3D打印技术在复杂跟骨骨折中的应用

何藻鹏+李卫+刘金伟+郑玉东+曾迪藩+刘东波

【摘要】 目的 探讨3D打印技术在复杂跟骨骨折中的应用方法及效果。方法 72例（84足）复杂跟骨骨折患者， 按床位单双号将患者分为对照组和3D组， 各36例（42足）。两组患者均进行术前常规CT检查， 并进行跟骨切开复位内固定术。其中对照组患者直接根据X线及CT二维图像进行手术， 3D组患者进行数字化重建、模拟复位并打印跟骨3D模型， 术前钢板预塑形、设计个性化方案再行手术治疗。观察两组患者手术情况、治疗效果以及并發症发生情况。结果 3D组患者手术时间、术中出血量均优于对照组， C臂X线暴露风险小于对照组， 差异具有统计学意义（P<0.05）。3D组优良率为92.86%， 高于对照组的76.19%， 差异具有统计学意义（P<0.05）。两组并发症发生率比较差异无统计学意义（P>0.05）。结论 3D打印技术在复杂跟骨骨折中应用效果较好， 可提前进行术前设计及模拟手术， 对手术起到辅助作用， 提高手术效果， 降低并发症， 值得临床应用及推广。

【关键词】 3D打印技术；跟骨骨折；模型；疗效

DOI：10.14163/j.cnki.11-5547/r.2017.09.022

Application of 3D printing technique in complex calcaneal fracture HE Zao-peng， LI Wei， LIU Jin-wei， et al. Department Three of Surgery， Foshan City Shunde District Lecong Hospital， Foshan 528315， China

【Abstract】 Objective To investigate application method and effect by 3D printing technique in complex calcaneal fracture. Methods A total of 72 patients （84 feet） with complex calcaneal fracture were divided by their bed number into control group and 3D group， with 36 cases （42 feet） in each group. Both groups received conventional preoperative CT examination and calcaneal open reduction internal fixation operation. The control group received operation in accordance with X-ray and CT two-dimensional diagram， and the 3D group received operation after digital reconstruction， reduction simulation， 3D calcaneal model printing， preoperative prefabricating plate， and individualized scheme. Observation was made on operation condition， curative effect and complications in the two groups. Results The 3D group had better operation time and intraoperative bleeding volume than the control group， and its C-arm X-ray exposure risk was lower than the control group. Their difference had statistical significance （P<0.05）. 3D group had higher good rate as 92.86% than 76.19% in the control group， and the difference had statistical significance （P<0.05）. There was no statistically significant difference of incidence of complications between the two groups （P>0.05）. Conclusion 3D printing technique shows excellent application effect in complex calcaneal fracture. It can provide preoperative design and operation simulation， along with assistant effect in operation. This method can improve operative effect and lower incidence of complications， and it is worth clinical application and promotion.

【Key words】 3D printing technique； Calcaneal fracture； Model； Curative effect

跟骨骨折是临床上常见的骨折类型， 约75%为关节内骨折。由于跟骨的解剖复杂性， 软组织覆盖较差， 因此跟骨骨折治疗较为棘手， 术后并发症多， 患者预后较差[1]。目前对于跟骨骨折的多采用手术治疗， 术前采用X线或CT扫描， 根据二维图像观察跟骨骨折情况， 结合医师经验， 设计手术方案[2]。因此在跟骨骨折患者手术前往往不能准确评估跟骨复位后状态、钢板形态、置钉位置与方向， 需要术中牵引、翘拨复位后根据C臂透视情况再行决定， 增加了手术时间与不确定性， 影响治疗效果[3]。目前随着影像学的发展， 三维图像重建手段可有效提供患者骨折情况的信息， 而数字化图像处理及3D打印技术则可根据CT图像的数据进行骨折部位的还原、复位、复位后评估， 从而进行模拟手术， 术前实现手术个性化设计， 使医师在术前即可得到详细信息， 并获得相应的复位标准模块及置钉导航模块， 制定合适的手术方案[4， 5]。本文对本院复杂跟骨骨折患者进行3D打印技术研究， 探讨3D打印技术在复杂跟骨骨折治疗中的运用， 现报告如下。

1 资料与方法

1. 1 一般资料 本次选取72例（84足）本院2014年2月～

2016年10月收治的复杂跟骨骨折患者作为研究对象。纳入标准：①经X线、CT等检查和诊断符合跟骨骨折诊断标准[6]的患者；②跟骨骨折Sanders分型为Ⅲ型或Ⅳ型的患者；③自愿参加本次研究并签字的患者。排除标准：①有陈旧跟骨骨折史的患者；②合并明显血管损伤的患者；③开放性骨折的患者。按患者床位单双号分为对照组和3D组， 各36例（42足）。对照组中男20例， 女16例， 年龄19～60岁， 平均年龄（38.5±7.6）岁。致伤原因：交通事故伤12例， 高空坠落伤10例， 运动伤9例， 跌伤或扭伤5例。骨折分型：Sanders分型Ⅲ型26例（30足）， Ⅳ型10例（12足）。3D组中男19例， 女17例， 年龄20～58岁， 平均年龄（38.2±6.7）岁。致伤原因：交通事故伤13例， 高空坠落伤11例， 运动伤8例， 跌伤或扭伤4例。骨折分型：Sanders分型Ⅲ型25例（28足）， Ⅳ型11例（14足）。两组患者性别、年龄、致伤原因、骨折分型等一般资料比较差异无统计学意义（P>0.05）， 具有可比性。

1. 2 方法 两组患者均术前消肿治疗， 待肿胀消退后安排手术， 受伤至手术时间为7～14 d， 平均时间为9 d。两组手术均采用连续硬膜外麻醉， 取跟骨外侧扩大“L”形入路， 采用“无牵拉技术”进行显露， 于跟骨外侧放置普通跟骨钛板及螺钉固定， 必要时C臂透视调整载距突螺钉位置及验证复位情况。对照组患者直接根据X线及CT二维图像， 选用合适大小形态的跟骨钛板进行手术。3D组患者术前采用Mimics15.0软件导入CT图像， 建立跟骨三维模型， 进行数字化重建、模拟复位并打印跟骨3D模型， 术前钢板预塑形， 打印复位标准模块及置钉导航模块， 再行手术。

1. 3 观察指标及判定标准 观察两组患者手术情况、治疗效果以及并发症发生情况。手术情况包括手术时间、术中出血量以及C臂X线暴露风险。采用美国足踝外科Maryland评分评估术后疗效[7]， 满分100分， 优：90～100分， 无疼痛， 行走姿势正常；良：75～89分， 行走有轻微疼痛， 行走姿势基本正常；可：50～74分， 跟骨畸形， 行走有明显疼痛， 行走姿势异常；差：<50分， 跟骨畸形、骨缺损或感染， 疼痛剧烈， 不能行走。优良率=（优+良）/总例数×100%。

1. 4 统计学方法 采用SPSS18.0统计学软件对研究数据进行统计分析。计量资料以均数 ± 标准差（ x-±s）表示， 采用t检验；计数资料以率（%）表示， 采用χ2检验。P<0.05表示差异具有统计学意义。

2 结果

2. 1 手术情况 3D组患者手术时间、术中出血量均优于对照组， C臂X线暴露风险小于对照组， 差异具有统计学意义（P<0.05）。见表1。

2. 2 治疗效果 3D组优良率为92.86%， 高于对照组的76.19%， 差异具有统计学意义（P<0.05）。见表2。

2. 3 并发症 两组患者切口感染、足部感染、愈合延迟以及愈合畸形等， 3D组并发症发生率为11.90%， 对照组为16.67%， 两组并发症发生率比较差异无统计学意义（P>0.05）。见表3。

3 讨论

跟骨骨折多为高能量所致， 其中跟骨骨折多波及跟距关节， 导致关节塌陷、跟骨变宽、骨质缺损等， 非手术治疗很难起到作用。目前临床均采用手术对跟骨骨折患者进行治疗， 主要目的为复位骨折， 但由于跟骨结构的复杂性， 一般手术很难达到解剖复位的效果。而跟骨关节面的不平整、跟骨高度丢失以及跟骨宽度的增加， 均会引起愈合畸形、创伤性关节炎的发生， 严重者甚至影响走路功能[8]。

跟骨解剖结构复杂， 增加了手术的不确定性， 无论复位的技巧、植骨的方式以及手术的效果等均于跟骨骨折情况密切相关[9]。而这些问题又需要临床医生在术中进行详细观察后再制定， 增加了手术的难度， 影响治疗效果。目前CT检查可有效对跟骨部位进行三维重建， 但这种三维重建后的图像仅为可视化， 并不能进行虚拟手术[10-12]。但随着3D打印技术的不斷成熟， 可根据CT三维重建后图像的数据将图像打印出来， 通过跟骨骨折模型的建立， 将骨折情况反映给临床医师， 还可进行虚拟手术， 从而更好的提供骨折信息， 增加治疗策略的科学性、合理性， 提高手术效果[11， 13-16]。本文将3D打印技术运用于本院收治的复杂跟骨骨折患者， 结果显示， 3D组患者手术时间、术中出血量均优于对照组， C臂X线暴露风险小于对照组， 差异具有统计学意义（P<0.05）。3D组优良率为92.86%， 高于对照组的76.19%， 差异具有统计学意义（P<0.05）。结果提示， 3D打印技术可还原患者跟骨骨折情况， 为临床医师提供虚拟手术途径， 从而使医师可制定详细治疗方案， 针对性进行手术的练习， 明显缩短手术时间， 降低出血量， 促进治疗效果。并发症方面发现， 两组并发症发生率比较差异无统计学意义（P>0.05）。结果提示， 通过三维重建3D打印技术并不会造成患者并发症发生率的增加， 安全可靠。

综上所述， 3D打印技术在复杂跟骨骨折中应用效果较好， 可提前进行术前设计及模拟手术， 对手术起到辅助作用， 提高手术效果， 降低并发症， 值得临床应用及推广。

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[收稿日期：2017-01-16]