3D打印技术在儿童复杂踝关节骨折中的应用

李荣强

（河南省鹤壁市人民医院 骨科，河南 鹤壁 458030）

踝关节又称为距骨小腿关节，由胫、腓骨下端关节面和距骨构成，是人体重要的活动和负重关节，儿童踝关节骨折为骨科常见损伤，多与间接暴力引发踝部扭伤有关［1］，一旦患儿得不到及时有效治疗，易诱发关节稳定性、力线问题及畸形等，导致下肢残疾或关节活动障碍等疾病，影响患儿生长发育［2］。外科手术是踝关节骨折患儿有效治疗方案，以往手术设计多借助二维图像，但传统二维图像对显示骨折结构数据的精确性较差，较难进一步与手术器械精确拟合［3］。随着医学技术不断发展，近期3D 打印技术在不同类型骨折治疗中都有报道，且都取得较好疗效［4-5］，3D打印技术中的数字化术前设计更利于实现虚拟跨越到现实的模拟。本研究旨在探讨3D 打印技术在儿童复杂踝关节骨折中的应用价值，现报道如下。

1 资料与方法

1.1 临床资料

选取2016 年3 月至2018 年 3 月本院收治的62 例复杂踝关节骨折儿童为研究对象。入选标准：①入院后经薄层CT 扫描确诊为复杂踝关节骨折；②年龄＜18 岁；③有外科手术治疗适应证；④本研究符合赫尔辛基宣言，获得医院伦理委员会批准同意。排除标准：①合并其他部位骨折；②合并恶性肿瘤；③合并凝血功能障碍或其他全身性疾病者。本组62 例患者，男33 例，女29 例；年龄3～17 岁，平均（12.01±2.16）岁；骨折AO（Arbeitsgemeinschaft für Osteosynthesefragen）分型：A 型 14 例、B 型 29 例、C 型 19 例；骨折部位：左侧34 例、右侧28 例。本研究经院医学伦理委员会批准同意且所有研究对象均签署知情同意书。

1.2 研究方法

仪器设备：马克博特复制器2 （MakerBot Replicator 2），3D 打印机（MakerBot 公司生产），DELL T7500、DELL M6600 图形工作站（Dell 公司生产），Mimics 14.0 医学三维重建软件（Materialise公司生产）以及Windows7 Ultimate 64 bit 操作系统。参数：LightSpeed 64 深蓝版的CT 机（GE 公司生产，数据以DVD 光盘形式输出），骨折踝关节为扫描部位，扫描电压80～120 kV，扫描电流35～264 mA，扫描螺距 0.50～1.01 mm。

手术操作：患儿取仰卧位，垫枕置于患侧踝部下方，常规消毒骨折部位铺巾后，手法复位处理，尽量恢复骨折旋转畸形、下肢长度以及力线至正常，如有需要可用复位钳经皮钳夹协助复位。参照患者不同骨折类型，选择手术入路，合并有后踝骨折患儿则可选踝关节后内或后外侧录入，内外踝骨折则选踝关节内、外侧切口，充分暴露骨折端，按照手术设计情况选择预塑形钢板置入位置；若骨折位移明显或骨折块较大，则需实施打印模型模拟复位，而后在预弯钢板协助下实施临时手术固定或是骨折复位；C 型臂X 线机透视下观察钢板置入位置、长度，待符合手术设计要求后按照术前设计的螺钉进入方向、长度进行固定；影响关节面骨折者，应在骨折复位的同时尽可能恢复解剖结构；对于骨折端缺损患儿，有限切开联合同种异体骨植骨治疗；对于骨折块较大患儿，应在透视下实施拉力螺钉固定，术后常规留置引流管，逐层缝合并关闭手术切口。术后常规进行抗感染治疗。运用美国脊柱损伤委员会（American Spinal Injury Association, ASIA） 标准［6］对患儿术前、术后1、3 个月运动功能进行评估，评分范围0～10 分，评分越高运动功能越好。分析踝关节骨折3D 实物模型打印及手术效果；观察患儿手术前后运动功能评分变化。

1.3 统计学方法

采用SPSS 20.0 软件对数据进行统计学分析。计量资料以均数±标准差（）表示，组内不同时间点计量资料比较行重复测量数据的方差分析。P＜0.05 为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 踝关节骨折3D实物模型打印及手术效果

依据患儿CT 扫描数据以及3D 打印技术打印的实物模型（比例为1∶1）立体感强，并且通过多角度和多方向对踝关节骨折部位形态学以及外观特点进行显示。62 例复杂踝关节骨折患儿手术均顺利开展，共植入78 块钢板、168 枚螺钉，螺钉及钢板置入方向和长度应与术前3D 打印技术设计高度吻合，平均手术时间（51.26±11.03）min，平均X 线照射次数（4.03±1.01）次，术后1 年复查X 线片提示踝关节骨折复位良好，钢板以及螺钉在位良好。

2.2 患儿手术前后运动功能评分变化

术后1、2、3 个月62 例患儿运动功能评分较术前明显升高，且术后1、2、3 个月运动功能评分依次明显升高，差异有统计学意义（P＜0.05），见表1。

表1 患儿手术前后运动功能评分变化（,n=62）

表1 患儿手术前后运动功能评分变化（,n=62）

不同时期术前术后1个月术后2个月术后3个月F值P值运动功能评分/分4.02±1.01 5.98±1.36 7.49±1.68 9.21±2.06 121.662 0.000

3 讨论

近年来随着建筑行业以及交通运输行业的迅猛发展，踝关节骨折发生率明显升高，其临床治疗难度也日益加大，确保骨折踝关节解剖结构的良好复位已成为骨科临床医师研究的重点。数字技术的不断改进，为儿童复杂踝关节骨折患者精确化和个性化手术的制定提供了技术条件，自20世纪80 年代后期3D 打印技术首次应用于外科手术，不少学者研究证实3D 打印技术可有效提高骨折患者手术成功率并提高临床治疗效果。杨光等［7］学者等采用3D 打印技术实现了骨盆骨折手术导板的设计制造，不仅有效缩短手术时间且避免术中透视，有效提高定位准确度，降低了手术难度。王鉴顺等［8］文献报告表明3D 打印技术可有效提高空心螺钉微创固定治疗不稳定型骨盆骨折的疗效；CHEN 等［9］研究也证实3D 打印技术应用于骨折患者手术治疗中有明确应用价值。由此可知，3D 打印技术在降低手术难度、提高疗效等方面有积极作用，主要是因为3D 打印模型可直观准确地显示骨折部位位移情况，借助计算机术前模拟利于患者个性化手术方案的制定。

本次研究结果发现62 例复杂踝关节骨折患儿治疗过程中采用3D 打印技术，同时借助CT 扫描数据对患儿踝关节骨折情况进行1∶1 实物模型建模，从多方位及多角度展示了踝关节骨折部位形态，利于手术顺利开展。62 例患儿均成功手术，术后1 年随访显示踝关节骨折复位良好，钢板以及螺钉在位良好，此外还发现62 例患儿术后1、2、3 个月运动功能评分依次明显升高，且均较术前明显升高，初步证实了3D 打印技术应用于复杂踝关节骨折患儿中可确保手术顺利开展、随访预后良好以及术后患儿运动功能的恢复。3D 打印技术应用于复杂踝关节骨折中有以下几点优势［10］：①可精准显示术中螺钉置入长度及方向，缩短手术测量时间，减少X 线照射量；②3D 打印技术可提高钢板预弯精准性，提高钢板置入位置的准确性，有效缩短手术时间；③3D 打印技术可精准显示骨折损伤程度及骨折解剖结构和骨折情况，利于选择合理治疗方案。

综上所述，3D 打印技术在儿童复杂踝关节骨折治疗中有明确应用优势，可为复杂踝关节骨折患儿合理治疗方案制定提供重要参考信息。