3D 打印组合式导板技术辅助内踝骨折复位及空心钉置入的初步疗效观察

邓杨 周礼兵* 廖洪溢 张仕剑 方强 熊金宁 管胜宏

踝关节是人体负重最大的屈戌关节。踝关节部位的骨折均为关节内骨折，如果关节面不平整，踝穴增宽亦或是变窄，都会引起负重时疼痛、关节不稳定及运动受限，发生创伤性关节炎的可能性大大增加。因此对踝关节损伤的治疗，必须要求相对严格。不论采用哪种治疗方法，都应该尽量以使骨折解剖对位，损伤韧带良好愈合为原则[1]。其中内踝骨折是相对容易处理的踝关节骨折，对于没有移位的内踝骨折但踝关节功能要求较高者或有移位的内踝骨折者应尽早行切开复位内固定治疗[2]。

近年来，3D 打印导板技术的兴起，实现了个性化、精准化的手术治疗。术中借助导板置钉，能简化手术操作，实现内踝空心螺钉快速、精准置入，同时缩短手术时间及放射线暴露。鉴于此，本研究采用3D 打印组合式导板技术治疗涉及内踝骨折患者23 例，并进行回顾性分析，通过临床及影像学资料评估该技术的疗效，目的在于探讨及评估借助3D 打印组合式置钉导板完成内踝骨折空心螺钉置入术的临床优势及应用价值，探索微创经皮置钉导板的可行性。

1 资料与方法

1.1 一般资料

2017 年6 月至2018 年4 月本院收治的踝关节骨折患者按上述纳入及排除标准，共23 例纳入本研究，男12 例，女11 例，年龄23 ～85 岁，平均52.6 岁。根据踝关节骨折Lauge-Hansen 分类，旋后外旋型17 例，旋后内收型1 例，旋前外旋型5 例。

1.2 术前准备

术前常规行患处“CT 平扫+三维重建”，将平扫数据导入Mimics 软件，分别从冠状位、水平位、矢状位观察骨折形态，以此作为分型依据; 再生成可任意方向观察的三维图像，用于术前讨论、模拟内置物植入及医患沟通。然后将数据导入软件生成3D打印文件并交付本院数字医疗工作室3D打印机打印骨骼病损模型，同时在软件中完成骨折模拟复位及导板设计，将导板打印文件交付3D 打印机打印成形以备术中使用。导板打印材料为光固化树脂，可用低温等离子消毒灭菌。

1.3 3D 导板制作

在软件中模拟骨折复位完毕后分别于骨折线远端及近端设计导板:骨折线远端导板为接触内踝前丘前结节、后丘后结节及结节间沟的较小面积的不规则面及其上突出的2个标准置钉导孔并附加1 个复位标志空心杆；骨折线近端导板为1/2-2/3 环抱胫骨下端至足跟皮肤表面且宽度为5 ～8 cm 的面状物及固定针孔并附加1 个复位标志空心杆。临床应用发现，由于CT 扫描时间与手术时间一般间隔数天，期间患肢肿胀会小幅度自然消退，影响近端导板的放置准确性，但一般情况下患肢内踝及其上方肿胀程度较小，故变化幅度小，且可以于术前24 h 行CT 检查，从CT 数据处理、导板设计、打印成形及消毒灭菌完成不超过24 h，基本消除此类误差。

术前再用打印出的病损处实物模型与患者进行术前谈话沟通，并将准备的导板及内置物在模型上进行预操作。

1.4 手术方法

整个完成过程，显露的术野范围较常规手术方法小，无需反复X 线光机透视验证，可在手术中导针置入后及手术完成后各透视验证1 次，节约了手术时间。

后期预设计完全经皮微创置钉导板，可使创伤更小。

图1 近端导板放置

图2 远端导板放置

图3 复位标志空心杆对接及固定杆插入

1.5 术后处理

根据骨折严重程度及整个手术时间预防性使用抗生素24 ～48 h 防止手术切口及深部感染，原则上不超过72 h。鼓励患者早期进行踝关节主动功能锻炼或CPM 机下被动功能锻炼。术后1 周内复查X 线片或CT 扫描检查评估置钉及复位情况。

1.6 评价指标

定期门诊及电话随访患者影像学检查及关节功能情况。采用Burwell-Charnley 标准[3]对内踝骨折复位质量及置钉位置进行评价。解剖复位: 无内、外踝向内侧或外侧移位;无成角移位; 内外踝纵向移位小于1 mm; 大后侧碎片向近侧移位小于2 mm; 无距骨移位。复位可: 无内、外踝向内侧或外侧移位; 无成角移位; 踝向后移位2 ～5 mm; 大后侧碎片向近侧移位2 ～5 mm; 无距骨移位。复位差: 任何内、外踝向内侧或外侧移位; 外踝向后移位大于5 mm 或后踝移位大于5 mm; 距骨移位。

术后踝关节功能评价标准参照Kofoed 评分标准[4]，评价内容包括踝关节疼痛、功能、活动度，总分100 分。优:85 ～100 分; 良: 75 ～84 分; 及格: 70 ～74 分; 差: 低于70 分。

采用视觉模拟评分（visual analogue scale，VAS）评价患者术前、术后1 周及术后6 个月时踝关节疼痛情况，评价标准为: 无痛0 分; 轻度疼痛1 ～3 分; 中度疼痛4 ～6 分;重度疼痛7 ～10 分[5]。

2 结果

2.1 一般情况

本组患者通过3D 打印组合式导板技术共置入内踝空心螺钉46 枚。每位患者内踝2 枚空心螺钉置入时间7 ～15 min，平均10.7 min。每位患者术中针对内踝空心螺钉透视1 次。本组病例术中置钉过程中，均未出现导板滑动情况。所有患者内踝复位固定过程顺利，术中、术后均未出现螺钉移位、松动、穿出关节面等情况。

2.2 术后疼痛及功能改善情况

结合ERAS 理念，采用多模式镇痛，本组患者术前踝关节VAS 疼痛评分平均7.4 分，术后1 周VAS 评分平均4.2分，术后6 个月平均1.3 分; 术后6 个月踝关节疼痛程度由术前及术后1 周的中重度疼痛明显减轻为轻度疼痛。

根据Kofoed 评分标准评价患者术后踝关节功能，优15例，良7 例，及格1 例，优良率为95.6%。

2.3 骨折愈合评估

所有内踝骨折均获得一期愈合，愈合时间为4 ～7 个月，平均5.8 个月。所有患者均随访6 ～12 个月，平均9.7个月。术后随访过程未发现空心螺钉松动、断裂等内固定失效情况，未出现内踝骨折复位丢失、再移位等复位失败情况。

根据Burwell-Charnley 标准评价内踝骨折复位情况，优21 例，良2 例，优良率为100%。

典型病例: 患者，男，18 岁。2018 年6 月19 日因“外伤后左踝关节疼痛并活动受限1 h”入院，入院诊断: 左内踝骨折（见图5A、图5B），6 d 后在腰硬联合麻醉下行左内踝骨折切开复位内固定手术，术中透视骨折复位满意（见图6）。

图6 术中透视

3 讨论

内踝骨折手术的常规操作为切开并显露内踝骨折部位，从内踝前后方夹持复位固定，凭经验打入2 枚空心钉导针，C 形臂X 光机下透视以验证骨折复位情况及导针位置，如复位不良或导针位置不佳则需重复以上步骤，手术经验少者重复次数越多，随之手术时间更长，放射线暴露更多，直至透视见骨折复位及导针位置均满意后再沿导针拧入空心钉。

该3D 打印组合式内踝空心钉置钉导板的研制，适应了骨科手术微创化、精准化、个性化的发展趋势，经过临床实际运用及研究，该导板能适当缩短手术时间，减少术中放射线暴露的风险，缩短低年资医师对该类手术的学习曲线，比较标准地完成该类手术，从而降低了该类患者的手术风险，提高了该类患者的治愈率及满意度。通过其他部位骨折的类似导板的研究，可推动3D 打印技术在骨科临床的应用，使其应用范围更深、更广。

该导板设计简易，探索了贴皮导板与贴骨导板相结合的可能性，运用时需与患处精准匹配，这就需要手术医生参与整个设计过程、理解设计理念并熟悉导板的组成及标准安放位置。其中，近端导板放置时可手动调整踝关节位置以匹配，远端导板放置时需充分显露内踝前丘前结节及后丘后结节。对于年轻医生，更利于他们精准的内固定操作，缩短其学习曲线，提高手术的精准性，可能减少无效置钉，从而减少透视次数，缩短手术时间，减少术中出血。要达到以上目的，需要手术医生对患处特别是与导板接触的位点进行充分显露，严格按照术前设计安放导板。早期运用不熟练的情况下需术中透视验证而不可完全依赖导板。

该导板运用了骨科手术微创化、精准化、个性化的原理及理念，与3D 打印技术相结合，将3D 打印技术在骨科临床应用的模型打印与导板设计相结合，在常规手术条件下进行应用，以国际、国内多项影像及功能量表为评价标准，经过初期临床应用，取得了较满意的临床效果。重点研究了导板与术野内踝骨面接触位点及面积，如何辅助骨折复位，术中如何确认骨折已解剖复位，导板的稳定性，如何不因术者的主观因素导致置钉位置偏差，导板能否应用现有消毒灭菌技术处理而不发生形变，导板的微型化等多项关键技术，为今后类似工作的开展积累了经验，同时探索了导板技术在辅助标准置入内置物的同时能否辅助骨折复位的可能性，适应了骨科手术治疗的新需求。