3D打印模型在高能量关节内骨折手术中的应用

李昌杰 毛文晶 周重刚 余学文 吕隋本

江西省九江市中医医院骨伤二科，江西九江 332000

高能量关节内骨折属较严重的骨折外伤疾病，对患者关节功能产生严重影响，如何最大程度复原关节功能是临床骨科治疗该症的难点。传统切开复位异形钢板内固定术多通过X线、二维CT 对患者骨折进行观察，难以对骨折情况做出精准判断，手术规划可能存在较大偏差，致使手术暴露时间延长，增加术后感染，关节功能恢复不佳等并发症发生风险[1-2]。近年来，3D打印技术逐渐应用于骨折患者治疗，该技术在术前将患者骨折解剖结构按照1∶1 的比例打印出来，有助于医者对骨折的细了解，而制定最佳手术方案，提高患者骨折复位程度[3-4]。基于此，本研究采用3D打印模型辅助治疗高能量关节内骨折手术患者，旨在观察其临床应用效果，现报道如下。

1 资料与方法

1.1 一般资料

选取2017年12月～2018年12月我院诊疗的40例高能量关节内骨折患者为研究对象，按入院床位的奇、偶数分为对照组（n=20）与观察组（n=20）。对照组中，男12例，女8例；年龄21～59岁，平均（39.56±6.94）岁；骨折部位：肘关节9例，膝关节6例，踝关节5例。观察组中，男13例，女7例；年龄22～57岁，平均（39.16±6.83）岁；骨折部位：肘关节8例，膝关节7例，踝关节5例。两组的性别、年龄、骨折部位等一般资料比较，差异无统计学意义（P＞0.05），具有可比性。本研究经我院医学伦理委员会审核。纳入标准：①经X线、CT 检查确诊为肘关节、膝关节、踝关节粉碎性骨折；②凝血功能正常者；③生命体征平稳者；④受伤至入院接受治疗时间≤72 h；⑤所有患者对本研究知情签署知情同意书。排除标准：①病理性骨折者；②开放性骨折者；③多发性骨折者；④合并糖尿病、高血压等内科基础性疾病者；⑤表达障碍或精神疾病者。

1.2 方法

对照组给予常规切开复位异形钢板内固定术：采用连续硬外膜麻醉或气管插管全麻干预，逐层切开肌腱、骨膜，显露骨折部位，C型臂X线机透视下置入合适大小钢板，采用克氏针、螺丝钉固定。术后封闭并抬高患肢。手术3 d后指导患者轻度关节活动，伤口恢复后拆线并采用石膏外固定。观察组通过3D打印模型设计手术方案。选择飞利浦64 排128 层螺旋CT，天威CoLiDo 2.0 Plus 3D打印机及配套手术器械。观察组双源CT 成像检查，根据患者骨折情况制成3D平面照片，通过3D打印机根据CT 所得数据打印出3D 1∶1 塑料模型。术前采用环氧乙烷对塑料模型消毒，选好内固定材料，预弯塑形。手术操作：取患者仰卧位，垫高患肢，给予连续硬外膜麻醉或气管插管全麻干预，根据塑料模型选择切口，将塑料模型与关节骨折对照完成手术。

1.3 观察指标及评价标准

①记录两组的手术临床指标，包括手术时间及术中出血量。②术后随访12个月，分别于术后1、3、6 及12个月，观察两组的康复情况，包括患肢肿胀程度、患肢活动时疼痛程度、负重情况，患肢肿胀程度评定标准，临床分为：无肿胀，0级，记为0分；较正常皮肤肿胀，但皮纹尚存；Ⅰ级，记为1分；皮肤肿胀伴皮纹消失但无水疱出现；Ⅱ级，记为2分，出现张力性水疱；Ⅲ级，记为3分。通过视觉模拟评分法（VAS）[5]评估两组的患肢活动时疼痛程度，0分代表患肢无疼痛，1～3分代表轻度疼痛，4～6分代表中度疼痛，7～10分代表重度疼痛；调查两组的负重情况，Ⅰ级：患者负重时占自身体重0%，患肢完全不能下地进行负重活动，记为0分；Ⅱ级：患者负重时占自身体重约25%，为患肢在双拐辅助支撑下进行部分负重活动，记为1分；Ⅲ级：患者负重是占自身体重约50%，为患肢在单拐辅助支撑下进行部分负重活动，记为2分；Ⅳ级：患者负重时占自身体重约75%，为患肢需在手杖辅助支撑下进行部分负重活动，记为3分；Ⅴ级：患者负重时占自身体重100%，为患肢不需任何辅助支撑下完全负重活动，记4分。③参照美国卫生部（HHS）肘关节功能评定标准[6]（0～80分，评分越高则肘关节功能越好）、Rasmussen 膝关节功能评分标准[7]（0～30分，评分越高则提示膝关节功能越好）、美国矫形外科足踝协会（AOFAS）踝关节功能评定标准[8]（0～100分，评分越高则提示踝关节功能越好）。对两组的关节功能进行评估。④记录两组的术后并发症（切口愈合不佳、医源性神经损伤、骨折复位丢失、异位骨化、创伤性关节炎）发生情况。

1.4 统计学方法

采用SPSS 24.0 统计学软件进行数据处理，符合正态分布的计量资料以均数±标准差（±s）表示，采用t 检验，不符合正态分布者转换为正态分布后行统计学分析；计数资料以率表示，采用χ2检验，以P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 两组手术指标的比较

观察组的手术时间短于对照组，术中出血量少于对照组，差异均有统计学意义（P＜0.05）（表1）。

表1 两组手术指标的比较（±s）

表1 两组手术指标的比较（±s）

组别 手术时间（min） 术中出血量（ml）对照组（n=20）观察组（n=20）t 值P 值80.62±11.26 51.49±9.83 12.694 0.000 131.53±15.81 101.64±12.96 9.520 0.000

2.2 两组术后不同时间点康复情况的比较

随时间推移，两组的术后肿胀程度、VAS评分越来越低，负重情况评分越来越高；术后1、3、6 及12个月，观察组的肿胀程度、VAS评分低于对照组，负重情况评分高于对照组，差异均有统计学意义（P＜0.05）（表2）。

表2 两组术后不同时间点康复情况的比较（分，±s）

表2 两组术后不同时间点康复情况的比较（分，±s）

与本组术后1个月比较，aP＜0.05；与本组术后3个月比较，bP＜0.05；与本组术后6个月比较，cP＜0.05

组别 肿胀程度 VAS评分 负重情况对照组（n=20）术后1个月术后3个月术后6个月术后12个月观察组（n=20）术后1个月术后3个月术后6个月术后12个月2.47±0.28 1.76±0.34a 1.16±0.27ab 0.31±0.11abc 5.26±1.72 3.67±1.54a 1.95±1.13ab 0.59±0.25abc 0.19±0.11 1.13±0.47a 1.87±0.58ab 2.75±0.43abc t 术后1个月组间值P 术后1个月组间值t 术后3个月组间值P 术后3个月组间值t 术后6个月组间值P 术后6个月组间值t 术后12个月组间值P 术后12个月组间值2.01±0.31 0.81±0.19a 0.52±0.13ab 0.15±0.02abc 4.925 0.000 10.908 0.000 9.551 0.000 6.400 0.000 4.13±1.42 2.62±1.08a 0.76±1.04ab 0.27±0.12abc 2.266 0.029 2.497 0.017 3.465 0.001 5.161 0.000 0.32±0.15 1.95±0.49a 2.49±0.62ab 3.26±0.35abc 3.126 0.003 5.401 0.000 3.266 0.002 3.307 0.002

2.3 两组术后不同时间点关节功能的比较

随时间推移，两组的关节功能评分越来越高，术后1、3、6 及12个月，观察组的关节功能评分高于对照组，差异有统计学意义（P＜0.05）（表3）。

2.4 两组并发症总发生率的比较

对照组发生切口愈合不佳、医源性神经损伤各1例，未发生其他并发症，并发症总发生率为10.00%（2/20）；观察组发生切口愈合不佳1例，未发生其他并发症，并发症总发生率为5.00%（1/20），两组并发症总发生率比较，差异无统计学意义（χ2=0.000，P=0.548）。

表3 两组术后不同时间点关节功能的比较（分，±s）

与本组术后1个月比较，aP＜0.05；与本组术后3个月比较，bP＜0.05；与本组术后6个月比较，cP＜0.05

组别 HHS评分 Rasmussen 评分 AOFAS评分对照组（n=20）术后1个月术后3个月术后6个月术后12个月观察组（n=20）术后1个月术后3个月术后6个月术后12个月34.52±4.53 46.63±5.16a 61.24±3.97ab 66.84±3.27abc 7.69±1.47 19.64±2.46a 23.47±2.31ab 24.19±1.91abc 42.57±3.56 67.84±4.56a 75.85±3.73ab 80.26±4.59abc t 术后1个月组间值P 术后1个月组间值t 术后3个月组间值P 术后3个月组间值t 术后6个月组间值P 术后6个月组间值t 术后12个月组间值P 术后12个月组间值39.79±4.61 54.34±5.23a 68.72±4.25ab 71.52±3.16abc 2.375 0.031 3.056 0.008 3.752 0.002 2.992 0.009 9.63±1.51 23.34±2.57a 26.94±2.25ab 27.06±1.82abc 2.337 0.039 2.639 0.023 2.739 0.019 2.771 0.018 48.64±3.92 75.32±3.16a 81.53±3.61ab 86.97±4.37abc 2.563 0.034 3.015 0.017 2.447 0.040 2.368 0.045

3 讨论

手术是临床治疗关节内骨折的主要方式，其中切开复位异形钢板内固定术是临床传统治疗关节粉碎性骨折的常用治疗手段，该术式大都通过X线或二维CT 图像制订手术方案，但由于关节粉碎性骨折解剖结构复杂，常规影像难以对其做出精准判断[9]。有研究认为，通过对二维CT 图像进行三维重建可呈现骨折处立体结构，并详细了解骨折情况[10]。但CT三维重建所得若干截面的三维图像不能从多方向、多角度进行动态观察，难以满足不同患者、不同术式的手术要求。

3D打印技术是一种快速成型技术，以三维数字模型为基础，采用塑料及金属粘合制造实物，该技术可将复杂的骨折解剖结构模型按照1∶1 比例打印出来，清晰呈现患者骨折情况[11-12]。刘海棠等[13]研究表明，3D打印技术用于踝关节骨折患者可多方位多角度展示踝关节骨折形态，利于准确观察骨折部位，而提高临床治疗效果。本研究将3D打印技术用于高能量关节内骨折患者，结果显示，观察组的手术时间更短，术中出血量更少（P＜0.05），提示该技术利于缩短手术时间，减少术中出血量。分析其原因在于，3D打印技术将患者骨折情况以1∶1 大小的模型呈现出来，术前通过计算机软件模拟复位，预弯钢板操作，有效缩短手术时间，提高内固定安装精准度，而减少术中出血量[14-15]。本研究结果显示，术后1、3、6 及12个月，观察组组的肿胀程度、VAS评分低于对照组，负重情况更佳，关节功能评分更高（P＜0.05），提示3D打印技术用于高能量关节内骨折患者利于促进机体康复，提高关节功能恢复。究其原因在于，3D打印技术的应用促使医生能更加直观了解患者骨骼变形情况及骨折部位解剖情况，便于制定最合理的治疗方案，使术后关节能复位至理想程度。

综上所述，3D打印模型辅助治疗高能量关节内骨折手术患者，可有效缩短患者手术时间，减少术中出血量，促进关节功能恢复，使患者获益。