3D 打印組合式導板技術輔助內(nèi)踝骨折復位及空心釘置入的初步療效觀察

鄧楊 周禮兵* 廖洪溢 張仕劍 方強 熊金寧 管勝宏

踝關節(jié)是人體負重最大的屈戌關節(jié)。踝關節(jié)部位的骨折均為關節(jié)內(nèi)骨折，如果關節(jié)面不平整，踝穴增寬亦或是變窄，都會引起負重時疼痛、關節(jié)不穩(wěn)定及運動受限，發(fā)生創(chuàng)傷性關節(jié)炎的可能性大大增加。因此對踝關節(jié)損傷的治療，必須要求相對嚴格。不論采用哪種治療方法，都應該盡量以使骨折解剖對位，損傷韌帶良好愈合為原則[1]。其中內(nèi)踝骨折是相對容易處理的踝關節(jié)骨折，對于沒有移位的內(nèi)踝骨折但踝關節(jié)功能要求較高者或有移位的內(nèi)踝骨折者應盡早行切開復位內(nèi)固定治療[2]。

近年來，3D 打印導板技術的興起，實現(xiàn)了個性化、精準化的手術治療。術中借助導板置釘，能簡化手術操作，實現(xiàn)內(nèi)踝空心螺釘快速、精準置入，同時縮短手術時間及放射線暴露。鑒于此，本研究采用3D 打印組合式導板技術治療涉及內(nèi)踝骨折患者23 例，并進行回顧性分析，通過臨床及影像學資料評估該技術的療效，目的在于探討及評估借助3D 打印組合式置釘導板完成內(nèi)踝骨折空心螺釘置入術的臨床優(yōu)勢及應用價值，探索微創(chuàng)經(jīng)皮置釘導板的可行性。

1 資料與方法

1.1 一般資料

2017 年6 月至2018 年4 月本院收治的踝關節(jié)骨折患者按上述納入及排除標準，共23 例納入本研究，男12 例，女11 例，年齡23 ～85 歲，平均52.6 歲。根據(jù)踝關節(jié)骨折Lauge-Hansen 分類，旋后外旋型17 例，旋后內(nèi)收型1 例，旋前外旋型5 例。

1.2 術前準備

術前常規(guī)行患處“CT 平掃+三維重建”，將平掃數(shù)據(jù)導入Mimics 軟件，分別從冠狀位、水平位、矢狀位觀察骨折形態(tài)，以此作為分型依據(jù); 再生成可任意方向觀察的三維圖像，用于術前討論、模擬內(nèi)置物植入及醫(yī)患溝通。然后將數(shù)據(jù)導入軟件生成3D打印文件并交付本院數(shù)字醫(yī)療工作室3D打印機打印骨骼病損模型，同時在軟件中完成骨折模擬復位及導板設計，將導板打印文件交付3D 打印機打印成形以備術中使用。導板打印材料為光固化樹脂，可用低溫等離子消毒滅菌。

1.3 3D 導板制作

在軟件中模擬骨折復位完畢后分別于骨折線遠端及近端設計導板:骨折線遠端導板為接觸內(nèi)踝前丘前結(jié)節(jié)、后丘后結(jié)節(jié)及結(jié)節(jié)間溝的較小面積的不規(guī)則面及其上突出的2個標準置釘導孔并附加1 個復位標志空心桿；骨折線近端導板為1/2-2/3 環(huán)抱脛骨下端至足跟皮膚表面且寬度為5 ～8 cm 的面狀物及固定針孔并附加1 個復位標志空心桿。臨床應用發(fā)現(xiàn)，由于CT 掃描時間與手術時間一般間隔數(shù)天，期間患肢腫脹會小幅度自然消退，影響近端導板的放置準確性，但一般情況下患肢內(nèi)踝及其上方腫脹程度較小，故變化幅度小，且可以于術前24 h 行CT 檢查，從CT 數(shù)據(jù)處理、導板設計、打印成形及消毒滅菌完成不超過24 h，基本消除此類誤差。

術前再用打印出的病損處實物模型與患者進行術前談話溝通，并將準備的導板及內(nèi)置物在模型上進行預操作。

1.4 手術方法

整個完成過程，顯露的術野范圍較常規(guī)手術方法小，無需反復X 線光機透視驗證，可在手術中導針置入后及手術完成后各透視驗證1 次，節(jié)約了手術時間。

后期預設計完全經(jīng)皮微創(chuàng)置釘導板，可使創(chuàng)傷更小。

圖1 近端導板放置

圖2 遠端導板放置

圖3 復位標志空心桿對接及固定桿插入

1.5 術后處理

根據(jù)骨折嚴重程度及整個手術時間預防性使用抗生素24 ～48 h 防止手術切口及深部感染，原則上不超過72 h。鼓勵患者早期進行踝關節(jié)主動功能鍛煉或CPM 機下被動功能鍛煉。術后1 周內(nèi)復查X 線片或CT 掃描檢查評估置釘及復位情況。

1.6 評價指標

定期門診及電話隨訪患者影像學檢查及關節(jié)功能情況。采用Burwell-Charnley 標準[3]對內(nèi)踝骨折復位質(zhì)量及置釘位置進行評價。解剖復位: 無內(nèi)、外踝向內(nèi)側(cè)或外側(cè)移位;無成角移位; 內(nèi)外踝縱向移位小于1 mm; 大后側(cè)碎片向近側(cè)移位小于2 mm; 無距骨移位。復位可: 無內(nèi)、外踝向內(nèi)側(cè)或外側(cè)移位; 無成角移位; 踝向后移位2 ～5 mm; 大后側(cè)碎片向近側(cè)移位2 ～5 mm; 無距骨移位。復位差: 任何內(nèi)、外踝向內(nèi)側(cè)或外側(cè)移位; 外踝向后移位大于5 mm 或后踝移位大于5 mm; 距骨移位。

術后踝關節(jié)功能評價標準參照Kofoed 評分標準[4]，評價內(nèi)容包括踝關節(jié)疼痛、功能、活動度，總分100 分。優(yōu):85 ～100 分; 良: 75 ～84 分; 及格: 70 ～74 分; 差: 低于70 分。

采用視覺模擬評分（visual analogue scale，VAS）評價患者術前、術后1 周及術后6 個月時踝關節(jié)疼痛情況，評價標準為: 無痛0 分; 輕度疼痛1 ～3 分; 中度疼痛4 ～6 分;重度疼痛7 ～10 分[5]。

2 結(jié)果

2.1 一般情況

本組患者通過3D 打印組合式導板技術共置入內(nèi)踝空心螺釘46 枚。每位患者內(nèi)踝2 枚空心螺釘置入時間7 ～15 min，平均10.7 min。每位患者術中針對內(nèi)踝空心螺釘透視1 次。本組病例術中置釘過程中，均未出現(xiàn)導板滑動情況。所有患者內(nèi)踝復位固定過程順利，術中、術后均未出現(xiàn)螺釘移位、松動、穿出關節(jié)面等情況。

2.2 術后疼痛及功能改善情況

結(jié)合ERAS 理念，采用多模式鎮(zhèn)痛，本組患者術前踝關節(jié)VAS 疼痛評分平均7.4 分，術后1 周VAS 評分平均4.2分，術后6 個月平均1.3 分; 術后6 個月踝關節(jié)疼痛程度由術前及術后1 周的中重度疼痛明顯減輕為輕度疼痛。

根據(jù)Kofoed 評分標準評價患者術后踝關節(jié)功能，優(yōu)15例，良7 例，及格1 例，優(yōu)良率為95.6%。

2.3 骨折愈合評估

所有內(nèi)踝骨折均獲得一期愈合，愈合時間為4 ～7 個月，平均5.8 個月。所有患者均隨訪6 ～12 個月，平均9.7個月。術后隨訪過程未發(fā)現(xiàn)空心螺釘松動、斷裂等內(nèi)固定失效情況，未出現(xiàn)內(nèi)踝骨折復位丟失、再移位等復位失敗情況。

根據(jù)Burwell-Charnley 標準評價內(nèi)踝骨折復位情況，優(yōu)21 例，良2 例，優(yōu)良率為100%。

典型病例: 患者，男，18 歲。2018 年6 月19 日因“外傷后左踝關節(jié)疼痛并活動受限1 h”入院，入院診斷: 左內(nèi)踝骨折（見圖5A、圖5B），6 d 后在腰硬聯(lián)合麻醉下行左內(nèi)踝骨折切開復位內(nèi)固定手術，術中透視骨折復位滿意（見圖6）。

圖6 術中透視

3 討論

內(nèi)踝骨折手術的常規(guī)操作為切開并顯露內(nèi)踝骨折部位，從內(nèi)踝前后方夾持復位固定，憑經(jīng)驗打入2 枚空心釘導針，C 形臂X 光機下透視以驗證骨折復位情況及導針位置，如復位不良或?qū)п樜恢貌患褎t需重復以上步驟，手術經(jīng)驗少者重復次數(shù)越多，隨之手術時間更長，放射線暴露更多，直至透視見骨折復位及導針位置均滿意后再沿導針擰入空心釘。

該3D 打印組合式內(nèi)踝空心釘置釘導板的研制，適應了骨科手術微創(chuàng)化、精準化、個性化的發(fā)展趨勢，經(jīng)過臨床實際運用及研究，該導板能適當縮短手術時間，減少術中放射線暴露的風險，縮短低年資醫(yī)師對該類手術的學習曲線，比較標準地完成該類手術，從而降低了該類患者的手術風險，提高了該類患者的治愈率及滿意度。通過其他部位骨折的類似導板的研究，可推動3D 打印技術在骨科臨床的應用，使其應用范圍更深、更廣。

該導板設計簡易，探索了貼皮導板與貼骨導板相結(jié)合的可能性，運用時需與患處精準匹配，這就需要手術醫(yī)生參與整個設計過程、理解設計理念并熟悉導板的組成及標準安放位置。其中，近端導板放置時可手動調(diào)整踝關節(jié)位置以匹配，遠端導板放置時需充分顯露內(nèi)踝前丘前結(jié)節(jié)及后丘后結(jié)節(jié)。對于年輕醫(yī)生，更利于他們精準的內(nèi)固定操作，縮短其學習曲線，提高手術的精準性，可能減少無效置釘，從而減少透視次數(shù)，縮短手術時間，減少術中出血。要達到以上目的，需要手術醫(yī)生對患處特別是與導板接觸的位點進行充分顯露，嚴格按照術前設計安放導板。早期運用不熟練的情況下需術中透視驗證而不可完全依賴導板。

該導板運用了骨科手術微創(chuàng)化、精準化、個性化的原理及理念，與3D 打印技術相結(jié)合，將3D 打印技術在骨科臨床應用的模型打印與導板設計相結(jié)合，在常規(guī)手術條件下進行應用，以國際、國內(nèi)多項影像及功能量表為評價標準，經(jīng)過初期臨床應用，取得了較滿意的臨床效果。重點研究了導板與術野內(nèi)踝骨面接觸位點及面積，如何輔助骨折復位，術中如何確認骨折已解剖復位，導板的穩(wěn)定性，如何不因術者的主觀因素導致置釘位置偏差，導板能否應用現(xiàn)有消毒滅菌技術處理而不發(fā)生形變，導板的微型化等多項關鍵技術，為今后類似工作的開展積累了經(jīng)驗，同時探索了導板技術在輔助標準置入內(nèi)置物的同時能否輔助骨折復位的可能性，適應了骨科手術治療的新需求。