3D打印在骨科復雜Pilon骨折的臨床應用

陳仲育 陳新疆 陳永春

廈門市第五醫(yī)院骨一科，福建廈門 361101

Pilon 骨折是指脛骨遠端1/3 波及脛距關節(jié)面的骨折，脛骨遠端關節(jié)面嚴重粉碎，骨缺損及遠端松質骨壓縮。常合并有腓骨下段骨折（約75%～85%）和嚴重軟組織挫傷。Rockwood 等認為，Pilon 骨折應包括：（1）踝關節(jié)和脛骨遠端的干骺端骨折，通常伴有踝關節(jié)的關節(jié)面粉碎性骨折；（2）內踝骨折；（3）脛骨前緣骨折；（4）脛骨后面橫形骨折。Pilon骨折的發(fā)生率在脛骨骨折比例中占據(jù)6%～11%。Pilon 骨折如若手術中復位不當很可能會造成患者的關節(jié)軟骨變形、創(chuàng)傷性關節(jié)炎等，同時，術后常會出現(xiàn)感染以及皮膚軟組織壞死甚至截肢等并發(fā)癥。醫(yī)生在治療時，選取最佳的黃金治療時間，可以將手術中患者切口壞死49%幾率風險降低到9%以下。常規(guī)的術前治療檢查采用的是CT 三維重建、X線片、MRI 等，這些手術資料比較籠統(tǒng)，醫(yī)生沒有辦法實施較為細致的手術方案，導致術中不斷的更改手術方案，影響術后的治療效果，并且伴有一系列的并發(fā)癥出現(xiàn)。本研究通過選取2014 年5 月～2018年5 月的92 例患者，其中46 例利用3D 打印模型制定手術方案，模擬手術步驟，通過影像學方法CT采集數(shù)據(jù)，利用數(shù)字醫(yī)學技術設計三維立體圖形，設計個體化鋼板，并通過3D 打印技術打印模型，設計手術方案。術前根據(jù)骨折影像學資料及3D 可視模型，準確評估骨折移位的方向，關節(jié)面的塌陷部位，制定手術入路及內固定的方式，采用強力膠水粘合模擬骨折復位過程、手術步驟、提前預判鋼板長短及預彎塑形、螺釘分布及長短、放置位置及角度，預判是否需要植骨，制定個體化的手術方案。能夠有效的縮短手術時間以及術中透視時間，使整個手術在臨床中取得了良好的效果，現(xiàn)報道如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選取我院2014 年5 月～2018 年5 月所收治的92 例Pilon 骨折手術患者，隨機分組經倫理委員會通過以后，隨機分為觀察組和對照組。觀察組患者46 例，采用3D 打印內固定術，男22 例，女24 例，年齡26 ～56 歲，平均（38.4±5.8）歲，傷口原因：摔傷10 例，交通事故20 例，高處掉落16 例；對照組患者46 例，采用傳統(tǒng)切開復位鋼板內固定手術進行患者治療，男23 例，女23 例，年齡25 ～55 歲，平均（39.8±5.6）歲，傷口原因：摔傷11 例，交通事故15 例，高處掉落20 例。兩組一般資料比較，差異無統(tǒng)計學意義（P ＞0.05）。

納入標準：（1）患者年齡在19 歲以上，骨骼發(fā)育完全；（2）患者通過CT 三維重建以及X 線片的檢查，確診為Pilon 骨折的Ruedi-Allgower 分型中的Ⅲ～Ⅴ型。Ⅰ型：無移位骨折；Ⅱ型：骨折移位較小；Ⅲ型：關節(jié)面骨折伴有幾個大的骨折塊；Ⅳ型：關節(jié)面骨折伴有幾個骨折塊，同時還有一個較大的干骺端骨缺損；Ⅴ型：關節(jié)面嚴重移位及骨質嚴重粉碎。（3）患者出現(xiàn)骨折時間為1 ～2 周，進行過切開復位內固定治療。

1.2 方法

觀察組患者的踝關節(jié)通過CT 創(chuàng)建三維模型（西門子SIEMENS Biograph6 PETCT），經過Minics電腦軟件通訊數(shù)據(jù)以及醫(yī)學數(shù)字成像的處理[1-2]，按1 ∶1 運用激光燒結對Pilon 骨折模型進行3D打?。ū本﹨R天威科技有限公司，HORI Z600），打印器材選用3dsystems 公司的光敏樹脂。（1）手術前通過3D 建模和影像數(shù)據(jù)為骨折位移進行手術思路的制定以及治療方案的采取。（2）全麻或持續(xù)硬膜外麻醉，患者取仰臥位，大腿根部上止血帶，根據(jù)術前設計手術方案決定手術入路及步驟。通常先復位主骨塊，再復位脛骨前唇或后唇塌陷、壓縮的關節(jié)面，用異體骨或取自體髂骨植骨，按術前計劃用內外側解剖板、“T”型板及螺釘固定，見圖1 ～6。（3）術中C 型臂透視確認復位、固定滿意，逐層縫合，并放置負壓引流管，必要時VSD 負壓吸引，見圖7 ～8。

病例：許xx，男性， 30 歲，高處墜落傷，利用觀察組方法對其進行治療以及術后恢復情況，下圖所示。

圖1

圖2

圖3

圖4

圖5

圖6

圖7

圖8

對照組患者通過相關影像數(shù)據(jù)對骨折處進行復位，安置好鋼板以及內置物品，進行固定，術后為患者縫合傷口，留置引流管，必要時VSD 負壓吸引。

1.3 觀察指標

對兩組患者的手術時間、出血量、傷口愈合情況回訪，記錄患者是否出現(xiàn)并發(fā)癥以及骨折的愈合情況，同時對患者的治療效果、疼痛度以及復位情況做出評估[3]。（1）觀察X 線片踝關節(jié)的正側位脛骨遠端皮質，骨折處出現(xiàn)連續(xù)性骨痂通過，視為骨折愈合。（2）運用放射學Burwell、Chamley 對骨折復位進行評估，解剖復位：內外踝無側方、成角移位，縱向分離與嵌插＜1mm，后踝向近側移位＜2mm，無距骨移位；復位一般：內外踝無側方、成角移位，外踝前后方向移位2 ～5mm，后踝向近側移位2 ～5mm，無距骨移位；復位差：任何內外踝側方移位，外踝前后方向移位＞5mm，或后踝移位＞5mm，有距骨移位。（3）通過踝關節(jié)Mazur 功能性的評分[4]：優(yōu)：＞92 分，踝關節(jié)正常，無腫痛發(fā)生，不影響正常的生活，可自如行走；良：87 ～92分，踝關節(jié)有輕微腫痛，活動度為正常的75%；可：65 ～86 分，踝關節(jié)活動嚴重疼痛，活動度為正常的50%，不影響正常的行走，需服用止痛藥鎮(zhèn)痛治療；差：評分＜65 分，正常行走也會有疼痛，活動度僅為正常的50%，踝關節(jié)腫痛嚴重。

表2 兩組患者治療效果比較[n（%）]

1.4 統(tǒng)計學方法

采用SPSS18.0 軟件對兩組數(shù)據(jù)進行分析，計量資料以（）表示，采用t 檢驗，計數(shù)資料以[n（%）]表示，采用χ2檢驗，P ＜0.05 為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結果

2.1 兩組患者手術情況比較

通過兩組手術時間、出血量的數(shù)據(jù)比較，觀察組采用3D 打印術所用時間以及術中出血量都低于對照組，差異有統(tǒng)計學意義（P ＜0.05），見表1。

表1 兩組患者手術情況比較

表1 兩組患者手術情況比較

組別 n 手術時間（min） 出血量（mL）對照組 46 137.9±21.6 713.5±103.6觀察組 46 92.1±11.5 523.4±82.6 t 14.346 35.325 P 0.000 0.000

2.2 兩組患者治療效果比較

觀察組的治療效果（95.65%）明顯高于對照組（45.65%），差異有統(tǒng)計學意義（P ＜0.05），見表2。

2.3 兩組患者病發(fā)率情況比較

兩組患者術后出現(xiàn)傷口感染、愈合畸形以及愈合時間緩慢進行比較，對照組病發(fā)率為26.1%，觀察組病發(fā)率為19.6%，對照組稍高于觀察組患者的病發(fā)率，差異無統(tǒng)計學意義（P ＞0.05），見表3。

3 討論

社會的不斷前進帶動了我國建筑業(yè)以及交通的發(fā)展，因此，Pilon 骨折患者也隨之增加[5-7]。Pilon 骨折主要特征為：骨折處位移明顯、骨折粉碎、關節(jié)面受損較為嚴重，手術進行中，需要將患者的骨折處完全暴露，同時手術時間較長、傷口面積大、創(chuàng)傷性大、患者出血量大、關節(jié)皮膚周圍組織容易壞死并且被感染、術后踝關節(jié)僵硬、骨折愈合畸形、創(chuàng)傷性關節(jié)炎以及嚴重情況下直接導致患者出現(xiàn)休克狀態(tài)、截肢等并發(fā)癥。對患者的日常生活以及家庭帶來嚴重影響，使患者的患肢出現(xiàn)嚴重的功能性障礙[8-10]。

表3 兩組患者病發(fā)率情況比較[n（%）]

3D 打印技術的主要特征：善于制造復雜實體，同時擁有極高的精確度以及分層疊加[11-12]。在醫(yī)學領域中，相關人員利用3D 打印將人體結構的空間位置進行實體化顯示。本研究通過選取復雜Pilon 骨折患者進行實驗研究，觀察組患者采用3D打印技術進行治療，不僅減少了術中出血量以及手術所需時間，同時降低了并發(fā)癥的發(fā)生概率以及手術風險[13]。觀察組采用3D 打印術所用時間以及術中出血量都低于對照組（P ＜0.05）；觀察組的治療效果明顯高于對照組（P ＜0.05）；對照組病發(fā)率為26.1%，觀察組病發(fā)率為19.6%，對照組稍高于觀察組患者的病發(fā)率，差異無統(tǒng)計學意義（P ＞0.05）。導致兩組患者的復位情況、愈合率和優(yōu)良率無太大差異，主要原因為：（1）術前進行3D 模擬中沒有考慮其對軟組織所造成的影響，事實上脛骨遠端處被肌肉、肌腱、肌膜等軟組織所覆蓋，在放置鋼板時，可能會出現(xiàn)極小的偏差[14]。（2）3D 打印技術雖然能夠對人體結構進行建模，但是對于內部神經、肌腱和血管等重要組織無法顯示，因此，實際操作和制定的方案會有所偏差[15]。

綜上所述，應用3D 打印將患者Pilon 骨折打印成1 ∶1 仿真模型，可以還原骨折“原貌”，清晰顯示骨塊位置和尺寸，精確模擬螺釘、鋼板的植入過程，術前能確定鋼板的數(shù)量、位置、長度及螺釘數(shù)量、分布、植入角度，為手術策略的制定提前確定數(shù)據(jù)，同時還可以為術中植骨做出預判，縮短手術時間，簡化操作步驟，尤其對脛骨遠端關節(jié)面粉碎、塌陷缺損程度及軟骨面受損度提供立體資料。和傳統(tǒng)手術進行對比，3D 打印的精確度更為突出，治療效果顯著。3D 打印技術在醫(yī)學領域上還存在著一些局限性，因此需要相關人員進行改善與創(chuàng)新，隨著社會信息時代的不斷發(fā)展，我國在數(shù)字醫(yī)學、新材料以及影像學方面將會出現(xiàn)新的突破，對于3D打印技術在未來醫(yī)學臨床的應用值得期待。