3D打印模型在高能量關(guān)節(jié)內(nèi)骨折手術(shù)中的應(yīng)用

李昌杰 毛文晶 周重剛 余學(xué)文 呂隋本

江西省九江市中醫(yī)醫(yī)院骨傷二科，江西九江 332000

高能量關(guān)節(jié)內(nèi)骨折屬較嚴(yán)重的骨折外傷疾病，對(duì)患者關(guān)節(jié)功能產(chǎn)生嚴(yán)重影響，如何最大程度復(fù)原關(guān)節(jié)功能是臨床骨科治療該癥的難點(diǎn)。傳統(tǒng)切開復(fù)位異形鋼板內(nèi)固定術(shù)多通過X線、二維CT 對(duì)患者骨折進(jìn)行觀察，難以對(duì)骨折情況做出精準(zhǔn)判斷，手術(shù)規(guī)劃可能存在較大偏差，致使手術(shù)暴露時(shí)間延長(zhǎng)，增加術(shù)后感染，關(guān)節(jié)功能恢復(fù)不佳等并發(fā)癥發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)[1-2]。近年來，3D打印技術(shù)逐漸應(yīng)用于骨折患者治療，該技術(shù)在術(shù)前將患者骨折解剖結(jié)構(gòu)按照1∶1 的比例打印出來，有助于醫(yī)者對(duì)骨折的細(xì)了解，而制定最佳手術(shù)方案，提高患者骨折復(fù)位程度[3-4]?；诖耍狙芯坎捎?D打印模型輔助治療高能量關(guān)節(jié)內(nèi)骨折手術(shù)患者，旨在觀察其臨床應(yīng)用效果，現(xiàn)報(bào)道如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選取2017年12月～2018年12月我院診療的40例高能量關(guān)節(jié)內(nèi)骨折患者為研究對(duì)象，按入院床位的奇、偶數(shù)分為對(duì)照組（n=20）與觀察組（n=20）。對(duì)照組中，男12例，女8例；年齡21～59歲，平均（39.56±6.94）歲；骨折部位：肘關(guān)節(jié)9例，膝關(guān)節(jié)6例，踝關(guān)節(jié)5例。觀察組中，男13例，女7例；年齡22～57歲，平均（39.16±6.83）歲；骨折部位：肘關(guān)節(jié)8例，膝關(guān)節(jié)7例，踝關(guān)節(jié)5例。兩組的性別、年齡、骨折部位等一般資料比較，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05），具有可比性。本研究經(jīng)我院醫(yī)學(xué)倫理委員會(huì)審核。納入標(biāo)準(zhǔn)：①經(jīng)X線、CT 檢查確診為肘關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)、踝關(guān)節(jié)粉碎性骨折；②凝血功能正常者；③生命體征平穩(wěn)者；④受傷至入院接受治療時(shí)間≤72 h；⑤所有患者對(duì)本研究知情簽署知情同意書。排除標(biāo)準(zhǔn)：①病理性骨折者；②開放性骨折者；③多發(fā)性骨折者；④合并糖尿病、高血壓等內(nèi)科基礎(chǔ)性疾病者；⑤表達(dá)障礙或精神疾病者。

1.2 方法

對(duì)照組給予常規(guī)切開復(fù)位異形鋼板內(nèi)固定術(shù)：采用連續(xù)硬外膜麻醉或氣管插管全麻干預(yù)，逐層切開肌腱、骨膜，顯露骨折部位，C型臂X線機(jī)透視下置入合適大小鋼板，采用克氏針、螺絲釘固定。術(shù)后封閉并抬高患肢。手術(shù)3 d后指導(dǎo)患者輕度關(guān)節(jié)活動(dòng)，傷口恢復(fù)后拆線并采用石膏外固定。觀察組通過3D打印模型設(shè)計(jì)手術(shù)方案。選擇飛利浦64 排128 層螺旋CT，天威CoLiDo 2.0 Plus 3D打印機(jī)及配套手術(shù)器械。觀察組雙源CT 成像檢查，根據(jù)患者骨折情況制成3D平面照片，通過3D打印機(jī)根據(jù)CT 所得數(shù)據(jù)打印出3D 1∶1 塑料模型。術(shù)前采用環(huán)氧乙烷對(duì)塑料模型消毒，選好內(nèi)固定材料，預(yù)彎塑形。手術(shù)操作：取患者仰臥位，墊高患肢，給予連續(xù)硬外膜麻醉或氣管插管全麻干預(yù)，根據(jù)塑料模型選擇切口，將塑料模型與關(guān)節(jié)骨折對(duì)照完成手術(shù)。

1.3 觀察指標(biāo)及評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

①記錄兩組的手術(shù)臨床指標(biāo)，包括手術(shù)時(shí)間及術(shù)中出血量。②術(shù)后隨訪12個(gè)月，分別于術(shù)后1、3、6 及12個(gè)月，觀察兩組的康復(fù)情況，包括患肢腫脹程度、患肢活動(dòng)時(shí)疼痛程度、負(fù)重情況，患肢腫脹程度評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，臨床分為：無腫脹，0級(jí)，記為0分；較正常皮膚腫脹，但皮紋尚存；Ⅰ級(jí)，記為1分；皮膚腫脹伴皮紋消失但無水皰出現(xiàn)；Ⅱ級(jí)，記為2分，出現(xiàn)張力性水皰；Ⅲ級(jí)，記為3分。通過視覺模擬評(píng)分法（VAS）[5]評(píng)估兩組的患肢活動(dòng)時(shí)疼痛程度，0分代表患肢無疼痛，1～3分代表輕度疼痛，4～6分代表中度疼痛，7～10分代表重度疼痛；調(diào)查兩組的負(fù)重情況，Ⅰ級(jí)：患者負(fù)重時(shí)占自身體重0%，患肢完全不能下地進(jìn)行負(fù)重活動(dòng)，記為0分；Ⅱ級(jí)：患者負(fù)重時(shí)占自身體重約25%，為患肢在雙拐輔助支撐下進(jìn)行部分負(fù)重活動(dòng)，記為1分；Ⅲ級(jí)：患者負(fù)重是占自身體重約50%，為患肢在單拐輔助支撐下進(jìn)行部分負(fù)重活動(dòng)，記為2分；Ⅳ級(jí)：患者負(fù)重時(shí)占自身體重約75%，為患肢需在手杖輔助支撐下進(jìn)行部分負(fù)重活動(dòng)，記為3分；Ⅴ級(jí)：患者負(fù)重時(shí)占自身體重100%，為患肢不需任何輔助支撐下完全負(fù)重活動(dòng)，記4分。③參照美國(guó)衛(wèi)生部（HHS）肘關(guān)節(jié)功能評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)[6]（0～80分，評(píng)分越高則肘關(guān)節(jié)功能越好）、Rasmussen 膝關(guān)節(jié)功能評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)[7]（0～30分，評(píng)分越高則提示膝關(guān)節(jié)功能越好）、美國(guó)矯形外科足踝協(xié)會(huì)（AOFAS）踝關(guān)節(jié)功能評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)[8]（0～100分，評(píng)分越高則提示踝關(guān)節(jié)功能越好）。對(duì)兩組的關(guān)節(jié)功能進(jìn)行評(píng)估。④記錄兩組的術(shù)后并發(fā)癥（切口愈合不佳、醫(yī)源性神經(jīng)損傷、骨折復(fù)位丟失、異位骨化、創(chuàng)傷性關(guān)節(jié)炎）發(fā)生情況。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

采用SPSS 24.0 統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，符合正態(tài)分布的計(jì)量資料以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差（±s）表示，采用t 檢驗(yàn)，不符合正態(tài)分布者轉(zhuǎn)換為正態(tài)分布后行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析；計(jì)數(shù)資料以率表示，采用χ2檢驗(yàn)，以P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 兩組手術(shù)指標(biāo)的比較

觀察組的手術(shù)時(shí)間短于對(duì)照組，術(shù)中出血量少于對(duì)照組，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）（表1）。

表1 兩組手術(shù)指標(biāo)的比較（±s）

表1 兩組手術(shù)指標(biāo)的比較（±s）

組別 手術(shù)時(shí)間（min） 術(shù)中出血量（ml）對(duì)照組（n=20）觀察組（n=20）t 值P 值80.62±11.26 51.49±9.83 12.694 0.000 131.53±15.81 101.64±12.96 9.520 0.000

2.2 兩組術(shù)后不同時(shí)間點(diǎn)康復(fù)情況的比較

隨時(shí)間推移，兩組的術(shù)后腫脹程度、VAS評(píng)分越來越低，負(fù)重情況評(píng)分越來越高；術(shù)后1、3、6 及12個(gè)月，觀察組的腫脹程度、VAS評(píng)分低于對(duì)照組，負(fù)重情況評(píng)分高于對(duì)照組，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）（表2）。

表2 兩組術(shù)后不同時(shí)間點(diǎn)康復(fù)情況的比較（分，±s）

表2 兩組術(shù)后不同時(shí)間點(diǎn)康復(fù)情況的比較（分，±s）

與本組術(shù)后1個(gè)月比較，aP＜0.05；與本組術(shù)后3個(gè)月比較，bP＜0.05；與本組術(shù)后6個(gè)月比較，cP＜0.05

組別 腫脹程度 VAS評(píng)分 負(fù)重情況對(duì)照組（n=20）術(shù)后1個(gè)月術(shù)后3個(gè)月術(shù)后6個(gè)月術(shù)后12個(gè)月觀察組（n=20）術(shù)后1個(gè)月術(shù)后3個(gè)月術(shù)后6個(gè)月術(shù)后12個(gè)月2.47±0.28 1.76±0.34a 1.16±0.27ab 0.31±0.11abc 5.26±1.72 3.67±1.54a 1.95±1.13ab 0.59±0.25abc 0.19±0.11 1.13±0.47a 1.87±0.58ab 2.75±0.43abc t 術(shù)后1個(gè)月組間值P 術(shù)后1個(gè)月組間值t 術(shù)后3個(gè)月組間值P 術(shù)后3個(gè)月組間值t 術(shù)后6個(gè)月組間值P 術(shù)后6個(gè)月組間值t 術(shù)后12個(gè)月組間值P 術(shù)后12個(gè)月組間值2.01±0.31 0.81±0.19a 0.52±0.13ab 0.15±0.02abc 4.925 0.000 10.908 0.000 9.551 0.000 6.400 0.000 4.13±1.42 2.62±1.08a 0.76±1.04ab 0.27±0.12abc 2.266 0.029 2.497 0.017 3.465 0.001 5.161 0.000 0.32±0.15 1.95±0.49a 2.49±0.62ab 3.26±0.35abc 3.126 0.003 5.401 0.000 3.266 0.002 3.307 0.002

2.3 兩組術(shù)后不同時(shí)間點(diǎn)關(guān)節(jié)功能的比較

隨時(shí)間推移，兩組的關(guān)節(jié)功能評(píng)分越來越高，術(shù)后1、3、6 及12個(gè)月，觀察組的關(guān)節(jié)功能評(píng)分高于對(duì)照組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）（表3）。

2.4 兩組并發(fā)癥總發(fā)生率的比較

對(duì)照組發(fā)生切口愈合不佳、醫(yī)源性神經(jīng)損傷各1例，未發(fā)生其他并發(fā)癥，并發(fā)癥總發(fā)生率為10.00%（2/20）；觀察組發(fā)生切口愈合不佳1例，未發(fā)生其他并發(fā)癥，并發(fā)癥總發(fā)生率為5.00%（1/20），兩組并發(fā)癥總發(fā)生率比較，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（χ2=0.000，P=0.548）。

表3 兩組術(shù)后不同時(shí)間點(diǎn)關(guān)節(jié)功能的比較（分，±s）

與本組術(shù)后1個(gè)月比較，aP＜0.05；與本組術(shù)后3個(gè)月比較，bP＜0.05；與本組術(shù)后6個(gè)月比較，cP＜0.05

組別 HHS評(píng)分 Rasmussen 評(píng)分 AOFAS評(píng)分對(duì)照組（n=20）術(shù)后1個(gè)月術(shù)后3個(gè)月術(shù)后6個(gè)月術(shù)后12個(gè)月觀察組（n=20）術(shù)后1個(gè)月術(shù)后3個(gè)月術(shù)后6個(gè)月術(shù)后12個(gè)月34.52±4.53 46.63±5.16a 61.24±3.97ab 66.84±3.27abc 7.69±1.47 19.64±2.46a 23.47±2.31ab 24.19±1.91abc 42.57±3.56 67.84±4.56a 75.85±3.73ab 80.26±4.59abc t 術(shù)后1個(gè)月組間值P 術(shù)后1個(gè)月組間值t 術(shù)后3個(gè)月組間值P 術(shù)后3個(gè)月組間值t 術(shù)后6個(gè)月組間值P 術(shù)后6個(gè)月組間值t 術(shù)后12個(gè)月組間值P 術(shù)后12個(gè)月組間值39.79±4.61 54.34±5.23a 68.72±4.25ab 71.52±3.16abc 2.375 0.031 3.056 0.008 3.752 0.002 2.992 0.009 9.63±1.51 23.34±2.57a 26.94±2.25ab 27.06±1.82abc 2.337 0.039 2.639 0.023 2.739 0.019 2.771 0.018 48.64±3.92 75.32±3.16a 81.53±3.61ab 86.97±4.37abc 2.563 0.034 3.015 0.017 2.447 0.040 2.368 0.045

3 討論

手術(shù)是臨床治療關(guān)節(jié)內(nèi)骨折的主要方式，其中切開復(fù)位異形鋼板內(nèi)固定術(shù)是臨床傳統(tǒng)治療關(guān)節(jié)粉碎性骨折的常用治療手段，該術(shù)式大都通過X線或二維CT 圖像制訂手術(shù)方案，但由于關(guān)節(jié)粉碎性骨折解剖結(jié)構(gòu)復(fù)雜，常規(guī)影像難以對(duì)其做出精準(zhǔn)判斷[9]。有研究認(rèn)為，通過對(duì)二維CT 圖像進(jìn)行三維重建可呈現(xiàn)骨折處立體結(jié)構(gòu)，并詳細(xì)了解骨折情況[10]。但CT三維重建所得若干截面的三維圖像不能從多方向、多角度進(jìn)行動(dòng)態(tài)觀察，難以滿足不同患者、不同術(shù)式的手術(shù)要求。

3D打印技術(shù)是一種快速成型技術(shù)，以三維數(shù)字模型為基礎(chǔ)，采用塑料及金屬粘合制造實(shí)物，該技術(shù)可將復(fù)雜的骨折解剖結(jié)構(gòu)模型按照1∶1 比例打印出來，清晰呈現(xiàn)患者骨折情況[11-12]。劉海棠等[13]研究表明，3D打印技術(shù)用于踝關(guān)節(jié)骨折患者可多方位多角度展示踝關(guān)節(jié)骨折形態(tài)，利于準(zhǔn)確觀察骨折部位，而提高臨床治療效果。本研究將3D打印技術(shù)用于高能量關(guān)節(jié)內(nèi)骨折患者，結(jié)果顯示，觀察組的手術(shù)時(shí)間更短，術(shù)中出血量更少（P＜0.05），提示該技術(shù)利于縮短手術(shù)時(shí)間，減少術(shù)中出血量。分析其原因在于，3D打印技術(shù)將患者骨折情況以1∶1 大小的模型呈現(xiàn)出來，術(shù)前通過計(jì)算機(jī)軟件模擬復(fù)位，預(yù)彎鋼板操作，有效縮短手術(shù)時(shí)間，提高內(nèi)固定安裝精準(zhǔn)度，而減少術(shù)中出血量[14-15]。本研究結(jié)果顯示，術(shù)后1、3、6 及12個(gè)月，觀察組組的腫脹程度、VAS評(píng)分低于對(duì)照組，負(fù)重情況更佳，關(guān)節(jié)功能評(píng)分更高（P＜0.05），提示3D打印技術(shù)用于高能量關(guān)節(jié)內(nèi)骨折患者利于促進(jìn)機(jī)體康復(fù)，提高關(guān)節(jié)功能恢復(fù)。究其原因在于，3D打印技術(shù)的應(yīng)用促使醫(yī)生能更加直觀了解患者骨骼變形情況及骨折部位解剖情況，便于制定最合理的治療方案，使術(shù)后關(guān)節(jié)能復(fù)位至理想程度。

綜上所述，3D打印模型輔助治療高能量關(guān)節(jié)內(nèi)骨折手術(shù)患者，可有效縮短患者手術(shù)時(shí)間，減少術(shù)中出血量，促進(jìn)關(guān)節(jié)功能恢復(fù)，使患者獲益。