3D打印技术在踝关节骨折中的应用

刘 胜 陈 惠 刘午阳

3D打印技术在踝关节骨折中的应用

刘 胜 陈 惠 刘午阳

目的 探讨3D打印技术在踝关节骨折中的应用价值。方法选择我院骨科2014年1月－2015年1月之间收治的10例踝关节骨折患者为观察对象，全部患者均在临床治疗过程中应用3D打印技术，回顾分析患者的临床治疗效果。结果全部患者手术过程中共植入116枚螺钉以及18块钢板，螺钉和钢板的植入长度与方向均完全符合手术前的设计要求。患者平均手术治疗时间为(47.8±8.5)min，平均X线照射次数为(6.8±0.6)次。结论在踝关节骨折患者临床治疗过程中应用3D打印技术，有助于骨折部位的准确观察，进而巩固临床治疗效果。

3D打印技术;踝关节骨折;应用价值

踝关节是承担人体重量和活动的关键部位，也是骨折发生率较高的部位，若患者得不到及时有效的治疗，则容易诱发稳定性、力线和关节畸形等问题，进而降低关节面的稳定性，诱发患者治疗后下肢残疾或是关节活动障碍等疾病。因此，适当有效的手术治疗方法，对于踝关节骨折患者的治疗和恢复具有重要意义。传统的二维图像手术治疗，在骨折结构数据的精确性方面相对较差，因而临床应用价值有限。随着临床医疗技术的快速发展完善，以3D打印技术为基础的数字医学技术在踝关节骨折治疗中得到了广泛应用，并表现出了个性化、精确性等方面的优势。本次研究对3D打印技术在踝关节骨折治疗中的应用价值进行了分析，现报道如下。

1 资料和方法

1．1 一般资料

本次研究选择我院骨科2014年1月－2015年1月之间收治的10例踝关节骨折患者为观察对象，男性与女性比例为6∶4，最小年龄22岁，最大年龄56岁，平均(36.4±8.3)岁;患者AO分型结果为:A 型2例，B型6例，C型2例;其中，右侧骨折6例，左侧骨折4例。

1．2 方法

1．2．1 手术设备 本次研究所用治疗设备包括: MakerBot公司生产的MakerBot Replicator 2 3D打印机，Dell公司生产的DeU T7500、Dell M6600图形工作站，Materialise公司生产的Mimics 14.0医学三维重建软件，以及Windows 7 Ultimate 64 bit操作系统。

1．2．2 参数设置 CT机型选择GE公司生产的LightSpeed 64深蓝版，扫描数据以DVD光盘形式输出，扫描部位为骨折的踝关节，扫描电压在80～120 kV之间，扫描电流在35～264 mA之间，扫描螺距在0.5～1.0 1TUTI之间。

1．2．3 操作方法 患者保持仰卧位，将垫枕置于患侧踝部下方，对骨折部位常规消毒铺巾后，实施手法复位处理，将骨折旋转畸形以及下肢长度、力线尽量恢复为正常水平，如有需要可实施复位钳经皮钳夹协助复位。按照患者不同的骨折类型，对其手术入路进行选择，合并后踝骨折患者按照其骨折部位选择踝关节后内或后外侧录入，内外踝骨折患者选择踝关节内、外侧切口，将患者骨折端充分暴露，按照手术设计情况对预塑形钢板的置入位置进行相应选择。若患者骨折位移明显或是骨折块较大，则需要实施打印模型模拟复位，再在预弯钢板协助下实施临时手术固定或是骨折复位。在C型臂X线机透视下对钢板的置入位置和长度进行观察，确定符合手术设计要求后，按照术前设计的螺钉进入方向和长度进行固定。对于影响关节面的骨折患者，需在骨折复位的同时最大限度恢复期解剖结构;对于骨折端缺损的患者，可实施有限切开联合同种异体骨植骨治疗;对于骨折块较大的患者，需在透视下实施拉力螺钉固定。术后常规留置引流管，将手术切口逐层缝合关闭。

2 结果

以CT扫描数据为基础，通过3D打印技术对患者的踝关节进行1∶1的实物模型建模，具有较强的立体感，且能够对人体踝关节骨折部位的形态学外观特征进行多方位、多角度的展示，如图1所示。

图1 人体踝关节实物模型

10例踝关节骨折患者，手术过程中共植入116枚螺钉以及18块钢板，螺钉和钢板的植入长度与方向均完全符合手术前的设计要求。患者手术治疗时间37～60 min，平均(47.8±8.5)min，X线照射次数5.2～8.2次，平均(6.8±0.6)次。患者术后接受X线复查，检查结果证实患者踝关节骨折部位复位效果良好，螺钉和钢板均较为稳定，如图2所示。

图2 踝关节骨折患者术后X线片复查结果

3 讨论

随着我国近年来建筑行业和高速交通运输行业的发展，踝关节骨折的发生率也明显提高，临床治疗难度逐渐加大。因此，通过何种方式实现骨折踝关节解剖结构的良好复位，也成为了骨科临床医师研究的焦点。数字医学技术的发展完善能够为踝关节骨折患者的临床治疗提供一种精确化、个性化的手术方案。3D打印技术临床上也成为快速成型、增材制造、三维打印，首先出现于20世纪80年代后期，是一种以材料累加原理为基础的快速成型治疗方法，能够通过粘合粉末状塑料或金属材料制成三维物体进而实现临床治疗的目标。利用3D打印模型能够对患者骨折部位的位移情况进行直观准确的观察，并进行计算机手术模拟，以此为基础为患者制定和实施个性化的手术方案，从而保证手术治疗的效果，提高手术治疗的安全性与准确性，提高患者骨折部位的复位效果［1－3］，刘忠军教授团队还在全球首次应用3D打印人工定制枢椎作为脊椎外科内植物，进行脊椎肿瘤治疗后的稳定性重建［4］。

踝关节骨折患者接受3D打印技术治疗具有下述显著优势:第一，能够对手术过程中螺钉的置入长度和方向进行准确的观察，最大限度缩短手术过程中测量所需时间，防止反复应用C型臂X线机观察造成的复杂性，减少患者承受的X线照射量［5－6］。第二，传统手术治疗方案在钢板塑形过程中需要经铝板贴合骨面折出预弯雏形，并按照铝板模型进行钢板塑形，这样会大大降低塑形的精确性，延长手术治疗时间，且钢板的置入位置也不稳定。而利用3D打印技术能够提高钢板预弯的精确性，保证钢板置入位置的准确可靠，并提供手术内固定的有效性，缩短手术治疗时间［7－9］。第三，3D打印技术能够对患者的骨折损伤程度、骨折情况和解剖结构进行准确的观察，进而直观全面地反应患者的骨折复位前后情况，为患者临床治疗方案的制定提供可靠依据［10－12］。

由本次研究结果可知，在踝关节骨折患者治疗过程中应用3D打印技术，能够以CT扫描数据为基础，对患者的踝关节进行1∶1的实物模型建模，具有较强的立体感，且能够对人体踝关节骨折部位的形态学外观特征进行多方位、多角度的展示，全部患者手术过程中共植入116枚螺钉以及18块钢板，螺钉和钢板的植入长度与方向均完全符合手术前的设计要求。患者平均手术治疗时间为(47.8±8.5)min，平均X线照射次数为(6.8±0.6)次。

综上所述，踝关节骨折患者接受3D打印技术治疗，能够为患者提供一种个性化、精确性的手术治疗方案，进而提高手术治疗的科学性和有效性，随着未来新材料技术、数字医学和影像学技术的发展完善，3D打印技术必然能够在骨科临床上得到更加广泛的应用。

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R683．42

Adoi:10．3969/j．issn．1671－332X．2016．09．006

刘 胜 陈 惠 刘午阳:赣南医学院第一附属医院 江西赣州341000