yī)學(xué)雜志， 2015， 25（14）：89-92.

[8] 盧華定， 李全喜， 趙慧清， 等.三維 CT重建影像在跟骨骨折診療中的臨床應(yīng)用.中國(guó)實(shí)用醫(yī)藥， 2013， 8（27）：25-26.

[9] 王一民， 張晟， 王博煒， 等.鎖定鋼板固定SandersⅣ型跟骨骨折的有限元分析.中華創(chuàng)傷骨科雜志， 2013， 15（3）：225-229.

[10] Van HS， De VJ， Verbruggen JP et al.Gait analysis and functional outcome after calcaneal fracture.J Bone Joint Surg Am， 2015， 97（22）：1879-1888.

[11] 陳繼銘， 鐘環(huán)， 馮柏淋， 等.跟骨骨折Sanders分型數(shù)字化模型的初步建立.中華解剖與臨床雜志， 2015， 20（3）：196-199.

[12] 楊晶. 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)3D打印技術(shù)在復(fù)雜跟骨骨折治療中的應(yīng)用. 國(guó)際骨科學(xué)雜志， 2017（1）：51-54.

[13] 歐孌海， 蘇偉， 趙勁民， 等. 3D打印技術(shù)在復(fù)雜骨折手術(shù)治療中的應(yīng)用. 中國(guó)骨與關(guān)節(jié)損傷雜志， 2016， 31（8）：890-891.

[14] 張永飛， 李仁增， 段德勝， 等. 3D打印技術(shù)在復(fù)雜脛骨平臺(tái)骨折治療中的應(yīng)用. 中國(guó)骨與關(guān)節(jié)損傷雜志， 2015， 30（12）：1321-1322.

[15] 王欣文， 張堃， 朱養(yǎng)均， 等. 3D打印技術(shù)在復(fù)雜脛骨平臺(tái)骨折治療中的臨床應(yīng)用. 實(shí)用骨科雜志， 2015（10）：887-890.

[16] 云致碩， 黃家生. 跟骨骨折3D模型制作的探討. 醫(yī)療裝備， 2015（6）：30-32.

[收稿日期：2017-01-16]