3D打印技术模拟复杂Pilon骨折的临床应用▲

吴琦明 孙基锴 唐文成

(广东省东莞市石排医院骨科，东莞市 523330)

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、关节面压缩及关节软骨损伤，对患者的日常活动及生活造成严重的影响[1-2]。由于胫骨远端解剖结构复杂，Pilon骨折粉碎、移位较重、关节面损伤严重，对关节面及力线良好复位非常困难，复位不良可导致关节软骨变性及创伤性关节炎的发生[3]。如何在术中尽可能恢复关节面的平整以及降低软组织的损伤程度，对于手术的成败至关重要。因此，全面的术前评估及规划对于Pilon骨折的治疗显得尤为重要。通常在术前对患者进行 X线检查及CT平扫加三维重建，但是平面、三维图片提供的立体感和直观感方面始终不如模型。本研究回顾性分析3D打印技术进行复杂Pilon骨折的术前骨折复位、植骨内固定等模拟操作，制定详尽的术前设计，获得了较好的临床效果。现报告如下。

1 资料与方法

1.1 一般资料 选取我科2015年1月至2017年5月收治的30例Pilon骨折患者为观察对象。纳入标准：符合中华医学会制定的Pilon骨折诊断标准[4]，同意参与本研究并签署知情同意书。排除标准：Gustilo II型以上开放性骨折；病理性骨折；无法配合此项研究者。根据入院顺序编号，将患者随机分为对照组和试验组，每组15例。试验组采用3D打印快速成型技术进行术前计划，其中男11例，女4例；年龄(36.9±4.8)岁；骨折AO分型：C2型7例，C3型8例。对照组采用传统切开复位内固定术，其中男9例，女6例；年龄(31.8±9.2)岁；骨折AO分型：C2型6例，C3型9例。两组患者一般资料比较，差异均无统计学意义(P>0.05)，具有可比性。

1.2 方法

1.2.1 试验组 ①模型制作：所有患者行踝关节CT扫描检查，构建三维数字模型(图1、图2)，将其医学数字成像与通讯(DICOM)数据输到院外3D打印公司，采用选择性激光烧结技术按1 ∶1 比例打印Pilon骨折模型，打印机器为激光烧结设备Farsoon 401，打印材料为用于激光烧结的尼龙粉末材料，模型打印时间一般为24～36 h。②模拟手术：术前根据骨折影像学资料及3D可视模型，准确评估骨折移位的方向、关节面的塌陷部位，制定手术入路及内固定方式，采用强力胶水粘合模拟骨折复位过程、手术步骤、钢板长短及预弯塑形、螺钉分布及长短(图3～图6)，预判是否需要植骨，制定个体化的手术方案。③实际手术：全麻或持续硬膜外麻醉，患者取仰卧位，大腿根部上止血带，根据术前设计手术方案决定手术入路及步骤，复位骨折端，用异体骨或取自体髂骨植骨，按术前计划用内外侧解剖板、“T”型板及螺钉固定。术后C型臂透视确认复位、固定满意。

1.2.2 对照组 采用传统手术方式，根据术前影像学检查进行术前评估，由同一手术团队进行手术设计并实施手术，如有腓骨骨折首先复位并固定腓骨骨折断端。根据胫骨骨折术前影像资料决定采用前侧、后侧或联合手术入路。以腓骨长度为参照复位胫骨关节面，选择解剖钢板塑形后固定骨折断端，术中C型臂透视调整螺钉置入方向及长度。术后常规留置引流。

图1 术前CT检查，构建三维数字模型

图2 术前CT检查，构建三维数字模型

图3 模拟手术：采用前后双解剖钢板固定骨折断端。

图4 模拟手术：采用前后双解剖钢板固定骨折断端

图5 术后CT三维重建，内固定钢板及螺钉位置与术前设计一致

图6 术后CT三维重建，内固定钢板及螺钉位置与术前设计一致

(图1～图6：患者男性，47岁，交通意外后2 h入院。入院诊断：左Pilon骨折。术前CT三维检查显示骨折AO分型为43-C3型骨折。术前根据3D打印模型进行模拟手术，采用前后双解剖钢板固定骨折断端。术后复查CT三维重建可见骨折端解剖形态恢复，内固定钢板及螺钉位置与术前设计一致。)

1.3 观察指标 记录两组手术时间、术中出血量、骨折愈合时间等指标。以末次随访时Kofoed评分作为治疗效果评价标准：从疼痛、功能和活动度三个方面评估踝关节功能，疼痛50分，功能30分，活动度20分，其中85～100分为优；75～85分良；70～74分为可；低于70分为差。优良率=(优+良)/总例数×量100%。

1.4 统计学分析 采用SPSS 19.0统计学软件进行数据分析。计量资料用均数±标准差(x±s)表示，组间比较用t检验；计数资料用百分率(%)表示，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 手术情况比较 所有患者术后获得6～15个月的随访(平均11个月)。与对照组相比，试验组手术时间更短，术中出血量更少，差异有统计学意义(P<0.05)。两组骨折愈合时间、术后Kofoed功能评分比较，差异无统计学意义(P>0.05)。见表1。

表1 两组患者手术指标比较 (x±s)

2.2 临床效果比较 经术后影像学检查，试验组所有螺钉位置均正常；对照组1例发生螺钉误入关节腔，经二次手术调整螺钉方向后顺利康复。

2.3 随访情况比较 末次随访时，对两组患者进行Kofoed评分：试验组优8例，良7例，优良率为100%(15/15)；对照组优3例，良10例，可2例，优良率为86.7%(13/15)。两组临床效果比较，差异无统计学意义(u=1.867，P=0.068)。

3 讨 论

Pilon骨折约占下肢骨折的1%，占胫骨骨折的5%～10%[5]。复杂胫骨Pilon骨折是高能量损伤所导致的胫骨远端关节内骨折，关节面压缩、塌陷，同时可合并不同程度的软组织损伤。根据Ruedi-Allgower分型，Ⅱ型和Ⅲ型 Pilon骨折因骨折移位、关节不稳、轴向对线不良破坏踝穴的稳定结构，非手术治疗不能达到骨折复位固定的目的，可造成骨折不愈合或愈合不良，远期导致创伤性关节炎[6]。手术治疗的目的是使骨折关节面达到解剖复位，塌陷关节面复位后的植骨及坚强固定，以便获得良好的踝穴关系，避免软组织损伤，减少术后并发症的发生[7]。为取得满意的手术效果，我们需要全面分析复杂Pilon骨折的骨折形态，从而制定正确的手术方案。当下手术常规使用的内植入物无法充分满足个体差异，骨科医生只能依靠经验在手术中选择相应的内固定材料，或者在手术过程中现场塑形，调整至适当的形状，不仅浪费了手术时间，也很难做到尽善尽美[8]。

数字骨科学是计算机及辅助科学与骨科学相结合的一门科学。3D打印技术可以三维立体呈现骨折原貌，可以帮助骨科医生制定手术计划，对手术时间、复位质量及远期疗效均有有益的影响。利用计算机软件将患者三维CT的影像数据进行读取、整合、取舍，然后进行三维重建，直接生成3D打印机可以识别的STL数据，有选择性地逐层固化液态光敏树脂，逐层堆积，形成实体，完成模型制备[9]。

本研究表明，3D打印技术的应用使二维纸上术前计划转变为立体的、直观的术前准备，对手术的指导作用非常重要，已经广泛应用于临床骨科，使骨折能立体地展现在术者面前，具有完整、直观、可重复性好等优点[10]。术者可以直接根据3D模型直观地明确骨折类型，从而再直观地做好术前准备，包括手术切口选择、复位计划、内固定方案等，大大减少手术时间、切口问题和降低感染等，提高骨折复位质量和固定的强度，提高患者功能恢复，减少术者和患者的医源性放射性损伤[11]。

综上所述，术前应用3D打印技术，通过实物模型进行模拟手术，容易被广大基层医院骨科医师接受和掌握，易于在基层医院中推广，并能使广大Pilon骨折患者避免因手术医生术前评估不足造成的各种不良的预后，提高患者的生活质量，具有广阔的应用前景和良好的社会效益。