3D打印個(gè)體化模型在復(fù)雜踝關(guān)節(jié)骨折治療中的應(yīng)用

李仁嵩 王娜

踝關(guān)節(jié)是人體重要的活動(dòng)和負(fù)重關(guān)節(jié)，復(fù)雜踝關(guān)節(jié)骨折為臨床較為常見(jiàn)的關(guān)節(jié)內(nèi)骨折，發(fā)病率約占全身骨折的4%～5%，可嚴(yán)重影響患肢功能[1-3]。治療不當(dāng)也易造成行走困難、關(guān)節(jié)畸形或殘疾等[4]。復(fù)雜踝關(guān)節(jié)骨折治療的原則是盡早在術(shù)中進(jìn)行精確復(fù)位和穩(wěn)定內(nèi)固定。因此，在沒(méi)有明顯手術(shù)禁忌證的情況下進(jìn)行微創(chuàng)入路手術(shù)治療意義重大[5-6]。但是，由于踝關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，手術(shù)不可預(yù)測(cè)風(fēng)險(xiǎn)較高，手術(shù)的精確性要求較高[7-8]。臨床上多以X線、CT等影像學(xué)資料進(jìn)行手術(shù)設(shè)計(jì)，存在術(shù)中操作風(fēng)險(xiǎn)大、無(wú)法進(jìn)行模擬操作等缺點(diǎn)[9-10]。3D打印技術(shù)是以三維CT模型為基礎(chǔ)，利用離散堆積技術(shù)進(jìn)行精加工，最后得到體模型，可在術(shù)前更精確地了解骨折的位置及移位情況，從而更好地制定手術(shù)計(jì)劃[11]。特別是隨著3D數(shù)字骨科技術(shù)的迅速發(fā)展，3D打印個(gè)體化模型可以完整呈現(xiàn)出踝關(guān)節(jié)骨折的三維形態(tài)和各骨折斷端的空間關(guān)系，有利于指導(dǎo)手術(shù)[12]。本文旨在探討3D打印個(gè)體化模型在復(fù)雜踝關(guān)節(jié)骨折治療中的應(yīng)用效果。

1 資料與方法

1.1 研究對(duì)象

選擇從2014年6月至2017年2月到我院就診的78例復(fù)雜踝關(guān)節(jié)骨折患者。納入標(biāo)準(zhǔn)：患者知情并同意；年齡≥18歲；術(shù)前影像學(xué)診斷為單側(cè)復(fù)雜踝關(guān)節(jié)骨折；術(shù)前血液動(dòng)力學(xué)趨于穩(wěn)定，生命體征平穩(wěn)，神志清晰；入院至手術(shù)時(shí)間≤3周。排除標(biāo)準(zhǔn)：患者存在其他的嚴(yán)重疾病，如血功能障礙、心臟病等基礎(chǔ)疾??；精神疾病患者；哺乳期或妊娠期的婦女。

所有患者隨機(jī)分為觀察組與對(duì)照組，各39例。兩組在性別、年齡、發(fā)病部位、AO分型、入院至手術(shù)時(shí)間、骨折原因方面均沒(méi)有明顯差異（P＞0.05）（表1）。

表1 兩組一般資料對(duì)比Table 1 Comparison of two sets of general data

1.2 手術(shù)方法

對(duì)照組采用常規(guī)X線和CT影像進(jìn)行手術(shù)設(shè)計(jì)，攝骨盆入口X線片、骨盆出口位X線片，將掃描數(shù)據(jù)傳送至工作站進(jìn)行圖像處理，選擇對(duì)手術(shù)有參考意義的層面進(jìn)行圖像攝取，全面評(píng)估骨折情況及周?chē)馄式Y(jié)構(gòu)關(guān)系，設(shè)計(jì)手術(shù)策略。

觀察組采用3D打印技術(shù)進(jìn)行手術(shù)設(shè)計(jì)，利用三維CT重建圖像進(jìn)行3D重建，激光快速自動(dòng)成型機(jī)制作1∶1的復(fù)雜踝關(guān)節(jié)骨折模型，模擬復(fù)雜踝關(guān)節(jié)骨折塊手術(shù)復(fù)位方式、旋轉(zhuǎn)角度、移動(dòng)距離等（圖1）。

圖1 3D打印復(fù)雜踝關(guān)節(jié)骨折模型Fig.1 3D printing model of complex ankle fracture

兩組患者均給予微創(chuàng)入路手術(shù)治療?；颊呷⊙雠P位，麻醉后消毒鋪單，恢復(fù)下肢力線、長(zhǎng)度及旋轉(zhuǎn)畸形。內(nèi)、外踝骨折選用踝關(guān)節(jié)內(nèi)、外側(cè)入路，顯露骨折端，對(duì)照組直接置入預(yù)塑形鋼板并加以臨時(shí)固定，觀察組運(yùn)用打印模型進(jìn)行模擬復(fù)位，并利用預(yù)彎鋼板將骨折復(fù)位并加以臨時(shí)固定。當(dāng)確定最佳的鋼板長(zhǎng)度及位置后，使用螺釘加固，期間注意避免血管和神經(jīng)的副損傷，術(shù)畢置引流管，關(guān)閉切口。

術(shù)后患者常規(guī)心電監(jiān)護(hù)，抗生素應(yīng)用2～3 d，低分子肝素應(yīng)用7～14 d，逐步完成肢體恢復(fù)鍛煉，

1.3 觀察指標(biāo)

詳細(xì)觀察并記錄兩組患者的切口長(zhǎng)度、手術(shù)時(shí)間、術(shù)后住院時(shí)間、骨折愈合時(shí)間等。記錄術(shù)后3個(gè)月的釘?shù)栏腥?、深靜脈血栓形成、切口感染等并發(fā)癥情況。

療效評(píng)價(jià)：顯效，關(guān)節(jié)解剖復(fù)位和功能無(wú)任何影響，切口愈合及關(guān)節(jié)對(duì)應(yīng)關(guān)系很好；有效：關(guān)節(jié)功能復(fù)位和功能輕微影響，切口愈合良好，關(guān)節(jié)對(duì)應(yīng)關(guān)系一般；無(wú)效：沒(méi)有達(dá)到以上標(biāo)準(zhǔn)或進(jìn)一步加重。總有效率=（顯效例數(shù)+有效例數(shù)）/總例數(shù)×100%。

1.4 統(tǒng)計(jì)方法

以SPSS 20.00軟件分析相關(guān)數(shù)據(jù)，計(jì)量資料以（x±s）表示，計(jì)數(shù)資料以“%”表示，分別采用 t檢驗(yàn)及卡方檢驗(yàn)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，P＜0.05認(rèn)為差異顯著。

2 結(jié)果

2.1 圍手術(shù)期指標(biāo)對(duì)比

全部患者均完成手術(shù)，無(wú)術(shù)中嚴(yán)重并發(fā)癥發(fā)生，兩組切口長(zhǎng)度、手術(shù)時(shí)間對(duì)比無(wú)明顯差異（P＞0.05），觀察組的術(shù)中出血量、術(shù)后住院時(shí)間、骨折愈合時(shí)間均明顯少于對(duì)照組（P＜0.05）（表 2）。

2.2 術(shù)后并發(fā)癥發(fā)生情況

觀察組術(shù)后3個(gè)月的釘?shù)栏腥尽⑶锌诟腥?、深靜脈血栓形成等并發(fā)癥的發(fā)生率是5.1%，而對(duì)照組則為 25.6%，觀察組明顯低于對(duì)照組（P＜0.05）（表 3）。

2.3 療效對(duì)比

觀察組與對(duì)照組術(shù)后3個(gè)月的治療總有效率分別為97.4%和74.4%，觀察組療效明顯優(yōu)于對(duì)照組（P＜0.05）（表 4）。

表2 兩組圍手術(shù)期指標(biāo)對(duì)比Table 2 Comparison of perioperative indices between the two groups

表3 兩組術(shù)后并發(fā)癥發(fā)生情況對(duì)比Table 3 Comparison of postoperative complications in the two groups

表4 兩組術(shù)后療效對(duì)比Table 4 Comparison of postoperative effects between the two groups

3 討論

人體運(yùn)動(dòng)時(shí)，踝關(guān)節(jié)經(jīng)常會(huì)因?yàn)樾笸庑?、旋后?nèi)收等造成骨折。近年來(lái)，復(fù)雜踝關(guān)節(jié)骨折的發(fā)生率明顯提高[13]。踝關(guān)節(jié)的解剖結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，如治療不當(dāng)易出現(xiàn)創(chuàng)傷性關(guān)節(jié)炎、活動(dòng)功能障礙、關(guān)節(jié)僵硬等術(shù)后并發(fā)癥，是骨科臨床工作的難點(diǎn)[14]。

3D打印技術(shù)是基于數(shù)字模型，利用可黏和材料，進(jìn)行逐層打印，進(jìn)而得到的多維物體模型[15]。在骨科領(lǐng)域，3D打印技術(shù)可制作出精度高達(dá)0.1 mm的1∶1模型，可直觀地顯示骨折端與周?chē)M織關(guān)系，且可進(jìn)行模擬手術(shù)，幫助擬定安全、可靠的手術(shù)操作路徑。3D打印技術(shù)相對(duì)常規(guī)影像學(xué)圖像，直觀性更強(qiáng)，從而有利于控制繼發(fā)性損傷[16]。本研究顯示，所有患者都完成手術(shù)，無(wú)術(shù)中嚴(yán)重并發(fā)癥發(fā)生，兩組切口長(zhǎng)度、手術(shù)時(shí)間對(duì)比無(wú)明顯差異（P＞0.05），觀察組的術(shù)中出血量、術(shù)后住院時(shí)間、骨折愈合時(shí)間明顯少于對(duì)照組（P＜0.05）。相關(guān)研究表明，3D打印技術(shù)有助于提高手術(shù)操作水平，規(guī)避誤傷重大血管、組織，減少術(shù)中探查操作，維持術(shù)中踝關(guān)節(jié)力學(xué)穩(wěn)定，減少出血；且盡可能地恢復(fù)正常的解剖結(jié)構(gòu)、力學(xué)穩(wěn)定，促進(jìn)骨折愈合[17]。

復(fù)雜踝關(guān)節(jié)骨折是骨科常見(jiàn)的一種損傷性疾病，致殘率比較高。因?yàn)?，踝關(guān)節(jié)骨折的損傷程度存在差異，且剖面的結(jié)構(gòu)極為復(fù)雜，極大增加了復(fù)位治療難度，對(duì)術(shù)后恢復(fù)也產(chǎn)生了很大影響。前側(cè)微創(chuàng)入路手術(shù)的作用是給予維持骨折復(fù)位和恢復(fù)踝關(guān)節(jié)解剖形態(tài)，不過(guò)傳統(tǒng)復(fù)雜踝關(guān)節(jié)骨折的手術(shù)復(fù)位內(nèi)固定手術(shù)是一種技術(shù)要求高、創(chuàng)傷大的治療手段[18]。采用3D模型打印技術(shù)有助于爭(zhēng)取足夠的治療時(shí)間，可有效降低繼發(fā)損傷風(fēng)險(xiǎn)，特別是可在模型上模擬骨折復(fù)位、預(yù)彎鋼板、選擇合適長(zhǎng)度的鋼板等，從而使復(fù)雜踝關(guān)節(jié)骨折獲得最佳復(fù)位，減少手術(shù)創(chuàng)傷[19]。本研究顯示，觀察組術(shù)后3個(gè)月的釘?shù)栏腥?、切口感染、深靜脈血栓形成等并發(fā)癥的發(fā)生率是5.1%，而對(duì)照組是25.6%，觀察組明顯低于對(duì)照組。本研究表明，3D打印個(gè)性化模型的應(yīng)用，能減少術(shù)后并發(fā)癥的發(fā)生。所以，3D模型打印技術(shù)能夠提升臨床治療水平，且對(duì)患者預(yù)后具有積極意義，還能為足踝部畸形矯正提供良好的術(shù)前設(shè)計(jì)及術(shù)中參考[20]。

傳統(tǒng)手術(shù)設(shè)計(jì)主要以X線片為依據(jù)，根據(jù)患者實(shí)際情況選擇恰當(dāng)?shù)氖中g(shù)方案。但是對(duì)于復(fù)雜踝關(guān)節(jié)骨折，依靠X線片難以作出詳細(xì)診斷，無(wú)法以任意角度、任意方向動(dòng)態(tài)觀察骨折情況[21]。本研究顯示，在術(shù)后總有效率上，觀察組達(dá)到了97.4%，而對(duì)照組僅為74.4%，觀察組明顯高于對(duì)照組（P＜0.05）。主要在于3D打印個(gè)體化模型能夠提供更加準(zhǔn)確設(shè)計(jì)切口位置，以及定位位置和距離，能清晰展示跖跗關(guān)節(jié)位置關(guān)系、移位程度以及骨折情況，從而改善手術(shù)設(shè)計(jì)，進(jìn)而提高手術(shù)效果[22-23]。

總之，3D打印個(gè)體化模型應(yīng)用于復(fù)雜踝關(guān)節(jié)骨折可為患者提供安全、有效、個(gè)性化的治療，提高療效，減少術(shù)后并發(fā)癥的發(fā)生，促進(jìn)患者康復(fù)。