3D打印個(gè)體化模型輔助治療復(fù)雜踝關(guān)節(jié)骨折的效果分析*

紀(jì)振中，張 奕，李 焱，艾 卓

(武漢市普仁醫(yī)院骨科 430000)

復(fù)雜踝關(guān)節(jié)骨折是一種臨床高發(fā)關(guān)節(jié)內(nèi)創(chuàng)傷，多因軸向暴力或直接暴力所致，以后踝、內(nèi)外踝骨折為主[1]。因踝關(guān)節(jié)損傷類(lèi)型多樣，治療難度高，如未及時(shí)復(fù)位或復(fù)位效果不佳，將影響踝關(guān)節(jié)功能，導(dǎo)致疼痛、跛行等問(wèn)題，嚴(yán)重降低患者生存質(zhì)量[2]。目前復(fù)位固定術(shù)是臨床治療復(fù)雜踝關(guān)節(jié)骨折的常用方式，可有效復(fù)位、固定骨折，但整體效果仍有較大提升空間[3]。3D打印是一種以粉末狀黏合材料累加原理為基礎(chǔ)的增材制造技術(shù)，常應(yīng)用于工業(yè)零部件及機(jī)械制造[4]。近年來(lái)，3D打印技術(shù)在醫(yī)療行業(yè)的應(yīng)用范圍逐漸拓寬，在骨科治療中的優(yōu)勢(shì)也凸顯出來(lái)，可為每例患者建立個(gè)體化模型，設(shè)計(jì)最佳手術(shù)方案，提升手術(shù)準(zhǔn)確性及安全性[5]。本研究通過(guò)回顧性分析2017年6月至2019年6月本院收治的65例復(fù)雜踝關(guān)節(jié)骨折患者的臨床資料，分析復(fù)雜踝關(guān)節(jié)骨折應(yīng)用3D打印個(gè)體化模型聯(lián)合微創(chuàng)復(fù)位固定術(shù)的效果?，F(xiàn)報(bào)道如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料

回顧性分析2017年6月至2019年6月本院收治的65例復(fù)雜踝關(guān)節(jié)骨折患者的臨床資料，納入標(biāo)準(zhǔn)：(1)符合《骨與關(guān)節(jié)損傷》中踝關(guān)節(jié)骨折診斷標(biāo)準(zhǔn)[6]，經(jīng)CT、X線片等影像學(xué)檢查確診；(2)踝部外傷史明確；(3)踝部表現(xiàn)為明顯壓痛、腫脹、踝關(guān)節(jié)功能障礙，踝關(guān)節(jié)間隙變化，骨皮質(zhì)不連續(xù)，發(fā)生明顯移位；(4)均知曉研究?jī)?nèi)容并自愿參與。排除標(biāo)準(zhǔn)：(1)踝關(guān)節(jié)骨折前伴有關(guān)節(jié)炎、關(guān)節(jié)功能障礙者；(2)伴有神經(jīng)或大血管損傷者；(3)韌帶、肌腱斷裂需修補(bǔ)者；(4)因處理感染、復(fù)雜合并傷、開(kāi)放性損傷等因素導(dǎo)致骨折至手術(shù)時(shí)間大于14 d者；(5)長(zhǎng)期使用糖皮質(zhì)激素患者；(6)合并腎功能不全、心臟疾病、凝血功能異常等基礎(chǔ)性疾病者；(7)精神障礙者。根據(jù)治療方式的不同分為對(duì)照組和觀察組。對(duì)照組(n=29)：其中，男17例，女12例，年齡20～67歲，平均(44.97±6.52)歲；受傷至手術(shù)時(shí)間2 h～14 d，平均(6.21±0.75)d；Gustilo分型Ⅰ型9例，Ⅱ型15例，ⅢA型5例；合并韌帶損傷24例，合并距骨軟骨損傷12例；交通傷8例，扭傷14例，高處跌落傷7例。觀察組(n=36)：其中，男21例，女15例，年齡19～65歲，平均(45.02±6.53)歲；受傷至手術(shù)時(shí)間4 h～12 d，平均(6.02±0.81)d；Gustilo分型Ⅰ型11例，Ⅱ型17例，ⅢA型8例；合并韌帶損傷27例，合并距骨軟骨損傷15例；交通傷10例，扭傷16例，高處跌落傷10例。兩組患者性別、年齡、受傷至手術(shù)時(shí)間、Gustilo分型、致傷原因等基線資料比較，差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。該研究經(jīng)本院倫理委員會(huì)批準(zhǔn)通過(guò)，患者及家屬對(duì)本研究?jī)?nèi)容知情同意。

1.2 方法

1.2.1對(duì)照組治療方法

對(duì)照組行微創(chuàng)復(fù)位固定術(shù)治療。(1)外踝骨折經(jīng)皮微創(chuàng)鋼板內(nèi)固定術(shù)治療：C型臂X射線機(jī)透視下行手法復(fù)位，復(fù)位后巾鉗夾持固定。外踝尖行2 cm切口，深筋膜下鈍性分離，以骨膜剝離器在深筋膜與骨膜間向上推移，開(kāi)通軟組織通道，將干骺端鎖定鋼板或重建鋼板直接推入切口到達(dá)骨折近端，將鋼板近端以帶鎖導(dǎo)向器固定，C型臂X射線機(jī)下認(rèn)定骨折端對(duì)線、鋼板位置滿(mǎn)意后，骨折兩端各以2枚螺釘固定。(2)內(nèi)踝骨折經(jīng)皮微創(chuàng)空心釘內(nèi)固定術(shù)治療：C型臂X射線機(jī)透視下行手法復(fù)位，復(fù)位后巾鉗夾持固定。根據(jù)骨折位置從內(nèi)踝后丘或前丘以30°～45°進(jìn)針，置入2枚導(dǎo)針，穿過(guò)并垂直于骨折面中心，順導(dǎo)針置入2枚空心釘，C型臂X射線機(jī)下認(rèn)定復(fù)位、固定滿(mǎn)意。(3)后踝骨折經(jīng)皮微創(chuàng)空心釘內(nèi)固定術(shù)治療：C型臂X射線機(jī)透視下從后向前垂直置入2枚空心釘導(dǎo)針，遠(yuǎn)端1枚盡可能向軟骨下骨靠近。(4)下脛腓聯(lián)合經(jīng)皮微創(chuàng)空心釘內(nèi)固定術(shù)治療：針對(duì)旋前-外旋、旋后-外旋、旋前-外展型骨折，采用足外旋試驗(yàn)或Hock試驗(yàn)證實(shí)存在下脛腓聯(lián)合分離的患者，在踝關(guān)節(jié)上方2.5 cm左右位置，經(jīng)鋼板后緣或鋼板孔向前方25°鉆孔，穿過(guò)3層皮質(zhì)置入松質(zhì)骨螺釘。如為高位腓骨骨折，向遠(yuǎn)端牽引外踝，經(jīng)皮置入1枚螺釘，在上方2.0 cm左右位置置入第2枚螺釘以固定外踝。

1.2.2觀察組治療方法

觀察組行3D打印個(gè)體化模型聯(lián)合微創(chuàng)復(fù)位固定術(shù)治療。(1)術(shù)前建立3D打印個(gè)體化模型：行踝部64排薄層CT掃描及三維重建，以腳掌正中線為Z軸，記錄左、右、上、下共4幅圖像，明確近側(cè)跖骨間關(guān)節(jié)、踝關(guān)節(jié)、前方跗骨間關(guān)節(jié)之間的關(guān)系與距離，獲取準(zhǔn)確影像學(xué)數(shù)據(jù)，精確化處理后保存為DICOM格式，輸入計(jì)算機(jī)，導(dǎo)入Mimics軟件，處理后導(dǎo)入3D打印機(jī)(購(gòu)自深圳市金石三維打印科技有限公司)，按照1∶1的比例打印出骨折模型及復(fù)位后骨折模型，將影像學(xué)資料與3D模型作為依據(jù)進(jìn)行手術(shù)方案的設(shè)計(jì)，評(píng)估骨折移位方向、復(fù)位后骨折位置，確定手術(shù)入路與內(nèi)固定方式。在模型上行模擬手術(shù)步驟，預(yù)彎鋼板，確定固定位置、螺釘位置、數(shù)量、方向。(2)手術(shù)時(shí)根據(jù)3D打印模型復(fù)位：常規(guī)消毒鋪巾后采用手法復(fù)位，必要時(shí)使用復(fù)位鉗輔助復(fù)位；針對(duì)骨塊較大且明顯移位的患者，先采用3D打印模型模擬復(fù)位，基于術(shù)前設(shè)計(jì)情況確定預(yù)彎鋼板的放置位置，使用螺釘加固，C型臂下確認(rèn)鋼板位置與長(zhǎng)度滿(mǎn)意。

1.2.3觀察指標(biāo)

(1)兩組患者圍術(shù)期相關(guān)指標(biāo)比較。包括手術(shù)時(shí)間、術(shù)中失血量、住院時(shí)間、開(kāi)始活動(dòng)時(shí)間。(2)兩組患者復(fù)位效果比較。術(shù)后3 d行踝關(guān)節(jié)正側(cè)位、踝穴位X線片檢查，根據(jù)Burwell-Charnley標(biāo)準(zhǔn)評(píng)估骨折復(fù)位情況[7]。解剖復(fù)位：①無(wú)內(nèi)踝、外踝向外側(cè)或內(nèi)側(cè)移位；②無(wú)成角移位；③內(nèi)踝、外踝縱向分離與嵌插小于1 mm；④后踝向近側(cè)移位小于2 mm；⑤無(wú)距骨移位。復(fù)位一般：①無(wú)內(nèi)踝、外踝向外側(cè)或內(nèi)側(cè)移位；②無(wú)成角移位；③外踝前后方位移位2～5 mm；④后踝向近側(cè)移位2～5 mm；⑤無(wú)距骨移位。復(fù)位差：①任何內(nèi)踝、外踝向外側(cè)或內(nèi)側(cè)移位；②外踝前后方位移位大于5 mm或后踝移位大于5 mm；③距骨移位。(3)術(shù)后1、3、6、12個(gè)月兩組患者踝關(guān)節(jié)功能比較。以美國(guó)矯形外科足踝協(xié)會(huì)(AOFAS)的踝關(guān)節(jié)功能評(píng)分系統(tǒng)評(píng)價(jià)[8]，包括疼痛、功能、力線3個(gè)項(xiàng)目，分?jǐn)?shù)分別為0～40分、0～50分、0～10分，總分0～100分，分?jǐn)?shù)越高，患者踝關(guān)節(jié)功能越好。(4)兩組患者骨折愈合時(shí)間及并發(fā)癥發(fā)生情況。隨訪12個(gè)月，統(tǒng)計(jì)患者骨折愈合時(shí)間及隨訪期間并發(fā)癥發(fā)生情況。

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理

2 結(jié) 果

2.1 兩組患者圍術(shù)期相關(guān)指標(biāo)比較

觀察組患者手術(shù)時(shí)間、住院時(shí)間、開(kāi)始活動(dòng)時(shí)間短于對(duì)照組，術(shù)中失血量少于對(duì)照組(P<0.01)；觀察組患者解剖復(fù)位構(gòu)成比高于對(duì)照組(P<0.05)，見(jiàn)表1、2。

表1 兩組患者圍術(shù)期相關(guān)指標(biāo)比較

表2 兩組患者復(fù)位效果比較[n(%)]

2.2 兩組患者術(shù)后1、3、6、12個(gè)月踝關(guān)節(jié)功能比較

術(shù)后1、3、6、12個(gè)月觀察組患者踝關(guān)節(jié)功能評(píng)分均高于對(duì)照組(P<0.05)；術(shù)后12個(gè)月兩組患者踝關(guān)節(jié)功能評(píng)分均高于術(shù)后1、3、6個(gè)月(P<0.05)，術(shù)后6個(gè)月均高于術(shù)后1、3個(gè)月(P<0.05)，術(shù)后3個(gè)月均高于術(shù)后1個(gè)月(P<0.05)，見(jiàn)表3。

表3 兩組患者術(shù)后1、3、6、12個(gè)月2組踝關(guān)節(jié)功能比較分)

2.3 兩組患者骨折愈合時(shí)間及并發(fā)癥比較

觀察組患者骨折愈合時(shí)間短于對(duì)照組(P<0.05)，隨訪期間并發(fā)癥總發(fā)生率低于對(duì)照組(P<0.05)，見(jiàn)表4。

表4 兩組患者骨折愈合時(shí)間及并發(fā)癥比較

2.4 兩組患者治療費(fèi)用比較

觀察組、對(duì)照組治療費(fèi)用分別為(2.11±0.42)、(1.86±0.34)萬(wàn)元，觀察組高于對(duì)照組，兩組比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(t=2.592，P=0.012)。

2.5 典型病例

患者，男，35歲，不慎從3 m高處墜落摔傷導(dǎo)致足跟活動(dòng)障礙及腫痛，診斷為復(fù)雜右踝關(guān)節(jié)骨折。完善相關(guān)檢查，行踝部64排薄層CT掃描及三維重建，術(shù)前Mimics軟件處理后導(dǎo)入3D打印機(jī)，獲取骨折模型(圖1A)，模擬復(fù)位后骨折模型(圖1B)，術(shù)前X線片顯示踝關(guān)節(jié)骨折(圖1C)，微創(chuàng)復(fù)位固定術(shù)后X線片顯示骨折內(nèi)固定解剖復(fù)位(圖1D)。術(shù)后1個(gè)月進(jìn)行踝關(guān)節(jié)主動(dòng)屈伸鍛煉，術(shù)后2個(gè)月行部分負(fù)重鍛煉，隨訪12個(gè)月，患者右下肢活動(dòng)良好，無(wú)明顯疼痛，外形滿(mǎn)意。

A：術(shù)前導(dǎo)入3D打印機(jī)獲取骨折模型；B：模擬復(fù)位后骨折模型;C：術(shù)前X線片；D：術(shù)后X線片。

3 討 論

踝關(guān)節(jié)是將重力自垂直方向轉(zhuǎn)變?yōu)楣瓲钇矫嫘问降闹匾P(guān)節(jié)，由脛腓骨遠(yuǎn)端與距骨構(gòu)成，皮下組織較薄，周?chē)∪饧爸窘M織較少，抗緩沖能力差，因此損傷較為嚴(yán)重[9]。踝關(guān)節(jié)骨折通常伴有復(fù)雜的位置變化與關(guān)節(jié)面塌陷，復(fù)位難度大，為盡可能提升復(fù)位效果通常需擴(kuò)大切口，剝離過(guò)多組織，影響局部血運(yùn)，延長(zhǎng)恢復(fù)時(shí)間[10]。目前CT平掃及X線片是踝關(guān)節(jié)骨折的常用診斷方式，但檢查時(shí)單一體位難以清晰顯示骨、關(guān)節(jié)面、韌帶之間關(guān)系，且很難將骨碎片移位情況及骨折細(xì)節(jié)反映出來(lái)，容易導(dǎo)致誤診或漏診[11]。此外，踝關(guān)節(jié)骨折范圍通常較小，且多以線狀、點(diǎn)狀為主要表現(xiàn)，對(duì)層厚、層數(shù)、層間距環(huán)節(jié)中技術(shù)參數(shù)的應(yīng)用要求較高。隨著3D打印技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，復(fù)雜踝關(guān)節(jié)骨折的診斷及治療已突破二維平面圖像的限制，使構(gòu)建個(gè)體化實(shí)體模型成為可能。有國(guó)外學(xué)者使用術(shù)前規(guī)劃軟件，規(guī)劃了復(fù)位和固定程序，并設(shè)計(jì)了植入物和鉆頭導(dǎo)向器，然后對(duì)設(shè)計(jì)的植入物和導(dǎo)板進(jìn)行3D打印，結(jié)果顯示患者特定的3D打印板和鉆頭導(dǎo)向器可能有助于保持選擇髖臼骨折模式的準(zhǔn)確復(fù)位和固定[12]。

本研究結(jié)果顯示，微創(chuàng)復(fù)位固定術(shù)前行3D打印個(gè)體化模型可改善圍術(shù)期指標(biāo)與復(fù)位效果。3D打印技術(shù)采用可黏合材料，基于數(shù)字模型逐層打印構(gòu)建三維圖像，把二維影像學(xué)資料轉(zhuǎn)換為實(shí)體模型，在骨科領(lǐng)域可制作出精度0.1 mm的等比例模型，直觀呈現(xiàn)骨折病變與周?chē)Y(jié)構(gòu)的立體關(guān)系，為施術(shù)者提供精確的診斷信息，從而制訂針對(duì)性的手術(shù)方案[13-14]。3D打印個(gè)體化模型應(yīng)用于復(fù)雜踝關(guān)節(jié)微創(chuàng)復(fù)位固定術(shù)前，通過(guò)行踝關(guān)節(jié)逐層掃描，獲取不同層面圖像，從多角度、多方位進(jìn)行立體觀察，全面展現(xiàn)骨折狀態(tài)，可提前設(shè)計(jì)好內(nèi)固定物，提升手術(shù)準(zhǔn)確性、安全性，改善復(fù)位效果，縮短手術(shù)操作時(shí)間，減少創(chuàng)傷及出血量，從而加快患者恢復(fù)速度，縮短骨折愈合時(shí)間。白磊鵬等[15]在大齡兒童Gartland Ⅱ、Ⅲ型肱骨髁上骨折治療中采用3D打印技術(shù)進(jìn)行術(shù)前設(shè)計(jì)與手術(shù)預(yù)演，結(jié)果顯示手術(shù)時(shí)間明顯縮短，且術(shù)后愈合快、肘關(guān)節(jié)功能恢復(fù)好，提示3D打印技術(shù)在骨科手術(shù)中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，但X射線輻射有所提升。由于3D打印技術(shù)是一項(xiàng)新型的外科技術(shù)，患者對(duì)其不了解，容易心存疑慮與擔(dān)憂(yōu)，因此在圍術(shù)期需加強(qiáng)患者健康教育，向患者與家屬展示其本人的3D打印模型，詳細(xì)介紹其優(yōu)勢(shì)，增強(qiáng)患者治療信心及配合度。

復(fù)雜踝關(guān)節(jié)骨折并發(fā)癥通常與術(shù)中血管及神經(jīng)繼發(fā)性損傷，施術(shù)者粗暴操作或?qū)︴撞拷馄赎P(guān)系不了解有關(guān)，導(dǎo)致手術(shù)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，患者應(yīng)激反應(yīng)較為嚴(yán)重[16]。3D打印個(gè)體化模型可為術(shù)中操作提供參考，盡可能減少手術(shù)切口及軟組織損傷，并且減少C型臂使用頻率，提升手術(shù)成功率，減輕應(yīng)激損傷及血管肌肉損傷，降低并發(fā)癥發(fā)生率[17]。本研究結(jié)果顯示，3D打印個(gè)體化模型可有效減少患者并發(fā)癥。本研究通過(guò)對(duì)兩組費(fèi)用進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)，觀察組治療費(fèi)用高于對(duì)照組，提示3D打印個(gè)體化模型在衛(wèi)生經(jīng)濟(jì)學(xué)方面將增加患者經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。因此，在臨床應(yīng)用3D打印個(gè)體化模型技術(shù)時(shí)，需結(jié)合患者意愿及經(jīng)濟(jì)承受能力，選擇合適的治療方案。

綜上所述，3D打印個(gè)體化模型聯(lián)合微創(chuàng)復(fù)位固定術(shù)可改善復(fù)雜踝關(guān)節(jié)骨折患者圍術(shù)期指標(biāo)及復(fù)位效果，促進(jìn)踝關(guān)節(jié)功能恢復(fù)，減少并發(fā)癥，但費(fèi)用較高。以往關(guān)于3D打印模型的研究多集中在手術(shù)效果、復(fù)位效果及術(shù)后恢復(fù)情況上，鮮有關(guān)于衛(wèi)生經(jīng)濟(jì)學(xué)的研究，本研究對(duì)比了單純使用微創(chuàng)復(fù)位固定術(shù)、3D打印個(gè)體化模型聯(lián)合微創(chuàng)復(fù)位固定術(shù)治療復(fù)雜踝關(guān)節(jié)骨折的費(fèi)用，以便為患者提供參考，使其受益。