3D打印技术辅助治疗高能量Pilon骨折的临床研究

张光雁彭 宇彭兰林陈 振贾艳敏徐 可王庆波

(南方医科大学东莞广济医院，东莞市 523690)

3D打印技术辅助治疗高能量Pilon骨折的临床研究

张光雁1彭 宇2*彭兰林3陈 振3贾艳敏3徐 可3王庆波3

(南方医科大学东莞广济医院，东莞市 523690)

目的探讨3D打印技术辅助治疗高能量Pilon骨折的临床效果。方法62例高能量Pilon骨折患者，根据治疗方案不同分为研究组(n=31)与对照组(n=31)。对照组通过常规方法进行切开复位内固定，研究组通过3D打印技术打印出实物模型后实施手术。术后对两组患者随访1年。比较两组临床疗效、不良反应发生率、手术情况及手术前后踝关节功能活动度评分。结果研究组总有效率为90.32%，对照组为64.52%，两组对比差异有统计学意义(P＜0.05);研究组手术指标均优于对照组，差异具有统计学意义(P＜0.05);术前两组踝关节功能活动度评分对比，差异无统计学意义(P＞0.05)，治疗后，研究组评分优于对照组，差异有统计学意义(P＜0.05);研究组不良反应发生率(6.46%)低于对照组(38.73%)，差异有统计学意义(P＜0.05)。结论3D打印技术辅助治疗高能量Pilon骨折疗效确切，可有效改善患者踝关节功能，减少手术用时及出血量等，对术后功能恢复具有重要意义，且不良反应发生率较低，具有安全性，值得推广。

3D打印;辅助治疗;高能量Pilon骨折

Pilon骨折主要是指累及胫距关节面的一种胫骨远端骨折类型，76.1% ～84.8%的Pilon骨折患者合并严重软组织挫伤及腓骨下段骨折，对日常活动及生活造成了严重的影响［1］。交通事故、高处坠落及意外跌倒等均可诱发Pilon骨折，其表现为干骺端不同程度粉碎性骨折及压缩、负重轴线损坏及胫距关节面极度不稳定等［2，3］。如何对骨折端予以有效复位并恢复关节面平整性，尽量恢复踝部功能，已成为一项重要研究课题。传统保守治疗虽可在一定程度上改善临床症状，但整体疗效较差，易引发长期疼痛及关节功能障碍等多种并发症，对远期预后及生活质量造成影响［4］。随着数字化技术逐渐完善成熟，3D打印技术以能建立直观、立体实物模型等优势在骨科多种疾病中得到应用，取得了显著疗效。本研究选取我院62例高能量Pilon骨折患者，通过分组比较，探究3D打印技术辅助治疗高能量Pilon骨折临床效果。现将结果报告如下。

1 资料与方法

1.1 观察对象 纳入标准:符合中华医学会制定的Pilon骨折诊断标准［5］;经MRI及CT等影像学检查确诊;知晓本研究并签署知情同意书。排除标准:病理性骨折及开放性骨折者;合并糖尿病及其他内科疾病，可能对骨折与软组织愈合造成影响者;具有认知障碍或其他精神疾病，可能无法顺利配合完成本研究者。

1.2 一般资料 抽取2013年10月至2015年6月我院接收的符合纳入、排除标准的62例高能量Pilon骨折患者，根据治疗方案不同分为研究组(n=31)与对照组(n=31)。研究组男 18例，女 13例;年龄 23～65 (43.34±6.71)岁;Ruedi-Allgower骨折分型:Ⅱ型10例，Ⅲ型21例。对照组男20例，女11例;年龄22～68 (43.26±6.64)岁;Ruedi-Allgower骨折分型:Ⅱ型 11例，Ⅲ型20例。两组骨折分型、年龄、性别等临床资料对比，差异无统计学意义(P＞0.05)，具有可比性。

1.3 方法

1.3.1 三维模型建立及打印 将研究组患者踝关节CT数据传输入Mimics 10.01软件，建立骨折三维模型，随后通过不同颜色标识不同骨折块，并根据骨折块移位情况和形态对骨折予以模拟复位，随后将复位后三维模型传输入3D打印机中打印实物模型，依据模型选取长度、形态及种类适当的内固定物，明确其放置方向与具体位置，并评估是否需进行植骨及具体植骨量。

1.3.2 手术方法 依据骨折形态及术前设计内固定物放置位置选取入路方式(包括前外侧切口与胫骨远端前内侧切口)。研究组患者充分显露骨折端后，依据术前软件中所设计的复位顺序依次复位骨折块及植骨，行置入术前于3D打印复位后骨折实物模型上塑形解剖钢板，随后置入其他相关内固定物予以彻底固定。对照组充分显露骨折端后，依据骨折块移位情况，通过常规术式复位骨折块，并依据复位后骨折端具体情况选取适当螺钉及胫骨远端解剖钢板实施固定。若患者合并有腓骨下段骨折或中段骨折，则首先于腓骨外侧行纵向切口，复位腓骨后，通过腓骨远端重建解剖钢板或1/3管型钢材实施固定，如果需通过固定腓骨及胫骨骨折，则胫骨前侧切口与腓骨外侧切口间距离需＞7.0 cm，避免对软组织血运状态造成破坏。术后1年对两组患者进行随访。

1.4 观察指标 ①统计两组临床疗效;②对比两组手术情况;③对比手术前后两组踝关节功能活动度评分变化情况;④统计两组不良反应发生率。

1.5 评定标准 ①临床疗效，优:跖屈大于40°，背屈大于5°，成角畸形小于3°;良:跖屈幅度为30°～40°，背屈在0°～5°，内翻成角畸形小于3°，外翻成角畸形在3°～5°，存在间隙性疼痛感，服用止痛药后可缓解;可:跖屈在25°～30°，背屈在0°～5°，外翻成角畸形在5°～8°，内翻成角畸形在3°～5°，存在疼痛感，且对生活造成一定影响;差:跖屈小于25°，背屈小于5°，外翻成角畸形大于8°，内翻成角畸形大于5°;优良率=(优+良)/总例数×100.0%。②踝关节功能活动度评分:依据Olerud-Molander评分标准进行评定，分值越高表明踝关节活动度越好［6］。

1.6 统计学方法 通过SPSS 20.0对数据进行分析，以(±s)表示计量资料，组间比较用 t检验，以百分率(%)表示计数资料，组间比较用χ2检验，以P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 临床疗效 研究组总有效率为90.32%，对照组为64.52%，两组对比，差异有统计学意义(P＜0.05)。见表1。

表1 两组患者临床疗效比较 ［n(%)］

2.2 手术情况 研究组术中出血量、骨折愈合时间、手术时间均明显少于对照组，差异有统计学意义(P＜0.05)。见表2。

2.3 踝关节功能活动度评分 术前两组踝关节功能活动度评分对比，差异无统计学意义(P＞0.05);治疗后，两组均较术前显著改善，且研究组改善程度明显优于对照组，差异有统计学意义(P＜0.05)。见表3。

表2 两组患者手术情况比较 (±s)

表2 两组患者手术情况比较 (±s)

组别 n 手术时间(min)术中出血量(mL)骨折愈合时间(周)研究组31 50.18±6.72 81.22±10.18 14.63±1.36对照组 31 84.47±10.13 145.26±16.51 17.32±1.40 t值 15.705 18.383 7.674 P值 ＜0.001 ＜0.001 ＜0.001

表3 手术前后两组患者踝关节功能活动度评分比较 (±s，分)

表3 手术前后两组患者踝关节功能活动度评分比较 (±s，分)

组别 n 术前 术后 t值 P值研究组31 71.2±11.3 89.3±6.7 7.651 ＜0.001对照组 31 71.2±11.4 80.2±8.2 3.573 ＜0.05 t值 0.014 4.776 P值0.852 ＜0.05

2.4 不良反应发生率 研究组不良反应发生率为6.46%，对照组为38.73%，两组对比，差异有统计学意义(P＜0.05)。见表4。

表4 两组患者不良反应发生率比较 ［n(%)］

3 讨论

高能量Pilon骨折是一种具有较高危害程度的骨折类型，由于其致伤能量较高，因此极易导致关节软骨原发性损伤、骨量丢失、骨质血供破坏、胫骨极度不稳定等，并且关节面粉碎较为严重，常难以平整修复［7］。高能量Pilon骨折预后较差，具有较高致残率，对患者日常活动产生了严重影响。此外，骨折发生后软组织肿胀较为严重，部分患者可出现大量张力性水疱，因此需采用切开复位内固定术实施治疗。充分保护软组织后对胫骨远端粉碎关节面进行整复，并对干骺端骨缺损处进行充分植骨，对恢复关节面平整性及踝部生理机能具有重要意义［8］。坚强内固定物有助于术后早期进行功能恢复训练，减少或避免关节僵直及骨性关节炎等并发症发生。

由于高能量Pilon骨折较为复杂，通过手术进行复位及固定具有较大难度，因此术前应做好充分准备工作。传统多采用三维重建、CT平扫及踝关节X线片等方式提供骨折块移位信息，但平面显示的三维图像缺乏立体感与直观性，难以对不同骨折类型内固定物的选择提供有效指导依据。随着数字化技术不断发展，3D打印技术逐渐被运用于临床医学。3D打印技术又被称为快速成型技术，主要以三维数字模型为基础，通过液体或粉末状塑料或金属等可粘合材料，利用逐层打印方式建立实物模型。该技术可按1∶1比例打印出与人体骨骼几乎完全相同的骨骼结构，有助于临床医师直观观察骨骼变形、了解病变部位解剖情况，从而制定更加科学合理的有针对性治疗方案，并减少手术期间透视次数和术中出血量。由本研究结果可以得知，研究组临床疗效、手术时间及术中出血量等手术指标，踝关节功能活动度评分均明显优于对照组，差异有统计学意义(P＜0.05)，有力地佐证了3D打印技术辅助治疗高能量Pilon骨折的可行性及有效性。其主要原因是主治医师可于经复位处理的实物模型上进行模拟手术，术前预放置钢板，并根据骨折复位后骨骼形态预弯钢板，同时还可标识螺钉置入方向及位置。通过这种方式可避免术前准备大量备用手术器械，同时使骨折端更加满足解剖复位需求。另从本研究还可得知，研究组不良反应发生率明显优于对照组，差异有统计学意义(P＜0.05)，提示3D打印技术可有效降低不良反应发生率，对术后机体康复及远期预后均具有重要意义。该技术虽可有效提高高能量Pilon骨折临床疗效，但受该技术对材料具有较高要求，必须具备可降解性与相容、打印出实物模型用时较长及打印成本较高等的影响，导致该技术在临床应用中具有一定局限性。

综上所述，3D打印技术虽然仍存在一定局限性，但通过该技术辅助治疗高能量Pilon骨折疗效确切，可有效改善患者踝关节功能，减少手术用时及出血量等，对术后功能恢复具有重要意义，且不良反应发生率较低，具有安全性，值得推广。

［1］李 岩，袁 志.3D打印成型技术在复杂pilon骨折中的应用［J］.中华创伤骨科杂志，2016，18(1):42－46.

［2］王建军，薛书玉，邢菜云，等.分期策略治疗高能量pilon骨折［J］.中国骨与关节外科，2013，6(4):332－336.

［3］闫少清，宋俊兴，邵 杨，等.高能量Pilon骨折治疗方法临床研究［J］.中国处方药，2014，12(8):16－18.

［4］唐盛辉，孙永建，赵汉民，等.3D打印技术辅助治疗高能量Pilon骨折的临床应用［J］.中国矫形外科杂志，2015，23(22):2042－2046.

［5］俞 航，董启榕，储 辉，等.多轴锁定钢板内固定结合关节镜技术治疗高能量Pilon骨折［J］.中国骨与关节损伤杂志，2015，30(2):181－183.

［6］马 宁，饶志涛，张景生，等.高能量胫骨Pilon骨折手术方式的选择与治疗效果相关因素分析［J］.中华全科医学，2015，13(1):36－38.

［7］王彦超，徐小雄.高能量胫骨pilon骨折的诊疗进展［J］.中华创伤杂志，2014，30(1):88－91.

［8］李新春，康 麟，庞 渊.3D打印技术在Pilon骨折手术治疗中的应用［J］.新疆医科大学学报，2015，38(4): 471－473.

The clinical research of 3D printing technology in treatment of high-energy Pilon fractures

ZHANG Guangyan1，PENG Yu2*，PENG Lanlin3，CHEN Zhen3，JIA Yanmin3，XU Ke3，WANG Qingbo3
(Dongguan Guangji Hospital of Southern Medical University，Dongwan，Guangdong 523690，China)

ObjectiveTo investigate the clinical effect of 3D printing technology in treatment of highenergy Pilon fractures.MethodsA total of 62 patients with high-energy Pilon fractures were divided into control group(31 cases)and research group(31 cases)according to the treatment plan.The control group were treated with open reduction and internal fixation by routine method，the research group were treated with surgical therapy according the physical model printed by 3D printing technology.The two groups of patients were followed up for 1 years.The clinical effect，adverse reaction rate，operation condition and preoperative and postoperative ankle function scores were compared between the two groups.ResultsThe total effective rate of the research group was 90.32%，significantly higher than 64.52%of the control group(P＜0.05); The operation indexes of the research group were better than those of the control group(P＜0.05);Before treatment，the ankle function scores of the two groups had no obvious difference(P＜0.05);After treatment，the ankle function scores of the research group were higher than those of the control group(P＜0.05);The incidence rate of research group was 6.46%，significantly lower than 38.73% of the control group (P＜0.05).Conclusion3D printing technology in the treatment of high-energy Pilon fractures has curative effect，can improve the ankle joint function，and reduce operation time，amount of bleeding and adverse effects rate.It has significance on postoperative functional recovery and security，worth promoting.

3D printing;Adjuvant therapy;High-energy Pilon fractures

R 683.42

A

1673-6575(2017)01-0019-03

10.11864/j.issn.1673.2017.01.05

2016-10-17

2016-12-15)

张光雁(1980～)，男，本科，主治医师，研究方向:骨外科学。

*通信作者