3D打印技術(shù)輔助治療跟骨骨折的應(yīng)用進展

張 皓，鄒 波，張 玥，高秋明 (.中國人民解放軍聯(lián)勤保障部隊第九四○醫(yī)院骨科中心，甘肅 蘭州 730030；2.西北民族大學(xué)醫(yī)學(xué)部，甘肅 蘭州 730030)

足踝是人體主要承重結(jié)構(gòu)，跟骨作為足踝系統(tǒng)后方主要承重點，一旦發(fā)生嚴重損傷，人體將會失去原有的行走能力及站立能力。跟骨骨折較為常見，占所有跗骨損傷的60%～70%，其中跟骨關(guān)節(jié)內(nèi)骨折約占跟骨骨折的75%，若未及時治療，或治療預(yù)后欠佳，后期遺留的疼痛與畸形將極大地影響患者的生活質(zhì)量[1-3]。跟骨骨折的治療方法包括傳統(tǒng)開放手術(shù)、跗骨竇切口或經(jīng)皮撬撥法的微創(chuàng)術(shù)式以及關(guān)節(jié)鏡手術(shù)。傳統(tǒng)開放手術(shù)適用于各種骨折類型，但軟組織破壞較多，損傷較大。而微創(chuàng)手術(shù)適用的骨折類型較為單一，不能處理復(fù)雜、難復(fù)位的骨折。因此，還需尋找新技術(shù)來指導(dǎo)跟骨骨折的治療，以提升手術(shù)效果，快速緩解患者病痛，減輕康復(fù)壓力。

3D打印技術(shù)目前已廣泛應(yīng)用于軍事、醫(yī)療、工業(yè)等領(lǐng)域，具有可個性化制作和全方位模擬的優(yōu)勢，為各行業(yè)提供了精準有效的幫助[4-6]。近年來，3D打印技術(shù)已廣泛應(yīng)用于關(guān)節(jié)骨科、脊柱骨科和腫瘤骨科，從脊柱骨科內(nèi)固定螺釘所需導(dǎo)航模板的制作[7]、關(guān)節(jié)假體的預(yù)裝配和特殊假體的定制[8]、輔助抗癌藥物治療骨肉瘤[9]到現(xiàn)今正在研究的關(guān)節(jié)康復(fù)相關(guān)3D打印人造輔助外骨骼[10]，均證明3D打印技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛，且實用性與創(chuàng)新性也得到了進一步提升。3D打印技術(shù)在創(chuàng)傷骨科中輔助處理復(fù)雜擇期骨折手術(shù)較有優(yōu)勢，在術(shù)前指導(dǎo)、截骨導(dǎo)板制備、內(nèi)置物導(dǎo)航模板、多平面模塊的觀察以及一些特殊的骨缺損所需移植物制備[11-12]等方面，可使創(chuàng)傷骨科較多難復(fù)位、難固定的骨折得到有效治療。此外，3D打印技術(shù)還可以提升多種骨折的術(shù)后康復(fù)效果[13-15]。但因該技術(shù)需要較長的制備時間，難以用于急診創(chuàng)傷的術(shù)前指導(dǎo)，其在急診骨創(chuàng)傷方面的應(yīng)用尚存在一定局限性。因此，3D打印技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用仍需進一步完善。

近期3D打印技術(shù)逐步應(yīng)用于輔助跟骨骨折的治療，并取得了一定的效果，本文總結(jié)近幾年在3D打印技術(shù)輔助下傳統(tǒng)術(shù)式和微創(chuàng)術(shù)式治療跟骨骨折的相關(guān)進展，以期為跟骨骨折的臨床治療提供相關(guān)參考。

1 3D打印技術(shù)輔助傳統(tǒng)手術(shù)治療跟骨骨折

隨著數(shù)字骨科技術(shù)的發(fā)展，3D打印技術(shù)逐漸在創(chuàng)傷骨科領(lǐng)域得到普及。目前，3D打印技術(shù)可用于個體化制作術(shù)前骨折模型和導(dǎo)航模板，可以輔助治療多種復(fù)雜型骨折，如骨盆骨折、髖臼骨折、復(fù)雜性關(guān)節(jié)骨折和長骨骨折等。近年來，其在輔助跟骨骨折的治療方面也有一定的進展。千東升等[16]根據(jù)患者的三維CT結(jié)果，使用3D打印技術(shù)于手術(shù)前定制出跟骨模塊，然后根據(jù)患者的跟骨情況確定切口位置及大小、內(nèi)置物的大小及螺釘深度，結(jié)果顯示患者手術(shù)后跟骨恢復(fù)程度滿意，且相對于未經(jīng)3D打印技術(shù)指導(dǎo)的傳統(tǒng)L型切口手術(shù)治療，其踝關(guān)節(jié)評分顯著提高。劉延子等[17]與Ozturk等[18]的研究發(fā)現(xiàn)，3D打印技術(shù)輔助治療Sanders Ⅲ型和Ⅳ型單側(cè)復(fù)雜跟骨骨折在手術(shù)時間、透視次數(shù)、骨折復(fù)位時間和出血量方面均優(yōu)于常規(guī)手術(shù)，且通過在跟骨模型上預(yù)塑鋼板，使術(shù)中鋼板與跟骨的貼合更加緊密有效，顯著提升了治療效果。何藻鵬等[19]與沈美華等[20-21]的研究證實，3D打印技術(shù)可為術(shù)者提供術(shù)前模擬條件，以便更詳細地考慮術(shù)中情況，并可通過模擬導(dǎo)航使釘?shù)栏珳?，從而減少手術(shù)損傷。黃志海等[22]也發(fā)現(xiàn)，術(shù)前使用3D打印技術(shù)可充分暴露并標記骨折線，對修復(fù)跟骨關(guān)節(jié)面骨折有指導(dǎo)意義，并且可以更直觀、更全面地預(yù)測術(shù)中操作。另有研究證實，跟骨創(chuàng)傷的術(shù)前規(guī)劃可顯著縮短手術(shù)時間、透視時間，減少術(shù)中出血量，并降低術(shù)后并發(fā)癥的發(fā)生率[23-26]。

李冬寒等[27]與崔健強等[28]的研究證明，經(jīng)3D打印技術(shù)進行術(shù)前導(dǎo)航模板規(guī)劃的手術(shù)，術(shù)后效果明顯優(yōu)于普通手術(shù)，除了手術(shù)時間縮短，出血量減少外，美國足踝外科協(xié)會評分(American orthopaedic foot and ankle society score,AOFAS)、足功能Maryland評分和Bohler角度都優(yōu)于常規(guī)手術(shù)，說明采用3D打印導(dǎo)航模板規(guī)劃手術(shù)的患者術(shù)后足踝功能可得到更大程度的恢復(fù)。研究顯示，3D打印技術(shù)除了能進行更好的術(shù)前規(guī)劃，還可以顯著提升患者的滿意度，有助于建立良好的醫(yī)患關(guān)系[29-30]。

綜上所述，3D打印技術(shù)為跟骨骨折傳統(tǒng)L型切口術(shù)式提供了精準科學(xué)的術(shù)前規(guī)劃，可充分減少透視次數(shù)、術(shù)中出血量，縮短骨折復(fù)位時間、手術(shù)總時間，同時提升相應(yīng)分型的跟骨骨折的解剖復(fù)位能力，加強內(nèi)固定物的固定強度和貼合度，提升總體治療效果。但因術(shù)前需要較長的準備和研討時間，尚難以應(yīng)用于急診患者。此外，3D打印的材料多數(shù)為樹脂、合成塑料等，制備時存在一定的精度差異，如何提高術(shù)前3D打印模型的制作速度和質(zhì)量，進一步降低成本，以及是否可提供急診專需3D打印模型，是日后研究中需要突破的方面。

2 3D打印技術(shù)輔助微創(chuàng)手術(shù)治療跟骨骨折

微創(chuàng)手術(shù)是近年來外科手術(shù)的主流趨勢，各種微創(chuàng)術(shù)式層出不窮，3D打印技術(shù)能否結(jié)合微創(chuàng)術(shù)式進一步提升治療效果成為研究的熱點。跗骨竇切口是近年來治療足踝損傷的新術(shù)式，切口位于跗骨竇處，長度為4～6 cm，具有微創(chuàng)、出血量少、軟組織損傷少及康復(fù)時間短等優(yōu)點[31]。研究證實，術(shù)前經(jīng)3D打印技術(shù)輔助規(guī)劃可彌補跗骨竇切口術(shù)式操作視野小、固定強度不足等缺點，經(jīng)3D打印技術(shù)規(guī)劃治療后的患者，術(shù)后Bohler角和Gissane角明顯優(yōu)于行常規(guī)手術(shù)的患者，AOFAS、個人日常生活能力量表Barthel指數(shù)、世界衛(wèi)生組織生活質(zhì)量問卷(world health organization quality of life-100,WHOQOL-100)評分及術(shù)后恢復(fù)效果均明顯提高[32-35]。黃國偉等[36]的研究顯示，經(jīng)3D打印技術(shù)進行術(shù)前規(guī)劃后，患者跟骨后關(guān)節(jié)面、內(nèi)側(cè)壁及跟骨底塊的復(fù)位更加精準穩(wěn)定。房亞峰等[37]和何藻鵬等[38]的研究顯示，3D打印技術(shù)輔助治療后的患者踝關(guān)節(jié)功能Maryland評分顯著提升。林永培等[39]研究顯示，3D打印技術(shù)輔助治療后的患者術(shù)后并發(fā)癥發(fā)生率明顯降低。Xu等[40]的研究發(fā)現(xiàn)，通過3D打印導(dǎo)航模板輔助跗骨竇入路手術(shù)，可顯著提高鎖定鋼板的螺釘置入精度，減少偏移度，提升整體的內(nèi)固定效果。Yao等[41]的研究也證實，3D打印技術(shù)聯(lián)合跗骨竇治療跟骨骨折，可提高螺釘置入的準確性和后關(guān)節(jié)面的復(fù)位率，改善跟骨形狀，提高微創(chuàng)治療的精準度。綜上所述，3D打印技術(shù)可使經(jīng)跗骨竇入路手術(shù)治療跟骨骨折更加精確，有助于促進患者康復(fù)，提升預(yù)后效果。

經(jīng)皮內(nèi)固定技術(shù)已發(fā)展多年，現(xiàn)已十分完善，但聯(lián)合3D打印輔助經(jīng)皮內(nèi)固定治療跟骨骨折的研究較少。王有勝等[42]的研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)術(shù)前制備模擬操作骨骼和導(dǎo)航，可進一步縮短手術(shù)時間，減輕術(shù)中損傷，使內(nèi)固定更加準確，大大提升了手術(shù)效果。周明等[43]與路浩東等[44]的研究證實，對于Sanders Ⅱ型和Ⅲ型的移位型跟骨關(guān)節(jié)骨折，經(jīng)3D打印技術(shù)指導(dǎo)下的經(jīng)皮撬撥復(fù)位空心釘內(nèi)固定可明顯縮短手術(shù)時間，減少出血量。吳敏等[45]的研究證實，對于Sanders Ⅱ型和Ⅲ型跟骨骨折，使用3D打印技術(shù)輔助觀察并對比裂縫骨塊的位移，模擬復(fù)位，定位固定點，并在術(shù)中進行相應(yīng)處理，可減少手術(shù)創(chuàng)傷，提高復(fù)位固定質(zhì)量，使手術(shù)更加安全、準確、個體化。趙利明等[46]經(jīng)3D打印導(dǎo)板輔助置入載距突螺釘，發(fā)現(xiàn)其可減輕軟組織損傷，顯著縮短手術(shù)用時；而近期劉延子等[47]使用3D打印技術(shù)聯(lián)合距下關(guān)節(jié)鏡輔助經(jīng)皮螺釘內(nèi)固定治療跟骨骨折，術(shù)中出血量及組織損傷減少，臨床效果較好，并發(fā)癥發(fā)生率低，充分發(fā)揮了微創(chuàng)手術(shù)的優(yōu)勢，但該聯(lián)合術(shù)式尚不能對復(fù)雜跟骨骨折Sanders Ⅲ型和Ⅳ型進行治療。此外，Dai等[48]發(fā)現(xiàn)經(jīng)皮復(fù)位、空心螺釘固定和硫酸鈣骨水泥移植聯(lián)合治療移位和關(guān)節(jié)內(nèi)跟骨骨折手術(shù)難度較高，在經(jīng)3D打印技術(shù)輔助術(shù)前規(guī)劃進行指導(dǎo)治療后，患者的AOFAS評分明顯提升，患者總體滿意度較高。微創(chuàng)手術(shù)的切口小，骨折區(qū)域暴露有限，因此，3D打印技術(shù)的術(shù)前規(guī)劃和操作演練對于這種復(fù)雜且難度大的手術(shù)非常有效。綜上所述，3D打印技術(shù)可在經(jīng)皮內(nèi)固定技術(shù)和關(guān)節(jié)鏡聯(lián)合下進行輔助治療，且療效確切，但因總體相關(guān)報道較少，是否存在普及性，以及是否值得進行臨床推廣仍需進一步研究。

3 3D打印技術(shù)輔助治療創(chuàng)傷性跟骨缺損重建

3D打印技術(shù)的出現(xiàn)使創(chuàng)傷性跟骨粉碎性骨折伴骨質(zhì)缺損或塌陷的治療得到較大程度的發(fā)展。Zhang等[49]開展了一項3D打印技術(shù)聯(lián)合誘導(dǎo)膜成型Masquelet技術(shù)治療跟骨缺損的研究，其使用3D打印技術(shù)在術(shù)前制作跟骨成型模具，精準模擬跟骨塑形預(yù)用骨水泥的形狀及用量，術(shù)中骨水泥塑形大小合適，用量無浪費，總體手術(shù)時間明顯縮短，出血量明顯減少，因骨水泥塑形匹配標準，骨水泥填充物的取出也更為方便，患者術(shù)后總體預(yù)后情況較好[50]，證實該聯(lián)合技術(shù)有較好的臨床效果。孟令杰等[51]采用3D打印技術(shù)聯(lián)合撬撥復(fù)位骨水泥微創(chuàng)成形術(shù)治療跟骨塌陷Sanders Ⅲ型骨折，因術(shù)前規(guī)劃精準，術(shù)中減少了骨水泥滲漏，跟骨塌陷恢復(fù)完全，Bohler角和Gissane角術(shù)后 2年內(nèi)無明顯改變，患者預(yù)后效果及滿意度良好。

3D打印技術(shù)已用于輔助跟骨缺損的填充治療，這也為未來其他骨缺損或軟組織缺損的治療提供了借鑒，但材料的選擇和制備仍存在局限性，若未來可成功研制出與人體軟組織或骨組織兼容的材料，3D打印技術(shù)的臨床適用性將進一步得到提升。

4 小結(jié)

3D打印技術(shù)的術(shù)前規(guī)劃與模擬手術(shù)功能為臨床手術(shù)提供了便利，不僅提高了術(shù)中精準度，減輕了術(shù)中創(chuàng)傷，還縮短了手術(shù)時間，同時提升了術(shù)后康復(fù)的效果。但3D打印技術(shù)源于工科，與醫(yī)學(xué)相比，本質(zhì)上具有較大的專業(yè)性差異，想要開展該技術(shù)的科室需要有特定醫(yī)生進行培訓(xùn)學(xué)習，還需要特定的設(shè)備和系統(tǒng)，相對耗時耗力，因此應(yīng)用該技術(shù)常需與公司或大學(xué)合作開展，目標產(chǎn)物的制備耗時較長，且該技術(shù)會增加患者經(jīng)濟負擔，在臨床的應(yīng)用相對受限。另外，制作模塊的材料也需進一步完善，如增強一定的硬度，防止制作后模塊的延展或變形。在治療上，3D打印技術(shù)可輔助傳統(tǒng)L型切口手術(shù)進行Sanders Ⅲ型和Ⅳ型跟骨骨折的治療，提高臨床療效。但對于微創(chuàng)術(shù)式，如跗骨竇切口、經(jīng)皮內(nèi)固定等術(shù)式，只能進行Sanders Ⅱ型和Ⅲ型等簡單型跟骨骨折的輔助治療，這是一個明顯的不足，期待未來在3D打印技術(shù)指導(dǎo)下，跟骨復(fù)雜型骨折也可以進行微創(chuàng)手術(shù)。另外，對于跟骨骨折而言，3D打印技術(shù)可進行精確的術(shù)前指導(dǎo)規(guī)劃，但對于畸形愈合的陳舊性跟骨骨折，是否可以進行同樣的術(shù)前規(guī)劃，目前尚未見文獻報道?，F(xiàn)今治療陳舊畸形愈合骨折大多采用術(shù)中直接截骨重塑的方式，但對于涉及關(guān)節(jié)面的復(fù)雜性骨折，本課題組認為有必要使用3D打印技術(shù)進行統(tǒng)一規(guī)劃。

綜上所述，3D打印技術(shù)對跟骨骨折的治療產(chǎn)生了深遠影響，該技術(shù)可充分結(jié)合跟骨開放術(shù)式或微創(chuàng)術(shù)式進行術(shù)前規(guī)劃模擬與術(shù)中導(dǎo)航，還可參與骨組織的重建，總體提升了跟骨骨折的治療效果，但其在急診骨創(chuàng)傷等方面的應(yīng)用仍存在一定缺陷，尚需進一步深入研究。