3D打印結(jié)合微創(chuàng)鋼板內(nèi)固定術(shù)治療脛骨遠端骨折患者的療效及對堿性磷酸酶、腫瘤壞死因子α水平的影響▲

紀振中 張 奕 李 焱 艾 卓

(湖北省武漢市普仁醫(yī)院骨科，武漢市 430000，電子郵箱：fmy2345@163.com)

脛骨遠端位于干骺端，無肌肉附著，遭受外界暴力時極易引起骨折，影響下肢負重及穩(wěn)定性[1]。脛骨遠端骨折多出現(xiàn)在高能量損傷后，復位要求高，制定合理的手術(shù)方案是確保復位良好的關(guān)鍵。目前，臨床上多采用微創(chuàng)鋼板內(nèi)固定術(shù)治療脛骨遠端骨折，但由于脛骨遠端生理解剖較為特殊，且骨折常累及脛骨遠端關(guān)節(jié)面，治療上存在較大難度，難以做到良好的閉合復位[2]。傳統(tǒng)骨折手術(shù)常采用X線片、CT等二維影像設(shè)計手術(shù)治療方案，但由于二維平面圖像無法精確顯示骨折損傷情況，其在臨床中的應(yīng)用存在較大局限性。近年來，3D打印技術(shù)發(fā)展迅速，并逐漸被應(yīng)用于骨科的診療中[3-4]。3D打印技術(shù)通過術(shù)前重建、打印三維模型，模擬骨折情況，根據(jù)模型可以制定更加精確的個體化手術(shù)治療方案，獲得最大程度的滿意復位[5]。研究顯示，3D打印技術(shù)可以在術(shù)前明確內(nèi)置物固定的位置和角度，為術(shù)者提供更直觀的幫助，有利于其手術(shù)操作[6]。目前3D打印技術(shù)在脛骨遠端骨折中運用的研究報告尚少。本研究觀察3D打印結(jié)合微創(chuàng)鋼板內(nèi)固定術(shù)治療脛骨遠端骨折患者的臨床療效，以及對血清堿性磷酸酶(alkaline phosphatase，ALP)、腫瘤壞死因子α(tumor necrosis factor α，TNF-α)水平的影響，現(xiàn)報告如下。

1 資料與方法

1.1 臨床資料 回顧性分析2017年1月至2019年1月我院收治的64例脛骨遠端骨折患者的臨床資料，其中男性40例，女性24例，年齡18～63(32.93±3.75)歲。納入標準：(1)X線片檢查診斷為閉合性脛骨遠端骨折；(2)有明確外傷史；(3)患者傷前雙側(cè)踝關(guān)節(jié)活動正常；(4)臨床資料完整。排除標準：(1)開放性骨折及脛骨近端骨折；(2)合并有嚴重心、肝、腎疾病者；(3)雙側(cè)骨折患者；(4)病理性骨折或陳舊性骨折；(5)既往接受過骨折治療或矯形手術(shù)的患者及嚴重骨質(zhì)疏松患者。根據(jù)治療方案將患者分為常規(guī)組29例和3D組35例，兩組患者的年齡、性別、傷側(cè)、受傷類型、骨折AO分型[7]、受傷至手術(shù)時間等一般資料比較，差異均無統(tǒng)計學意義(均P>0.05)，具有可比性，見表1。

表1 兩組患者一般資料的比較

1.2 手術(shù)方法 常規(guī)組采用微創(chuàng)鋼板內(nèi)固定術(shù)治療：術(shù)前進行常規(guī)消腫治療，行脛腓骨正側(cè)位X線片及CT檢查，確定骨折部位。根據(jù)術(shù)前X線及CT檢查圖像設(shè)計手術(shù)方案。患者取仰臥位，采用椎管內(nèi)麻醉后切開骨折部位，暴露骨折端，在X線透視下進行復位，確認復位滿意后，放置鋼板并用螺絲固定，縫合包扎傷口。

3D組采用3D打印結(jié)合微創(chuàng)鋼板內(nèi)固定術(shù)治療：術(shù)前進行常規(guī)消腫治療，行脛腓骨正側(cè)位X線片及CT檢查，將患者CT圖像數(shù)據(jù)導入Mimics 17.0醫(yī)學軟件(比利時Materialise公司)，建立3D模型。患側(cè)CT圖像數(shù)據(jù)用于評估骨折的分型和程度，健側(cè)CT圖像數(shù)據(jù)用于模擬患側(cè)傷前影像，根據(jù)骨折類型及部位，進行模擬復位。使用3D打印機(美國Stratasys公司)按照1 ∶1比例打印骨折模型，在3D骨折模型上進行體外模擬手術(shù)復位過程，選擇合適鋼板并確定鋼板放置位置和螺絲釘位置，記錄合適的鋼板及螺絲釘?shù)男吞柡统叽?；預(yù)先塑形鋼板確保其與脛骨完全貼附，模擬完成后將鋼板和螺絲釘消毒備用?；颊呷⊙雠P位，采用椎管內(nèi)麻醉，根據(jù)預(yù)先設(shè)計的手術(shù)方案暴露骨折部位，沖洗清除周圍軟組織，將骨折斷端復位，置入預(yù)先塑形好的鋼板，X線透視下明確復位及鋼板位置良好，將克氏針及術(shù)前預(yù)備的螺絲釘置入合適位置進行固定，縫合包扎傷口。見圖1、圖2。

圖1 3D重建及影像學圖像

圖2 3D打印左側(cè)脛腓骨遠端骨折1 ∶1模型

手術(shù)均由同一組骨科醫(yī)師完成，術(shù)后24 h給予患者消腫抗炎、活血化瘀等藥物對癥治療，定期換藥，保持傷口干燥。所有患者均行高分子石膏踝關(guān)節(jié)外固定，抬高患肢。術(shù)后6～8周拆除石膏并拔出克氏針，取出內(nèi)固定物，逐漸進行功能鍛煉，拆除石膏2周后可逐步過渡到負重鍛煉。術(shù)后1、3、6、12個月對兩組患者行雙側(cè)下肢X線片檢查，術(shù)后共隨訪24個月。

1.3 觀察指標 (1)記錄兩組患者手術(shù)時間、術(shù)中出血量(采用紗布稱重法計算)和術(shù)中X線透視次數(shù)。(2)分別于術(shù)前和術(shù)后10 d，比較兩組患者血清ALP及TNF-α的水平：抽取患者空腹靜脈血5 mL，3 000 r/min離心5 min(離心半徑10 cm)，取上層血清，采用酶聯(lián)免疫吸附試驗試劑盒(上海恪敏生物科技有限公司，批號：E-EL-H0109)檢測TNF-α水平，采用自動生化分析儀及配套試劑盒(美國貝克曼庫爾特公司，批號：476821)檢測ALP水平。(3)評價骨折復位質(zhì)量和記錄骨折愈合時間。骨折愈合標準：骨折局部活動正常，無壓痛或叩擊痛；X線片檢查顯示骨折線模糊并有連續(xù)性骨痂通過。末次隨訪時，根據(jù)Burwell-Charnley復位標準[8]評價復位質(zhì)量：① 解剖復位，即內(nèi)、外踝無內(nèi)外側(cè)移位及成角移位，縱向移位<1 mm；后踝向近側(cè)移位<2 mm；無距骨移位；② 復位可，即內(nèi)、外踝無內(nèi)外側(cè)移位及成角移位；外踝向后移位在2～5 mm之間，后踝向近側(cè)移位在2～ 5 mm之間，無距骨移位；③ 復位差，即任何內(nèi)、外踝向內(nèi)外側(cè)移位，外踝向后移位>5 mm或后踝向近側(cè)移位>5 mm，距骨移位。解剖復位率=解剖復位例數(shù)/總例數(shù)×100%。(4)踝關(guān)節(jié)功能。末次隨訪時，根據(jù)Baird-Jackson評分標準[9]評價兩組患者踝關(guān)節(jié)功能：優(yōu)為96～100分，良為91～95分，可為81～90分，差為80分及以下。踝關(guān)節(jié)功能優(yōu)良率=(優(yōu)+良)例數(shù)/總例數(shù)×100%。

1.4 統(tǒng)計學分析 采用SPSS 25.0軟件進行統(tǒng)計學分析。計量資料以(x±s)表示，組間比較采用獨立樣本t檢驗，組內(nèi)比較采用配對t檢驗；計數(shù)資料以例數(shù)(百分比)表示，比較采用χ2檢驗。以P<0.05表示差異有統(tǒng)計學意義。

2 結(jié) 果

2.1 兩組患者手術(shù)指標的比較 3D組患者的手術(shù)時間、術(shù)中出血量及術(shù)中X線透視次數(shù)均短于或少于常規(guī)組(均P<0.05)。見表2。

表2 兩組患者手術(shù)指標的比較(x±s)

2.2 兩組患者手術(shù)前后血清ALP和TNF-α水平的比較 術(shù)前，兩組患者血清ALP和TNF-α水平比較，差異均無統(tǒng)計學意義(均P>0.05)。術(shù)后10 d，兩組患者血清ALP水平均高于術(shù)前，TNF-α水平均低于術(shù)前，且3D組患者血清ALP水平高于常規(guī)組，TNF-α水平低于常規(guī)組(均P<0.05)。見表3。

表3 兩組患者手術(shù)前后血清ALP和TNF-α水平的比較(x±s)

2.3 兩組患者骨折復位質(zhì)量和骨折愈合時間的比較 3D組解剖復位率高于常規(guī)組，骨折愈合時間短于常規(guī)組(均P<0.05)。見表4。

表4 兩組患者骨折復位質(zhì)量和骨折愈合時間的比較

2.4 兩組患者踝關(guān)節(jié)功能優(yōu)良率的比較 3D組踝關(guān)節(jié)功能優(yōu)良率為85.71%，高于常規(guī)組的62.07%(P<0.05)。見表5。

表5 兩組患者踝關(guān)節(jié)功能優(yōu)良率的比較

3 討 論

脛骨遠端骨折在臨床上較為常見，需要積極進行手術(shù)治療，以達到解剖復位。由于脛骨遠端骨折的骨折線靠近關(guān)節(jié)面，加之此處皮膚較薄，發(fā)生損傷后軟組織條件及骨折塊血運差，易發(fā)生水腫，皮膚張力較高，因此，手術(shù)通常選擇在水腫消退、皮膚出現(xiàn)皺褶之后進行[10]。目前脛骨遠端骨折的治療方式主要為微創(chuàng)鋼板內(nèi)固定術(shù)，即通過常規(guī)的X線及CT檢查，確定骨折塊及其移位方向，選擇合適的手術(shù)入路，術(shù)中避免過度牽拉皮膚引起的傷口感染等不良事件，以期恢復脛腓骨力線和長度，并輔以內(nèi)固定，促進解剖復位[11-12]。但脛骨遠端骨折解剖部位特殊，骨折情況與軟組織條件密切相關(guān)，對術(shù)前手術(shù)設(shè)計的要求較高，術(shù)前規(guī)劃合理的手術(shù)方案，可以最大限度地縮短骨折愈合時間，減少并發(fā)癥發(fā)生，促進骨折愈合[13]。

3D打印技術(shù)通過計算機模擬數(shù)據(jù)打印出與實體一致的模型，該技術(shù)在醫(yī)學領(lǐng)域的不斷發(fā)展，為骨科治療中遇到的難題提供了新的解決思路。研究發(fā)現(xiàn)，采用3D打印模型輔助治療脛骨平臺骨折患者，可減少術(shù)中出血量，降低術(shù)后感染率，關(guān)節(jié)功能恢復更好[14]。還有研究表明，術(shù)前采用3D打印模型模擬跟骨骨折手術(shù)過程，可有效地縮短手術(shù)時間，減少創(chuàng)傷性關(guān)節(jié)炎發(fā)生率，促進骨折愈合，恢復應(yīng)力平衡[15]。臨床研究顯示，在復雜的眼眶骨折手術(shù)中，采用3D打印輔助重建，可有效地減少手術(shù)時間，骨折區(qū)和內(nèi)置物之間的寬度、深度和面積也較傳統(tǒng)手術(shù)更低，且具有較高準確性和安全性[16]。研究顯示，基于3D打印的股骨頭骨折手術(shù)，可減少手術(shù)時間和術(shù)中失血量及術(shù)后并發(fā)癥的發(fā)生率，3D打印在復雜骨科手術(shù)中具有潛在應(yīng)用價值[17]。本研究結(jié)果顯示，3D組患者的手術(shù)時間、術(shù)中出血量及X線透視次數(shù)均短于或少于常規(guī)組(均P<0.05)，提示3D打印結(jié)合微創(chuàng)鋼板內(nèi)固定術(shù)治療可明顯減少手術(shù)時間、術(shù)中出血量及X線透視次數(shù)，對患者創(chuàng)傷更小。

骨形成因子和炎癥因子是影響骨折愈合的重要因素，ALP參與成骨作用，是影響骨折愈合的骨形成指標之一：發(fā)生骨折時，骨折部位成骨細胞數(shù)量增多，釋放ALP進入血液；骨折修復時，成骨細胞活性更強，大量ALP釋放入血，成骨能力增強[18]。TNF-α是重要的炎癥因子，參與誘導炎癥反應(yīng)，影響成骨細胞分化，延緩骨折愈合，并可直接作用于破骨細胞前體，破壞骨質(zhì)再生，引起骨或軟骨退變，術(shù)后應(yīng)積極降低炎癥因子水平，改善關(guān)節(jié)功能預(yù)后[19]。本研究結(jié)果顯示，術(shù)后10 d，兩組患者血清ALP水平均高于術(shù)前，TNF-α水平均低于術(shù)前，且3D組患者血清ALP水平高于常規(guī)組，TNF-α水平低于常規(guī)組(均P<0.05)。這說明兩種手術(shù)方式均可明顯提高脛骨遠端骨折患者血清ALP水平，降低血清TNF-α水平，其中3D打印結(jié)合微創(chuàng)鋼板內(nèi)固定術(shù)對患者骨形成指標及炎癥指標的改善作用更顯著，這可能與3D打印通過構(gòu)建實體模型，提高鋼板與骨折復位平面的匹配度，手術(shù)精確性和安全性較高，從而提高成骨能力，降低炎癥反應(yīng)，促進骨折愈合有關(guān)。

利用3D打印技術(shù)模擬的實體模型展示患者骨折情況，術(shù)前術(shù)者可在模型上進行實際操作，設(shè)計合適的內(nèi)固定物尺寸，確定其置入位置、角度及長度等指標，為實際手術(shù)提供精確的參考；同時，術(shù)者還可根據(jù)實際操作需求打印骨折部位不同切面，以更加直觀地觀察該部位解剖結(jié)構(gòu)特點，從而提供精確的個體化手術(shù)治療方案[20-21]。本研究中我們于術(shù)前對3D組患者采用3D模型模擬手術(shù)復位過程，明確螺絲釘尺寸和角度，并對鋼板進行預(yù)塑形，可最大限度地保證術(shù)中骨折部位血液供應(yīng)，并保護軟組織，結(jié)果顯示，與傳統(tǒng)微創(chuàng)鋼板內(nèi)固定術(shù)相比，3D打印結(jié)合微創(chuàng)鋼板內(nèi)固定術(shù)治療可更好地提高脛骨遠端骨折患者解剖復位率和踝關(guān)節(jié)功能優(yōu)良率，縮短骨折愈合時間。脛骨遠端骨折情況復雜，常規(guī)骨折復位加鋼板內(nèi)固定手術(shù)方式難度較大，且術(shù)后易發(fā)生畸形，3D打印技術(shù)可利用健側(cè)影像數(shù)據(jù)還原患側(cè)模型，術(shù)前對鋼板進行預(yù)塑形，可確保術(shù)中對骨折精準復位，使鋼板更好地貼附于骨骼，降低骨折復位難度，提高手術(shù)操作的安全性和精確性，促進骨折愈合。

綜上所述，相較于單純微創(chuàng)鋼板內(nèi)固定術(shù)，3D打印結(jié)合微創(chuàng)鋼板內(nèi)固定術(shù)治療脛骨遠端骨折能更好地提高患者骨形成能力，減輕機體炎癥反應(yīng)，促進患者骨折愈合及功能恢復，療效確切，值得臨床推廣應(yīng)用。