3D 打印數(shù)字化術(shù)前規(guī)劃在Dupuytren 骨折中的臨床應(yīng)用

謝卯 劉松相 熊磊 葉哲偉 劉國輝 劉小云 黃瑋*

Dupuytren 骨折是特殊類型的踝關(guān)節(jié)骨折，屬于旋前-外旋-外展復(fù)合損傷中的特殊類型，臨床以內(nèi)踝骨折或三角韌帶斷裂、腓骨中1/3 以下骨折、下脛腓韌帶聯(lián)合損傷、合并或不合并有后踝骨折為主要表現(xiàn)[1]。早期有效的手術(shù)治療能有效恢復(fù)踝關(guān)節(jié)功能，獲得良好的預(yù)后。對(duì)于Dupuytren 骨折目前主要的治療方式有脛腓骨接骨板固定、下脛腓螺釘固定、Tight-rope 彈性固定等，不恰當(dāng)?shù)墓潭▌t具有較高的復(fù)位丟失率[2]。為避免復(fù)位和固定的丟失和失敗，精準(zhǔn)復(fù)位固定，合適的接骨板、下脛腓螺釘?shù)葍?nèi)固定的選擇和固定位置、方式至關(guān)重要[3]。Dupuytren 骨折受傷機(jī)制較為復(fù)雜，踝關(guān)節(jié)的空間解剖結(jié)構(gòu)復(fù)雜，同時(shí)在不同個(gè)體間存在差異[4]，對(duì)于外科醫(yī)師的技術(shù)提出了更高的挑戰(zhàn)。隨著3D 打印數(shù)字骨科技術(shù)的發(fā)展[5]，3D 打印模型用于踝關(guān)節(jié)骨折，已經(jīng)取得了一定的應(yīng)用[6]，但是通過3D 打印技術(shù)術(shù)前計(jì)算機(jī)規(guī)劃設(shè)計(jì)內(nèi)固定的選擇，內(nèi)固定的方式和位置，同時(shí)進(jìn)行術(shù)前模擬手術(shù)操作和復(fù)位的報(bào)道不多。因此，為了更好對(duì)Dupuytren骨折進(jìn)行有效的內(nèi)固定選擇和精準(zhǔn)復(fù)位固定，減少失敗率，降低手術(shù)難度，筆者采用3D 打印技術(shù)結(jié)合術(shù)前設(shè)計(jì)輔助治療Dupuytren 骨折。本文旨在探討3D 打印個(gè)體化術(shù)前信息規(guī)劃及模型在Dupuytren 骨折治療中的應(yīng)用效果。

1 資料與方法

1.1 一般資料

回顧性分析比較分析2015 年1 月至2017 年12 月30 例Dupuytren 骨折患者的臨床資料。納入標(biāo)準(zhǔn):年齡＞18 歲的患者;X 線、CT 診斷為Dupuytren 骨折患者。排除標(biāo)準(zhǔn): 合并其他嚴(yán)重疾病不能耐受手術(shù)患者。根據(jù)治療方式進(jìn)行分組，其中15 例對(duì)照組，男8 例，女7 例，平均年齡37歲（18 ～65 歲）; 依據(jù)Dupuytren 骨折分型: Ⅰ型2 例，Ⅱ型9 例，Ⅲ型4 例。15 例患者使用3D 打印模型及術(shù)前規(guī)劃輔助治療，男9 例，女6 例，平均年齡40 歲（20 ～68 歲）;依據(jù)Dupuytren 骨折分型:Ⅰ型1 例，Ⅱ型11 例，Ⅲ型3 例。

1.2 術(shù)前規(guī)劃和3D 模型打印

術(shù)前CT 掃描脛腓骨，數(shù)據(jù)以DICOM 格式保存，導(dǎo)入Mimics 19.0 三維重建軟件處理，在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行三維重建，了解骨折三維空間分布情況，同時(shí)進(jìn)行術(shù)前模擬復(fù)位。在骨折模擬復(fù)位后，電腦上在脛腓骨尋找設(shè)計(jì)最佳位置模擬置入相應(yīng)鋼板螺釘，并測量螺釘長度（見圖1）。

將患者脛腓骨薄層CT 掃描數(shù)據(jù)經(jīng)Mimics 19.0 軟件（Materialise 公司，比利時(shí)）處理后，再以.STL 格式輸入到3D 打印機(jī)打印脛腓骨模型（見圖1H），打印材料為骨科專用PLA 耗材。

圖1 A.急診X 線示Dupuytren 骨折患者;B-F.急診行清創(chuàng)后外固定架固定;G.在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行三維重建，了解骨折三維空間分布情況，同時(shí)進(jìn)行術(shù)前模擬復(fù)位，在骨折模擬復(fù)位后，電腦上在脛腓骨尋找設(shè)計(jì)最佳位置模擬置入相應(yīng)鋼板螺釘，并測量螺釘長度;H.脛腓骨3D 打印模型

1.3 手術(shù)過程

對(duì)于開放性骨折患者，一期急診行清創(chuàng)，外固定架術(shù)進(jìn)行治療。二期行內(nèi)固定+外固定4 周治療（見圖1、圖2），患者取仰臥位，位于可透視手術(shù)床，滿意全麻后，常規(guī)手術(shù)野消毒鋪巾。選擇外踝后外側(cè)切口，首先治療腓骨骨折，術(shù)中分離腓淺神經(jīng)，充分暴露腓骨（見圖2），在3D 打印模型的參照下，按照術(shù)前電腦模擬復(fù)位方式對(duì)腓骨進(jìn)行滿意復(fù)位后，再使用術(shù)前電腦模擬測量的接骨板螺釘固定。之后取踝內(nèi)側(cè)弧形切口，仔細(xì)探查清理踝穴內(nèi)側(cè)結(jié)構(gòu)、嵌入的碎骨片及軟組織。內(nèi)踝骨折采用4.0 mm 部分螺紋的松質(zhì)骨螺釘固定。然后在脛距關(guān)節(jié)上方大約依據(jù)術(shù)前電腦規(guī)劃處使用1 枚3.5 mm 的全螺紋皮質(zhì)骨螺釘，在踝關(guān)節(jié)完全背伸位時(shí)進(jìn)行下脛腓聯(lián)合的固定，擰入的螺釘須從腓骨的后側(cè)面向脛骨的前內(nèi)側(cè)面旋入，與冠狀面成30°角固定下脛腓關(guān)節(jié)。一般穿透脛骨一側(cè)皮質(zhì)即可，亦可穿透對(duì)側(cè)皮質(zhì)。在透視確定鋼板螺釘位置滿意后，沖洗傷口，消毒縫合皮膚。

1.4 評(píng)價(jià)指標(biāo)

術(shù)中記錄患者手術(shù)時(shí)間、失血量，術(shù)中術(shù)后放射評(píng)估骨折復(fù)位，術(shù)后隨訪骨折愈合、并發(fā)癥（血管神經(jīng)損傷、傷口感染、骨折不愈合）。采用AOFAS 足踝功能評(píng)分評(píng)價(jià)術(shù)后踝關(guān)節(jié)功能: 優(yōu): 90 ～100 分; 良: 75 ～89 分; 可: 50 ～74分; 差: 50 分以下。

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

采用SPSS 19.0 統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。所有計(jì)量資料均用均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示，比較采用 檢驗(yàn)，＜0.05 為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

所有患者都獲得了至少24 個(gè)月的隨訪，3D 打印組手術(shù)時(shí)間（73±3.155） min、失血量（105.3±6.681）mL 明顯少于傳統(tǒng)組（104±2.024）min、出血量（156.7±11.24）mL，＜0.05（見圖3）。對(duì)照組下脛腓復(fù)位丟失率高于3D 打印組。兩組復(fù)位質(zhì)量、骨折愈合時(shí)間無明顯差異?；颊攉@得AOFAS 足踝功能評(píng)分無明顯差異:3D 打印組優(yōu)2 例，良13例，可0 例; 對(duì)照組優(yōu)2 例，良12 例，可1 例。良好的踝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)功能見圖4，詳細(xì)結(jié)果見表1。

圖3 A.3D 打印組手術(shù)時(shí)間明顯少于對(duì)照組＜0.05;B.3D 打印組失血量明顯少于對(duì)照組＜0.05

圖4 A.術(shù)后半年患者獲得了良好得踝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)功能;B.術(shù)后半年X 線示骨折完全愈合，鋼板螺釘位置良好

表1 患者的一般資料比較

3 討論

應(yīng)用個(gè)性化3D 打印及計(jì)算機(jī)輔助術(shù)前設(shè)計(jì)技術(shù)治療Dupuytren 骨折，具有以下優(yōu)點(diǎn):術(shù)前進(jìn)行3D 模型打印，方便術(shù)前模擬操練，能更直觀分辨骨折塊的空間位置，模擬骨折復(fù)位，本典型病例中的后踝（walkman 骨塊）進(jìn)行3D打印后才得以良好的認(rèn)知，采取無特殊固定的策略;術(shù)前應(yīng)用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)進(jìn)行模擬復(fù)位后再選擇內(nèi)固定材料，可以提供更加準(zhǔn)確的信息，如接骨板的長短、下脛腓螺釘于腓骨接骨板的孔位設(shè)置及其合適方向、內(nèi)踝螺釘長度選擇，本例中腓骨多節(jié)段骨折，合適的接骨板長度及孔位的提前預(yù)知，可以大大節(jié)省術(shù)中操作時(shí)間;對(duì)于所有骨折塊的內(nèi)固定與否選擇可以更加具有整體化觀念，本例中術(shù)者就只選擇固定內(nèi)外踝和下脛腓聯(lián)合，而不是所有骨塊。本研究中傳統(tǒng)手術(shù)組和3D 打印組的臨床結(jié)果相似，但是3D 打印組在降低手術(shù)難度、縮短手術(shù)時(shí)間、減少出血量、改善臨床預(yù)后等方面具有一定優(yōu)勢。

Dupuytren 骨折是法國外科醫(yī)生Dupuytren 于1819 年首先描述[7]，踝關(guān)節(jié)特殊骨折中旋前-外旋-外展損傷，復(fù)合外力作用所致，受傷機(jī)制復(fù)雜[8]。同時(shí)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)。內(nèi)踝或三角韌帶、下脛腓聯(lián)合和外踝（腓骨）在維持踝關(guān)節(jié)的穩(wěn)定性上具有至關(guān)重要的作用，根據(jù)Neer 穩(wěn)定環(huán)原則[5]，三者中固定其中兩處即可以得到一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的踝關(guān)節(jié)，是獲得踝關(guān)節(jié)功能恢復(fù)的基礎(chǔ)條件。其中，下脛腓聯(lián)合損傷也會(huì)給治療帶來一定程度的困難，主要的標(biāo)準(zhǔn)固定方式為下脛腓螺釘，螺釘?shù)乃蓜?dòng)、斷裂、早期螺釘取出后的復(fù)位丟失問題也越來越受關(guān)注，但目前尚缺乏下脛腓聯(lián)合固定的循證醫(yī)學(xué)證據(jù)[3,9-11]，臨床上可予以固定; 這樣，外踝（腓骨）骨折塊和內(nèi)踝骨折塊的內(nèi)固定的復(fù)位的位置及精準(zhǔn)方向就具有真正意義上的重要作用[12-16]。面對(duì)不同的個(gè)體，臨床標(biāo)準(zhǔn)化的器械和方案治療之下，如何進(jìn)行內(nèi)固定的選擇，如何精準(zhǔn)放置接骨板、下脛腓螺釘成了目前臨床挑戰(zhàn)。既往也有學(xué)者采用3D 打印或重建軟件用于術(shù)前計(jì)劃，但是既往的術(shù)前規(guī)劃主要是用于角度的測量[17]。在本項(xiàng)研究中，3D 打印組的15 例患者采用計(jì)算機(jī)數(shù)字化軟件設(shè)計(jì)對(duì)骨折進(jìn)行重建復(fù)位，在精準(zhǔn)模擬復(fù)位后，可以在三維圖像空間中尋找內(nèi)固定的個(gè)體化最佳位置，模擬置入虛擬外踝（腓骨）接骨板、下脛腓螺釘、內(nèi)踝螺釘，并術(shù)前測量出螺釘?shù)淖罴盐恢?、角度和長度，同時(shí)可以在3D 打印仿真模型上進(jìn)行術(shù)前操作。本研究中3D 打印組與對(duì)照組比較，在骨折愈合時(shí)間、整體踝關(guān)節(jié)功能方面沒有明顯差異，分析原因可能是因?yàn)槿坎±膬?nèi)外踝均得到了有效固定，滿足Neer 環(huán)原則，術(shù)后的踝關(guān)節(jié)基本是穩(wěn)定的，故而踝關(guān)節(jié)功能差異不明顯，但是3D 打印組術(shù)前的手術(shù)規(guī)劃，提前的模擬、個(gè)性化的最佳方案以及提供了良好的三維空間認(rèn)知使得3D打印組較對(duì)照組明顯縮短了手術(shù)時(shí)間，減少了失血量，分析原因是在對(duì)照組病例中，多數(shù)病例手術(shù)時(shí)間超過下肢止血帶使用時(shí)間（90 min），導(dǎo)致失血稍多于3D 打印組。在對(duì)照組有3 例患者出現(xiàn)了復(fù)位丟失，其中2 例由于螺釘松動(dòng)，1 例出現(xiàn)下脛腓螺釘斷裂，而在3D 打印組有更加優(yōu)化的接骨板螺釘設(shè)計(jì)方案，術(shù)前提前電腦熟悉模擬手術(shù)過程，術(shù)中可以通過3D 打印模型作為參照、比對(duì)，輔助鋼板螺釘植入的準(zhǔn)確性，減少了內(nèi)固定的失敗率。因此，3D 打印數(shù)字化術(shù)前規(guī)劃有助于輔助治療Dupuytren 骨折。

總之，3D 打印個(gè)體化技術(shù)應(yīng)用于Dupuytren 骨折提供了一個(gè)個(gè)性化精準(zhǔn)復(fù)位固定方式，提高療效，縮短手術(shù)時(shí)間，減少了內(nèi)固定的失敗率，將復(fù)雜的手術(shù)簡單化。