3D打印技术结合标志定位法在胫骨远端A型骨折中的临床应用*

刘彬 张清 刘融 张国华 陈超斌 张勇 胡锋 韦盛 周一林 杨翾 孙鹏

胫骨远端骨折是骨科常见骨折，占所有胫骨骨折的7%～10%，致伤原因多为车祸伤、坠落伤、重物砸伤及摔伤等，以不稳定骨折更为常见，常需要手术治疗[1-3]。有研究表明，通过微创接骨板内固定技术治疗胫骨远端骨折，若复位不良、钢板放置不当会影响下肢负重轴线，致使邻近关节创伤性关节炎的发生[4]。随着3D打印技术的发展，其在骨科中已经有了广泛的应用[5]，解决了很多难题，在胫骨远端骨折中的应用也并不少见，借助3D打印技术能够对胫骨远端骨折选择最佳的手术方式并模拟手术过程[6]。但准确地将术前计划应用于实际手术仍然是一个挑战[7]，结合3D打印技术，本文提出了一种简单易行的标志定位方法来定位术中钢板的放置位置，旨在研究3D打印技术结合标志定位法在治疗成人胫骨远端A型骨折中的临床应用价值。

1 资料与方法

1.1 纳入与排除标准

纳入标准：①明确外伤史；②闭合性骨折；③A型骨折；④年龄18～60周岁；⑤患者配合检查，有完整影像学资料；⑥患者配合随访，有完整随访资料。排除标准：①患有糖尿病，影响骨折愈合；②存在手术禁忌证无法手术患者；③肢体对称性较差，既往有偏瘫、小儿麻痹、截肢、双下肢骨折等病史；④病理性骨折。

1.2 一般资料

本研究回顾性分析武汉科技大学附属普仁医院骨科2019年1月至2021年2月收治的共62例胫骨远端骨折患者资料，根据手术方式患者被分为传统组与3D打印技术结合标志定位法组。传统组（31例）：男14例，女17例；年龄27～60岁，平均（46.16±7.58）岁；合并腓骨骨折31例；受伤至手术时间4～10 d，平均（7.00±1.80）d。3D打印技术结合标志定位法组（31例）：男16例，女15例；年龄30～60岁，平均（47.45±7.88）岁；合并腓骨骨折31例；受伤至手术时间5～11 d，平均（6.74±1.67）d。本研究通过武汉科技大学附属普仁医院伦理审核（k2021143），所有患者均自愿签署知情同意书。

1.3 手术方法

1.3.1 标志定位法

在3D打印模型上，选择最佳的钢板与螺钉与之匹配后，在矢状面上，测量胫骨最远端与钢板最远端距离a、骨折远端前侧最高点与钢板前侧缘距离b、骨折线近端最近置钉孔中心与胫骨前缘距离c、最近端置钉孔处钢板后缘与胫骨前缘距离d，在术中通过a、b、c、d四者距离可以确定钢板矢状面位置，冠状面上可通过对钢板施加压力调整其与胫骨之间的距离，笔者将此方法称为“标志定位法”，见图1。

图1 标志定位法测量示意图

1.3.2 术前准备

两组均完善术前检查，排除手术禁忌证。传统组根据术前X线（Hitachi DFA200，日本日立公司）及CT（德国SIEMENS公司）二维影像进行术前计划。3D打印技术结合标志定位法组术前收集患者患侧、健侧胫骨CT原始DICOM数据，经三维重建后通过3D打印机，打印出1∶1胫骨远端骨折模型与镜像模型，根据骨折模型，在镜像模型上描绘骨折形态，确定切口位置、长度，放置最佳匹配钢板，必要时进行折弯塑形，确定螺钉角度、长度，结合标志定位法，测量钢板与各标志距离。器械确定后消毒备用。待患肢张力性水泡愈合，肿胀消退后进行手术治疗，术前备皮，导尿，术前0.5 h预防性应用抗生素。

1.3.3 手术过程

两组手术均由同一组高年资医师完成，麻醉方式均为椎管内麻醉，均首先复位腓骨。麻醉成功后，患者取仰卧位，采用气压止血带，常规消毒、铺巾。复位腓骨后，取胫骨骨折断端前侧纵切口，可视下解剖复位胫骨骨折，断端加压固定，C臂透视满意。传统组：取内踝弧形切口，选取合适长度锁定接骨板，于胫骨内侧放置锁定接骨板，通过透视调整钢板位置，钢板位置满意后置入螺钉，通过透视调整螺钉角度、长度。3D打印技术结合标志定位法组：取内踝弧形切口，于胫骨内侧放置术前确定长度锁定接骨板，通过标志定位法将钢板调整至术前3D打印模型上确定的钢板位置，钢板位置满意后，置入术前模拟螺钉。两组必要时植入同种异体骨。

1.3.4 术后处理

术后2 d复查X线片。术后6 h内嘱患者去枕平卧，24 h内予以静脉滴注抗生素预防感染，24～48 h拔除引流管，48 h后指导患者床上行早期踝关节功能锻炼，6～8周复查X线评估愈合情况，酌情负重练习。

1.4 评价指标

收集两组患者的资料，包括手术时间、透视次数、术中失血量、复位质量、钢板放置位置、功能评估和术后并发症。钢板放置位置通过X线侧位片上钢板中线与胫骨力线之间的夹角和钢板中点与胫骨前、后径中点之间的距离评价，见图2。功能评估应用美国足踝外科协会评分表（American Orthopedic of Foot and Ankle Society，AOFAS）进行评分：90～100分为优；75～89分为良；50～74分为可；＜50分为差[8]。

图2 钢板放置位置评价示意图

1.5 统计学方法

应用SPSS 26.0软件分析数据。符合正态分布的计量资料以均数±标准差表示，采用独立样本t检验；计数资料用n（%）表示，采用χ2检验。P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

患者均得到随访，随访时间6～12个月，平均（9.23±1.71）个月。

2.1 两组患者的一般资料比较

两组患者的性别、年龄、受伤至手术时间、骨折类型、受伤原因等一般资料比较，差异无统计学意义（P＞0.05），具有可比性（见表1）。

表1 两组患者的一般资料比较

2.2 两组患者的复位情况比较

两组术中均进行有限切开，直视下进行骨折复位，参照长骨干骨折解剖复位标准[9]，术中透视见两组患者骨折均对位、对线良好，均达解剖复位，无短缩、旋转、成角畸形。

2.3 两组患者的术中指标比较

3D打印技术结合标志定位法组手术时间、透视次数、失血量均少于传统组（P＜0.05），差异有统计学意义（P＜0.05），见表2。

表2 两组术中指标对比（±s）

表2 两组术中指标对比（±s）

组别传统组（n=31）3D打印技术结合标志定位法组（n=31）t值P值手术时间（min）79.74±6.92 76.03±3.65 2.641 0.011透视次数（次）3.81±0.91 3.23±0.76 2.724 0.008失血量（mL）76.29±9.31 71.29±7.30 2.354 0.022

2.4 两组患者钢板放置位置、AOFAS功能评分比较

3D打印技术结合标志定位法组X线侧位片上钢板中线与胫骨力线之间的夹角平均（2.87±1.09）°，传统组平均（3.84±1.93）°；3D打印技术结合标志定位法组钢板中点与胫骨前后径中点之间的距离平均（1.52±0.93）mm，传统组平均（2.19±1.42）mm，差异均具有统计学意义（P均＜0.05）。两组患者术后6个月AOFAS功能评分比较，差异无统计学意义（P＞0.05），见表3。

表3 两组钢板放置位置、术后6个月AOFAS功能评分比较（±s）

表3 两组钢板放置位置、术后6个月AOFAS功能评分比较（±s）

组别传统组（n=31）3D打印技术结合标志定位法组（n=31）t值P值夹角（°）3.84±1.93 2.87±1.09 2.429 0.019距离（mm）2.19±1.42 1.52±0.93 2.220 0.031术后6个月AOFAS评分（分）96.97±1.82 93.26±3.50 1.016 0.313

2.5 两组患者术后并发症情况比较

两组术后均无畸形愈合、切口感染、皮肤坏死、邻近关节创伤性关节炎等并发症发生。

典型病例：患者，男，56岁。因外伤致左小腿肿痛、活动受限，急诊以“左胫腓远端骨折”收入院，入院后完善相关检查，结合3D打印技术与标志定位法，择期在椎管内麻醉下行“经皮微创钢板内固定术+有限切开”的手术方式，术后复查X线结果显示与术前计划完全一致，随访12个月，踝关节活动正常，功能优（见图3）。

图3 A.术前胫骨远端骨折X线正侧位；B.术前胫骨远端骨折CT图像；C、D.术前利用3D打印模型复位并在健侧镜像模型上描绘完整骨折线；E、F.术前选择最佳钢板螺钉与健侧3D打印镜像模型匹配；G.术前在3D打印模型上对标志定位法中距离a的测量，测得距离为0.8 cm；H.术前距离b的测量，测得距离为1.0 cm；I.术前距离c的测量，测得距离为2.0 cm；J.术前距离d的测量，测得距离为2.2 cm；K.对胫骨骨折端皮肤有限切开，直视下实现解剖复位；L.术中距离a的测量，测得距离为0.8 cm；M.术中距离b的测量，测得距离为1.0 cm；N.术中距离c的测量，测得距离为2.0 cm；O.术中距离d的测量，测得距离为2.2 cm；P.术后1 d X线正侧位；Q.术后1 d X线侧位片测量显示钢板中线与胫骨力线完全贴合

3 讨论

由于胫骨解剖特点，胫骨中上段横截面为三角形，胫骨远端膨大，横截面呈四方形，所以受到外力作用后，形态转变的移行交界处容易发生骨折。根据AO/OTA分型，胫骨远端A型骨折被分为亚型A1（螺旋）、A2（斜行）和A3（横行）[10]。相较于全身多数部位骨折，胫骨远端骨折术后恢复环境较差，这是因为胫骨远端紧贴皮下，软组织覆盖少，且骨折易损伤髓内滋养动脉，另外术中难免会破坏骨膜，多个因素共同造成胫骨远端血运不佳，局部循环障碍[11]，可出现皮肤感染、坏死，影响骨折愈合等情况[12]，此外胫骨上下关节面平行，一旦骨折断端术后对位不良、钢板偏置易发生创伤性关节炎，甚至内固定失效，骨折不愈合[6,13]。

对于胫骨远端骨折治疗，目前经皮微创接骨板内固定技术被广泛接受与应用[14-15]，通过闭合复位，微小切口，钢板不需紧贴骨面，使手术对软组织和骨膜的损伤降到最低，弹性固定使骨折断端产生相对微小运动，促进骨折端的骨痂生成和愈合，同时并发症少，可以达到很好的功能结果，是胫骨远端骨折的有效治疗方法[16-18]，但术中复位方式为闭合复位，可能出现断端对位不良、软组织嵌入、影响骨折愈合的情况发生，特别是骨折断端发生移位的情况，更易发生软组织嵌入，增加闭合复位难度和骨折不愈合风险[19]，有研究发现有限切开结合微创经皮接骨板内固定技术同样可以取得良好疗效，不会增加皮肤感染、坏死的可能性，并且减少了术中透视次数[20]。所以笔者术中选择在骨折断端进行有限切开，直视下复位，实现解剖复位，尽力避免骨折延迟愈合或不愈合的可能。

胫骨远端骨折的复位固定、关节面平整及踝关节功能的恢复仍然是手术的难点[21-22]。传统术前计划通过患者X线、CT影像资料不能直观、立体地显示骨折情况，很难对手术过程做出准确判断[23]，容易出现固定器械选择不佳，增加手术时间和风险[24]，3D打印技术的出现很好地解决了这些问题[25-26]，通过3D打印真实尺寸模型，笔者可以从任意角度观察骨折形态、利于医患沟通、判断骨折类型、测量骨折块的大小、确定复位顺序、在模型上选择最佳钢板螺钉，在术前计划和手术实施方面提供了巨大帮助[7,27-28]。张文举等[29]将3D打印技术应用于胫骨远端骨折，与传统手术方式对比，减少了手术时间和失血量。Zhang等[30]术前通过3D打印技术对胫骨远端骨折选择最佳手术方式，并模拟手术过程，术后取得了良好固定效果。

但正如前文提到，如何准确地将3D打印模型上预定的术前计划应用于实际手术仍然是一个挑战，术中操作与术前计划的一致性，很大程度上决定了手术的有效性，以往术中确定钢板位置主要通过经验和反复透视来确定，相对增加了手术时间和透视次数，一旦术中钢板放置位置不佳，术后很可能出现力线不稳、固定失效、邻近关节创伤性关节炎甚至骨折不愈合的情况，笔者认为3D打印技术在胫骨远端骨折的应用关键点为术中钢板位置同术前计划的准确放置，因为钢板位置确定后，螺钉自然确定，所以我们提出了一种标志定位法来辅助定位钢板位置，术前将钢板大小、位置在3D打印模型上确定，将测量位置选择在手术切口附近，不需增加额外切口，并选择相对可明显识别的骨性位置，方便定位与测量。

本文研究结果显示，3D打印技术结合标志定位法组与传统组相比，在复位质量、AOFAS功能评分方面无明显差异，两种方式均可达到良好的疗效，但3D打印技术结合标志定位法组钢板中线与胫骨力线之间的夹角更小，钢板中点与胫骨前后径中点之间的距离更近，钢板放置角度、位置更加贴合胫骨力线，透视次数更少，手术时间和失血量也相对减少，显示出术前通过3D打印技术确定钢板型号、位置，术中通过标志定位法确定钢板放置位置是可行有效的，此方法可提高钢板放置位置的准确度，进一步提高固定效果的可靠度，3D打印技术结合标志定位法在胫骨远端骨折微创接经皮接骨板内固定术中的应用可以实现精准、微创、个性化的治疗。

本研究将标志定位法与3D打印技术进行了充分结合，在术前，通过3D打印模型，全方位观察骨折形态、确定复位顺序、内固定物型号、位置、长度，进行了详细的术前计划，不需术前准备大量器械，术中再进行选择设计。在医患沟通过程中，在3D打印模型上清楚、直观地讲解骨折情况、手术过程及可能出现的风险，增加了患者及家属的理解程度和对医生的信任程度。在术中，通过标志定位法，使术前计划与术中操作钢板位置接近一致，避免了术后出现力线不稳、固定失效、创伤性关节炎等情况。术中透视次数的减少使医护人员和患者受到更少辐射。此外，选择微创经皮接骨板内固定术并在骨折断端有限切开的手术方式，在骨折复位和软组织保护之间达到了平衡。

但本研究仍具有一定局限性：术后随访时间不足，对远期预后缺少评估，包括远期踝关节和膝关节功能活动等；3D打印技术结合标志定位法组术前需要完善双下肢CT检查，并3D打印双下肢模型，增加了住院费用；本研究样本量较小，有待大样本、多中心研究进一步证实。

总而言之，3D打印技术结合标志定位法为胫骨远端A型骨折患者提供了个性化治疗方案，且与传统微创手术方式相比，钢板放置位置更加贴近胫骨力线，标志定位法为3D打印技术在胫骨远端A型骨折术前计划的准确实施提供了新思路。