3D打印技術(shù)在Ruedi-AllgowerⅡ、Ⅲ型Pilon骨折治療中的應用研究▲

羅春強 李鑒軼 林荔軍

(1 南方醫(yī)科大學南方醫(yī)院新塘醫(yī)院, 廣東省廣州市 511340；2 南方醫(yī)科大學基礎(chǔ)醫(yī)學院人體解剖學教研室，廣東省廣州市 510515；3 南方醫(yī)科大學珠江醫(yī)院骨科，廣東省廣州市 510282)

脛骨Pilon骨折是累及負重關(guān)節(jié)面與干骺端的脛骨遠端骨折,約占下肢骨折的1%，脛骨骨折的3%～10%[1]。其中的Ruedi-Allgower Ⅱ、Ⅲ型骨折為復雜Pilon骨折，表現(xiàn)為干骺端不同程度的壓縮性、粉碎性骨折，以及骨折高度不穩(wěn)定和關(guān)節(jié)軟骨的原發(fā)性損傷。手術(shù)需要廣泛暴露，創(chuàng)傷大、出血多、時間長，發(fā)生感染、組織壞死等并發(fā)癥的風險高、致殘率高[2]。3D打印技術(shù)可提供直觀立體的個體化模型，進行模擬手術(shù)等操作，在醫(yī)學領(lǐng)域的應用方興未艾。本研究擬將3D打印技術(shù)應用于復雜Pilon骨折的手術(shù)治療中，通過對骨折三維數(shù)字模型的虛擬復位、3D立體模型的模擬手術(shù)，實現(xiàn)個體化手術(shù)設(shè)計，并運用于臨床進行精準的手術(shù)治療。此外，與傳統(tǒng)手術(shù)進行比較，以評價3D打印在復雜Pilon骨折治療中的臨床應用效果?，F(xiàn)將結(jié)果報告如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料 納入標準：術(shù)前CT檢查，診斷符合Ruedi-Allgower分型Ⅱ、Ⅲ型；外傷史明確，骨折發(fā)生至手術(shù)時間≤3周。排除標準：患側(cè)踝關(guān)節(jié)既往疾患；合并患肢其他部位骨折或脫位；病理性骨折。根據(jù)納入、排除標準，選擇2017年7月至2019年3月在我院接受診治的Ruedi-Allgower Ⅱ、Ⅲ型Pilon骨折患者共21例，利用隨機數(shù)字表法分為3D打印組(11例)和傳統(tǒng)組(10例)。3D打印組男9例、女2例；年齡19～61(33.7±0.2)歲；Ruedi-Allgower Ⅱ型5例、Ⅲ型6例；致傷原因：高處跌落傷5例，交通傷6例。傳統(tǒng)組男7例、女3例；年齡23～57(34.6±8.9)歲；Ruedi-Allgower Ⅱ型4例、Ⅲ型6例；致傷原因：高處跌落傷3例，交通傷7例。兩組患者的一般資料比較，差異無統(tǒng)計學意義(均P>0.05)，具有可比性。

1.2 方法

1.2.1 傳統(tǒng)組 患者入院后行患側(cè)的跟骨結(jié)節(jié)骨牽引，開放性損傷者先行清創(chuàng)縫合后行骨牽引，待局部軟組織條件改善后行手術(shù)治療。

1.2.2 3D打印組 在MIMICS 13.0軟件中重建三維標本，進行數(shù)字化測量，行虛擬復位。使用MBot 3D打印機(Cube Dual型)打印出1 ∶1的Pilon骨折模型，進一步明確診斷與分型。對骨折立體模型進行解剖學測量，開展模擬手術(shù)，優(yōu)化手術(shù)方案，進行植入物模擬及預彎，測量復位的入路及骨折塊復位移動的距離和角度，獲取個性化的手術(shù)方案。對于復位困難的骨折，根據(jù)骨折塊的具體情況，嘗試不同復位方法。根據(jù)個性化手術(shù)方案，進行臨床手術(shù)。手術(shù)方法：選擇脛骨遠端前內(nèi)側(cè)入路、后內(nèi)側(cè)入路或后外側(cè)入路，聯(lián)合入路時須確保皮膚切口間足夠?qū)挼钠?。腓骨骨折復位及?nèi)固定，撬撥復位重建脛骨遠端關(guān)節(jié)面，植骨填充干骺端的骨缺損，擺放接骨板于合適位置后打入螺釘固定，透視確認骨折復位效果及內(nèi)固定合適位置。

1.3 觀察指標 記錄兩組手術(shù)時間、術(shù)中出血量、功能評分(AOFAS踝與后足主觀評分標準)、骨折愈合時間，以及組織壞死、感染等并發(fā)癥情況。關(guān)節(jié)面復位效果：術(shù)后在三維重建的基礎(chǔ)上測量關(guān)節(jié)面整復情況，參照邱衛(wèi)華等[3]評估關(guān)節(jié)面復位的方法，測量關(guān)節(jié)面復位后的最大階梯高度，認為最大階梯高度越小，復位效果越好。

1.4 統(tǒng)計學方法 采用SPSS 20.0統(tǒng)計學軟件進行數(shù)據(jù)分析，符合正態(tài)分布的計量資料用(x±s)表示，組間比較采用t檢驗。以P<0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結(jié) 果

2.1 手術(shù)時間、術(shù)中出血量等指標比較 3D打印組手術(shù)時間、術(shù)中出血量少于傳統(tǒng)組，復位后的關(guān)節(jié)面最大階梯高度低于傳統(tǒng)組，術(shù)后踝關(guān)節(jié)功能評分高于傳統(tǒng)組，差異均有統(tǒng)計學意義(均P<0.05)；兩組患者骨折愈合時間差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05)。見表1。兩組患者均無組織壞死及感染發(fā)生。

表1 兩組手術(shù)時間、術(shù)中出血量等指標的比較 (x±s)

2.2 典型病例 患者男性，41歲，因交通傷致左脛骨Pilon骨折，于2018年3月入院，屬Ruedi-Allgower Ⅲ型，采用3D打印輔助手術(shù)，開窗、間接撬撥復位、植骨，關(guān)節(jié)面復位效果良好。詳見圖1。

圖1 3D打印輔助手術(shù)的Pilon骨折治療效果(圖A～圖D：術(shù)前X光片及CT；圖E～圖H：術(shù)后X光片及CT)

3 討 論

3D打印技術(shù)起源于20世紀80年代，是根據(jù)離散、堆積原理，通過逐層累加，完成模型的快速制作[4]。其優(yōu)點是易于制造復雜的立體物件，且精確度高。近年來，3D打印技術(shù)因其在個體化假體定制、模擬手術(shù)等方面的優(yōu)點，在頜面外科、骨科等領(lǐng)域應用廣泛[5-8]。現(xiàn)有的3D打印技術(shù)較多，我們采用熔融沉積制造技術(shù)，打印材料為聚乳酸。打印出來的Pilon骨折立體模型，能夠清晰顯示骨折線走行位置、關(guān)節(jié)面壓縮及粉碎情況，可為臨床醫(yī)生提供立體直觀感受。同時，還能構(gòu)建復雜的三維解剖模型,更加便于與患者溝通[9]。

Pilon骨折是負重關(guān)節(jié)的關(guān)節(jié)內(nèi)骨折，處理不當將會導致創(chuàng)傷性關(guān)節(jié)炎、關(guān)節(jié)疼痛、功能障礙等。要想獲得滿意的效果，首先必須對骨折進行正確的評估[10]。CT掃描及三維重建可以清晰地顯示骨折線走行、骨塊的位置及大小，顯示關(guān)節(jié)面損傷情況，可以立體、直觀、多維度地顯示復雜的關(guān)節(jié)內(nèi)骨折, 從而提高診斷和分型的準確性[11]。魏世雋等[12]在Pilon骨折手術(shù)中，根據(jù)CT掃描的骨折線分布和骨塊移位情況，選擇相應的手術(shù)入路。但這些三維重建的圖像只能在CT工作站上顯示，醫(yī)生看到的仍是二維圖像，未獲得實體模型，因而無法直接觀察骨折形態(tài)，在一定程度上影響了手術(shù)的準確實施。

目前對于Ruedi-Allgower Ⅱ、Ⅲ型骨折首選手術(shù)治療[13]，可解剖復位、重建關(guān)節(jié)面，有效進行關(guān)節(jié)面與干骺端的連接固定[14]，而復位和固定脛骨下關(guān)節(jié)面需要良好的顯露，但為避免進一步損傷挫傷嚴重的軟組織，多采用開窗、撬撥復位的方法，極少直視下復位，而撬撥位置、方向、骨塊推行距離的選擇等主要根據(jù)個人的經(jīng)驗，需要較長的學習曲線。3D打印技術(shù)應用于Pilon骨折的治療，通過模擬手術(shù)，進行術(shù)前規(guī)劃，提前考量手術(shù)入路、內(nèi)固定類型、植骨量多少等問題，計算撬撥復位時骨塊移動的方向和距離，進行植入物模擬及預彎，從而使得手術(shù)操作更加精準、安全。本研究通過術(shù)后脛骨遠端關(guān)節(jié)面的最大階梯高度來評價關(guān)節(jié)面的復位效果，3D打印組平均為 2.57 mm，而傳統(tǒng)組為2.95 mm，3D打印組的復位效果更好。

綜上所述，3D打印技術(shù)在Pilon骨折的應用，可明顯縮短醫(yī)生的學習曲線，并能提升手術(shù)精準度。其不足之處是，3D打印設(shè)備、耗材的費用仍較昂貴，限制了在臨床的普及[15]。本研究中進行數(shù)字化測量、虛擬復位等操作，需要熟練掌握MIMICS等應用軟件的使用，也需要一定的學習曲線。