3D打印技术在应用于Pilon骨折治疗的效果

林景波 李诗 陈志刚 何土东 李广森 夏汗

广东中山市黄圃人民医院骨一科 中山 528429

3D打印技术在应用于Pilon骨折治疗的效果

林景波 李诗 陈志刚 何土东 李广森 夏汗

广东中山市黄圃人民医院骨一科 中山 528429

目的探讨3D打印技术应用于Pilon骨折治疗的效果。方法随机将2012-05—2016-10间收治的30例Pilon骨折患者分为2组，每组15例。观察组利用3D打印模型对Pilon骨折进行模拟手术，制订个体化的手术方案施术。对照组采用切开复位塑型钢板内固定手术。观察2组的手术时间、术中出血量、复位效果、术前及术后血红蛋白和红细胞压积改变、切口愈合及功能恢复情况。结果观察组的手术时间、出血量、HGB差和HCT值均优于对照组，差异有统计学意义(P<0.05)。2组切口甲级愈合率、优良率和复位良好率差异无统计学意义(P>0.05)。结论将3D打印技术应用于Pilon骨折治疗中，可缩短手术时间，降低手术风险，提高诊疗效果，但提高复位精确性尚待进一步研究。

3D打印；Pilon骨折；内固定

胫骨Pilon骨折是累及负重关节面与干骺端的胫骨远端骨折,约占下肢骨折的1%，占胫骨骨折的3%～10%[1]。由于骨折累及踝关节的负重关节面和胫骨干骺端，因此治疗难度较大，手术并发症较多。随着3D打印技术的应用，使原来的数字化术前设计实现了从虚拟模拟到现实模拟的跨越。选取我院2012-05—2016-10间收治的30例Pilon骨折患者，分别采用3D打印技术辅助手术和传统手术治疗，现将疗效进行比较，报告如下。

1 资料与方法

1.1一般资料2组患者均在骨折后4 h内入院，均为闭合骨折，并经影像学检查确诊。随机分为2组，各15例。观察组(3D打印组)15例，男12例、女3例；年龄23～65岁，平均42.5岁。车祸3例，高处坠落8例，摔伤4例。Ruedi-Allgower[2]Ⅱ型骨折5例，Ⅲ型10例。对照组15例，男11例、女4例；年龄26～62岁，平均43.2岁。Ⅱ型骨折6例，Ⅲ型9例。入院后行患侧的跟骨结节骨牵引，抬高患肢，冰疗，消肿等对症治疗，待皮肤“橘皮样”变再手术。

1.2方法

1.2.1 观察组 (1)模型制作：应用我院维利普螺旋CT薄层扫描，层距设置为1 mm。利用MIMICS 13.0软件重建三维数字标本，并进行相应的数字化测量。然后将数据交南方医科大学3D打印研究中心，采用选择性激光烧结技术，使用Mbot 3D打印机(Cube Dual型)打印出1∶1胫骨远端骨折模型，以明确诊断及骨折分型。对骨折立体模型进行解剖学测量。(2)模拟手术：根据骨折影像资料及3D骨折模型，准确评估骨折移位情况及关节面塌陷部位。制定手术体位、入路、骨折复位方法、钢板预弯程度和数量。按照手术计划在3D模型上进行骨折复位钢板内固定等摸拟手术。经过模拟手术，可优化复位策略，进行植入物模拟及预弯，获得个体化的手术设计。部分复杂性、难复的骨折，根据骨折块的具体情况，设计复位器。根据个体化手术设计，实施手术。(3)实施手术：7～10 d后骨折处肿胀减轻，皮肤呈“橘皮样”变即可手术。根据3D立体模型的模拟手术，“量体裁衣”，进行现实手术。全麻或腰硬外麻醉，根据骨折类型，取仰卧位或漂浮体位。大腿根部上止血带，常规消毒、铺巾。止血带充气，压力60 kPa，时间60 mins(若需要可再延长)。根据骨折类型取切口，如前内侧加后外侧或前外侧加后内侧或单取某单一切口。如取后外侧切口(腓骨后缘与跟腱中间)，长约12.0 cm，依次切开皮肤、皮下组织及深筋膜。腓骨后缘剥离腓骨短肌，达腓骨骨折处。清除骨折处积血及血凝块，牵引下复位骨折，并用巾钳暂时固定，骨折端用克氏针或钢板固定。使腓骨骨折固定满意，无短缩、旋转畸形。对后踝骨折，取腓骨短肌与拇长屈肌间隙入路，切开骨膜，显露后踝骨块。足部背伸，后踝骨折块复位，两枚1.5 mm的克氏针临时固定。使用桡骨远端掌侧T形接骨板抗滑固定于后踝骨折块上，依次钻孔上螺钉。大量生理盐水冲洗创面，留置硅胶引流管，逐层缝合切口。对胫骨远端骨折，取前内侧入路，自胫骨内缘做纵向切口，沿内踝边缘弯向前到达胫前肌腱前外侧缘止，长约13.0 cm。保留大隐静脉，不分离皮瓣，显露胫骨骨折端。探查是否有胫骨远端严重粉碎、累及关节面、Tillaux-Chaput骨块分离移位、中部关节面压缩、关节面碎骨片游离、干骺端粉碎性。若有，按术前模拟的手术方法掀起Chaput结节，取出上述小的关节面碎骨，直视下复位压缩的关节面骨块，向下推顶复位，自前向后转入克氏针固定(牵引状态下)。内踝骨折块，巾钳夹持固定后克氏针固定。将取出的髂骨块按缺损大小稍修剪后，填塞入胫骨远端干骺端骨缺损部，垒实。探查复位满意，关节面大致平整，C臂透视踝关节正侧位，见骨折复位满意，关节面平整。将事先通过3D打印技术模拟塑形好的接骨板置于模拟时的胫骨内侧面。调整、稳定钢板，分别钻孔上螺钉，骨折固定牢固。若克氏针需要留置，则需将针尾折弯。固定方法全部按术前模拟手术方法进行。放松止血带，止血，大量生理盐水冲洗切口，逐层缝合各层，无菌敷料包扎。一般不需石膏托外固定。若选择胫骨远端前内侧入路、后内侧入路或后外侧入路，联合入路时皮肤切口之间至少要留有7 cm宽的皮桥。上述切口长度可根据情况适当调整，手术尽量微创。手术先恢复腓骨长度并固定，再行撬拨复位重建胫骨远端关节面，填充干骺端可能存在的骨缺损，置入接骨板固定，术中透视确定复位效果及植入物位置。

1.2.2 对照组 按传统手术方法施术，即按观察组的手术方法去除3D打印技术模拟手术部分。术中根据骨折情况决定复位方法和固定方法。

1.2.3 术后处理 抬高患肢，持续冰敷，低分子肝素预防血栓形成。回病房后即开始足趾轻微被动活动，麻醉过后开始主动活动。术后第1天开始主动和被动踝关节运动及足趾屈伸活动。肿胀减轻后(一般术后3 d)，即可扶双拐患肢不负重下地短距离行走。行走过程中若出现患肢胀痛等不适感，可抬高患肢。术后8周部分负重行走进行功能锻炼。术后3周、6周、8周、12周复查，复查后决定下次复查时间。

1.3观察指标疗效评判采集2组术后薄层CT扫描数据，在三维重建的基础上测量骨折复位及关节面整复情况，并记录手术时间、术中的显性失血量。记录术前及术后的血红蛋白(HGB)和红细胞压积(HCT)的差值。记录切口愈合情况。采用Iowa踝关节功能评分[3]标准，从踝关节功能、疼痛、步态、活动度四方面进行评分。优：90～100分；良：80～89分；可：70～79分；差：<69分。

2 结果

观察组的手术时间、出血量、HGB差和HCT值均优于对照组，差异有统计学意义(P<0.05)，见表1。观察组切口甲级愈合14例(93.33%)、乙级愈合1例(6.67%)，对照组分别为13例(86.67%)和2例(13.33)，2组差异无统计学意义(P>0.05)。观察组优9例、良5例、可1例、差0例，优良率93.33%；对照组分别为8例、5例、1例、1例，优良率86.67%。2组差异无统计学意义(P>0.05)。术后复查CT，观察组关节面解剖复位10例、功能复位5例、复位不良0例，对照组分别为9例、5例、1例，2组差异无统计学意义(P>0.05)。

表1 2组手术时间、术中出血量、术前1天与术后第1天的HGB差和术后第1天HCT值比较

3 讨论

随着交通和建筑业的快速发展，Pilon骨折的发病率逐步上升。由于骨折粉碎、骨折块移位明显、关节面严重受损(既有显著移位也有关节面塌陷)，手术需要广泛暴露，因此切口大、创伤大、出血多、手术时间长，易发生休克、组织坏死、感染、骨折畸形愈合、踝关节僵硬、创伤性关节炎等并发症，严重影响功能，给患者及其家庭带来严重的经济负担。

3D打印技术于20世纪80年代起源于机械工程领域，是基于离散、堆积原理逐层累加进行物理模型快速制作的综合技术[4]。其突出特点是分层叠加、善于制造复杂实体且具有较高的精确度。目前快速成型技术利用实物显示人体结构的空间位置，在医学中已初步开展。我们对15例Pilon骨折患者，术前应用3D打印技术个体化设计手术方案，明显缩短了手术时间和减少了出血量，降低了手术风险，减少了感染等并发症的发生率。但2组切口甲级愈合率、优良率和复位良好率无显著差异。其原因有：(1)术前模拟时未考虑到对软组织的影响，而实际上胫骨远端有肌腱、筋膜、肌肉等软组织覆盖，术中钢板放置位置与术前设计置入的位置可能有偏差所致。(2)3D打印模型无法显示神经、血管、肌腱等重要组织，故设计方案与实际方案难以100%匹配[5-6]。

我们将3D打印技术应用于15例胫骨Pilon骨折的手术中，进行了复位、体外钢板塑型、螺钉放置位置及方向等模拟手术，制订个体化手术方案，并实施于临床。采集相关临床数据，并采用随机对照的方法，与传统手术组比较，评价3D打印技术精准治疗Pilon骨折的效果。我们发现了3D打印技术应用的局限性，这可能与3D打印技术刚应用于临床，尚处于初级阶段和缺乏经验有关。我们相信，随着影像学、数字医学和新材料的发展及经验积累，3D打印技术的临床应用必有广阔的前景。

[1] Stapleton J J, Zgonis T. Surgical Treatment of Tibial Plafond Fractures[J]. Clin Podiatr Med Surg,2014,31(4):547-564.

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[4] 郭明君，马保安.高能量胫骨Pilon骨折的治疗进展[J].第四军医大学学报,2009,30(15):1435-1438.

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[6] 潘德悦，李学良，石峰，等，3D打印技术在复杂骨折治疗中的作用研究[J].大连医科大学学报，2016,38(6)：579-582.

广东省中山市科技局科研课题(2015B1033)

R683.42

B

1077-8991(2017)06-0025-03

(收稿 2017-05-02)