3D打印个体化模型在复杂踝关节骨折治疗中的应用

李仁嵩 王娜

踝关节是人体重要的活动和负重关节，复杂踝关节骨折为临床较为常见的关节内骨折，发病率约占全身骨折的4%～5%，可严重影响患肢功能[1-3]。治疗不当也易造成行走困难、关节畸形或残疾等[4]。复杂踝关节骨折治疗的原则是尽早在术中进行精确复位和稳定内固定。因此，在没有明显手术禁忌证的情况下进行微创入路手术治疗意义重大[5-6]。但是，由于踝关节结构复杂，手术不可预测风险较高，手术的精确性要求较高[7-8]。临床上多以X线、CT等影像学资料进行手术设计，存在术中操作风险大、无法进行模拟操作等缺点[9-10]。3D打印技术是以三维CT模型为基础，利用离散堆积技术进行精加工，最后得到体模型，可在术前更精确地了解骨折的位置及移位情况，从而更好地制定手术计划[11]。特别是随着3D数字骨科技术的迅速发展，3D打印个体化模型可以完整呈现出踝关节骨折的三维形态和各骨折断端的空间关系，有利于指导手术[12]。本文旨在探讨3D打印个体化模型在复杂踝关节骨折治疗中的应用效果。

1 资料与方法

1.1 研究对象

选择从2014年6月至2017年2月到我院就诊的78例复杂踝关节骨折患者。纳入标准：患者知情并同意；年龄≥18岁；术前影像学诊断为单侧复杂踝关节骨折；术前血液动力学趋于稳定，生命体征平稳，神志清晰；入院至手术时间≤3周。排除标准：患者存在其他的严重疾病，如血功能障碍、心脏病等基础疾病；精神疾病患者；哺乳期或妊娠期的妇女。

所有患者随机分为观察组与对照组，各39例。两组在性别、年龄、发病部位、AO分型、入院至手术时间、骨折原因方面均没有明显差异（P＞0.05）（表1）。

表1 两组一般资料对比Table 1 Comparison of two sets of general data

1.2 手术方法

对照组采用常规X线和CT影像进行手术设计，摄骨盆入口X线片、骨盆出口位X线片，将扫描数据传送至工作站进行图像处理，选择对手术有参考意义的层面进行图像摄取，全面评估骨折情况及周围解剖结构关系，设计手术策略。

观察组采用3D打印技术进行手术设计，利用三维CT重建图像进行3D重建，激光快速自动成型机制作1∶1的复杂踝关节骨折模型，模拟复杂踝关节骨折块手术复位方式、旋转角度、移动距离等（图1）。

图1 3D打印复杂踝关节骨折模型Fig.1 3D printing model of complex ankle fracture

两组患者均给予微创入路手术治疗。患者取仰卧位，麻醉后消毒铺单，恢复下肢力线、长度及旋转畸形。内、外踝骨折选用踝关节内、外侧入路，显露骨折端，对照组直接置入预塑形钢板并加以临时固定，观察组运用打印模型进行模拟复位，并利用预弯钢板将骨折复位并加以临时固定。当确定最佳的钢板长度及位置后，使用螺钉加固，期间注意避免血管和神经的副损伤，术毕置引流管，关闭切口。

术后患者常规心电监护，抗生素应用2～3 d，低分子肝素应用7～14 d，逐步完成肢体恢复锻炼，

1.3 观察指标

详细观察并记录两组患者的切口长度、手术时间、术后住院时间、骨折愈合时间等。记录术后3个月的钉道感染、深静脉血栓形成、切口感染等并发症情况。

疗效评价：显效，关节解剖复位和功能无任何影响，切口愈合及关节对应关系很好；有效：关节功能复位和功能轻微影响，切口愈合良好，关节对应关系一般；无效：没有达到以上标准或进一步加重。总有效率=（显效例数+有效例数）/总例数×100%。

1.4 统计方法

以SPSS 20.00软件分析相关数据，计量资料以（x±s）表示，计数资料以“%”表示，分别采用 t检验及卡方检验进行统计分析，P＜0.05认为差异显著。

2 结果

2.1 围手术期指标对比

全部患者均完成手术，无术中严重并发症发生，两组切口长度、手术时间对比无明显差异（P＞0.05），观察组的术中出血量、术后住院时间、骨折愈合时间均明显少于对照组（P＜0.05）（表 2）。

2.2 术后并发症发生情况

观察组术后3个月的钉道感染、切口感染、深静脉血栓形成等并发症的发生率是5.1%，而对照组则为 25.6%，观察组明显低于对照组（P＜0.05）（表 3）。

2.3 疗效对比

观察组与对照组术后3个月的治疗总有效率分别为97.4%和74.4%，观察组疗效明显优于对照组（P＜0.05）（表 4）。

表2 两组围手术期指标对比Table 2 Comparison of perioperative indices between the two groups

表3 两组术后并发症发生情况对比Table 3 Comparison of postoperative complications in the two groups

表4 两组术后疗效对比Table 4 Comparison of postoperative effects between the two groups

3 讨论

人体运动时，踝关节经常会因为旋后外旋、旋后内收等造成骨折。近年来，复杂踝关节骨折的发生率明显提高[13]。踝关节的解剖结构较为复杂，如治疗不当易出现创伤性关节炎、活动功能障碍、关节僵硬等术后并发症，是骨科临床工作的难点[14]。

3D打印技术是基于数字模型，利用可黏和材料，进行逐层打印，进而得到的多维物体模型[15]。在骨科领域，3D打印技术可制作出精度高达0.1 mm的1∶1模型，可直观地显示骨折端与周围组织关系，且可进行模拟手术，帮助拟定安全、可靠的手术操作路径。3D打印技术相对常规影像学图像，直观性更强，从而有利于控制继发性损伤[16]。本研究显示，所有患者都完成手术，无术中严重并发症发生，两组切口长度、手术时间对比无明显差异（P＞0.05），观察组的术中出血量、术后住院时间、骨折愈合时间明显少于对照组（P＜0.05）。相关研究表明，3D打印技术有助于提高手术操作水平，规避误伤重大血管、组织，减少术中探查操作，维持术中踝关节力学稳定，减少出血；且尽可能地恢复正常的解剖结构、力学稳定，促进骨折愈合[17]。

复杂踝关节骨折是骨科常见的一种损伤性疾病，致残率比较高。因为，踝关节骨折的损伤程度存在差异，且剖面的结构极为复杂，极大增加了复位治疗难度，对术后恢复也产生了很大影响。前侧微创入路手术的作用是给予维持骨折复位和恢复踝关节解剖形态，不过传统复杂踝关节骨折的手术复位内固定手术是一种技术要求高、创伤大的治疗手段[18]。采用3D模型打印技术有助于争取足够的治疗时间，可有效降低继发损伤风险，特别是可在模型上模拟骨折复位、预弯钢板、选择合适长度的钢板等，从而使复杂踝关节骨折获得最佳复位，减少手术创伤[19]。本研究显示，观察组术后3个月的钉道感染、切口感染、深静脉血栓形成等并发症的发生率是5.1%，而对照组是25.6%，观察组明显低于对照组。本研究表明，3D打印个性化模型的应用，能减少术后并发症的发生。所以，3D模型打印技术能够提升临床治疗水平，且对患者预后具有积极意义，还能为足踝部畸形矫正提供良好的术前设计及术中参考[20]。

传统手术设计主要以X线片为依据，根据患者实际情况选择恰当的手术方案。但是对于复杂踝关节骨折，依靠X线片难以作出详细诊断，无法以任意角度、任意方向动态观察骨折情况[21]。本研究显示，在术后总有效率上，观察组达到了97.4%，而对照组仅为74.4%，观察组明显高于对照组（P＜0.05）。主要在于3D打印个体化模型能够提供更加准确设计切口位置，以及定位位置和距离，能清晰展示跖跗关节位置关系、移位程度以及骨折情况，从而改善手术设计，进而提高手术效果[22-23]。

总之，3D打印个体化模型应用于复杂踝关节骨折可为患者提供安全、有效、个性化的治疗，提高疗效，减少术后并发症的发生，促进患者康复。