3D打印在骨科复杂Pilon骨折的临床应用

陈仲育 陈新疆 陈永春

厦门市第五医院骨一科，福建厦门 361101

Pilon 骨折是指胫骨远端1/3 波及胫距关节面的骨折，胫骨远端关节面严重粉碎，骨缺损及远端松质骨压缩。常合并有腓骨下段骨折（约75%～85%）和严重软组织挫伤。Rockwood 等认为，Pilon 骨折应包括：（1）踝关节和胫骨远端的干骺端骨折，通常伴有踝关节的关节面粉碎性骨折；（2）内踝骨折；（3）胫骨前缘骨折；（4）胫骨后面横形骨折。Pilon骨折的发生率在胫骨骨折比例中占据6%～11%。Pilon 骨折如若手术中复位不当很可能会造成患者的关节软骨变形、创伤性关节炎等，同时，术后常会出现感染以及皮肤软组织坏死甚至截肢等并发症。医生在治疗时，选取最佳的黄金治疗时间，可以将手术中患者切口坏死49%几率风险降低到9%以下。常规的术前治疗检查采用的是CT 三维重建、X线片、MRI 等，这些手术资料比较笼统，医生没有办法实施较为细致的手术方案，导致术中不断的更改手术方案，影响术后的治疗效果，并且伴有一系列的并发症出现。本研究通过选取2014 年5 月～2018年5 月的92 例患者，其中46 例利用3D 打印模型制定手术方案，模拟手术步骤，通过影像学方法CT采集数据，利用数字医学技术设计三维立体图形，设计个体化钢板，并通过3D 打印技术打印模型，设计手术方案。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的方式，采用强力胶水粘合模拟骨折复位过程、手术步骤、提前预判钢板长短及预弯塑形、螺钉分布及长短、放置位置及角度，预判是否需要植骨，制定个体化的手术方案。能够有效的缩短手术时间以及术中透视时间，使整个手术在临床中取得了良好的效果，现报道如下。

1 资料与方法

1.1 一般资料

选取我院2014 年5 月～2018 年5 月所收治的92 例Pilon 骨折手术患者，随机分组经伦理委员会通过以后，随机分为观察组和对照组。观察组患者46 例，采用3D 打印内固定术，男22 例，女24 例，年龄26 ～56 岁，平均（38.4±5.8）岁，伤口原因：摔伤10 例，交通事故20 例，高处掉落16 例；对照组患者46 例，采用传统切开复位钢板内固定手术进行患者治疗，男23 例，女23 例，年龄25 ～55 岁，平均（39.8±5.6）岁，伤口原因：摔伤11 例，交通事故15 例，高处掉落20 例。两组一般资料比较，差异无统计学意义（P ＞0.05）。

纳入标准：（1）患者年龄在19 岁以上，骨骼发育完全；（2）患者通过CT 三维重建以及X 线片的检查，确诊为Pilon 骨折的Ruedi-Allgower 分型中的Ⅲ～Ⅴ型。Ⅰ型：无移位骨折；Ⅱ型：骨折移位较小；Ⅲ型：关节面骨折伴有几个大的骨折块；Ⅳ型：关节面骨折伴有几个骨折块，同时还有一个较大的干骺端骨缺损；Ⅴ型：关节面严重移位及骨质严重粉碎。（3）患者出现骨折时间为1 ～2 周，进行过切开复位内固定治疗。

1.2 方法

观察组患者的踝关节通过CT 创建三维模型（西门子SIEMENS Biograph6 PETCT），经过Minics电脑软件通讯数据以及医学数字成像的处理[1-2]，按1 ∶1 运用激光烧结对Pilon 骨折模型进行3D打印（北京汇天威科技有限公司，HORI Z600），打印器材选用3dsystems 公司的光敏树脂。（1）手术前通过3D 建模和影像数据为骨折位移进行手术思路的制定以及治疗方案的采取。（2）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。通常先复位主骨块，再复位胫骨前唇或后唇塌陷、压缩的关节面，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，见图1 ～6。（3）术中C 型臂透视确认复位、固定满意，逐层缝合，并放置负压引流管，必要时VSD 负压吸引，见图7 ～8。

病例：许xx，男性， 30 岁，高处坠落伤，利用观察组方法对其进行治疗以及术后恢复情况，下图所示。

图1

图2

图3

图4

图5

图6

图7

图8

对照组患者通过相关影像数据对骨折处进行复位，安置好钢板以及内置物品，进行固定，术后为患者缝合伤口，留置引流管，必要时VSD 负压吸引。

1.3 观察指标

对两组患者的手术时间、出血量、伤口愈合情况回访，记录患者是否出现并发症以及骨折的愈合情况，同时对患者的治疗效果、疼痛度以及复位情况做出评估[3]。（1）观察X 线片踝关节的正侧位胫骨远端皮质，骨折处出现连续性骨痂通过，视为骨折愈合。（2）运用放射学Burwell、Chamley 对骨折复位进行评估，解剖复位：内外踝无侧方、成角移位，纵向分离与嵌插＜1mm，后踝向近侧移位＜2mm，无距骨移位；复位一般：内外踝无侧方、成角移位，外踝前后方向移位2 ～5mm，后踝向近侧移位2 ～5mm，无距骨移位；复位差：任何内外踝侧方移位，外踝前后方向移位＞5mm，或后踝移位＞5mm，有距骨移位。（3）通过踝关节Mazur 功能性的评分[4]：优：＞92 分，踝关节正常，无肿痛发生，不影响正常的生活，可自如行走；良：87 ～92分，踝关节有轻微肿痛，活动度为正常的75%；可：65 ～86 分，踝关节活动严重疼痛，活动度为正常的50%，不影响正常的行走，需服用止痛药镇痛治疗；差：评分＜65 分，正常行走也会有疼痛，活动度仅为正常的50%，踝关节肿痛严重。

表2 两组患者治疗效果比较[n（%）]

1.4 统计学方法

采用SPSS18.0 软件对两组数据进行分析，计量资料以（）表示，采用t 检验，计数资料以[n（%）]表示，采用χ2检验，P ＜0.05 为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 两组患者手术情况比较

通过两组手术时间、出血量的数据比较，观察组采用3D 打印术所用时间以及术中出血量都低于对照组，差异有统计学意义（P ＜0.05），见表1。

表1 两组患者手术情况比较

表1 两组患者手术情况比较

组别 n 手术时间（min） 出血量（mL）对照组 46 137.9±21.6 713.5±103.6观察组 46 92.1±11.5 523.4±82.6 t 14.346 35.325 P 0.000 0.000

2.2 两组患者治疗效果比较

观察组的治疗效果（95.65%）明显高于对照组（45.65%），差异有统计学意义（P ＜0.05），见表2。

2.3 两组患者病发率情况比较

两组患者术后出现伤口感染、愈合畸形以及愈合时间缓慢进行比较，对照组病发率为26.1%，观察组病发率为19.6%，对照组稍高于观察组患者的病发率，差异无统计学意义（P ＞0.05），见表3。

3 讨论

社会的不断前进带动了我国建筑业以及交通的发展，因此，Pilon 骨折患者也随之增加[5-7]。Pilon 骨折主要特征为：骨折处位移明显、骨折粉碎、关节面受损较为严重，手术进行中，需要将患者的骨折处完全暴露，同时手术时间较长、伤口面积大、创伤性大、患者出血量大、关节皮肤周围组织容易坏死并且被感染、术后踝关节僵硬、骨折愈合畸形、创伤性关节炎以及严重情况下直接导致患者出现休克状态、截肢等并发症。对患者的日常生活以及家庭带来严重影响，使患者的患肢出现严重的功能性障碍[8-10]。

表3 两组患者病发率情况比较[n（%）]

3D 打印技术的主要特征：善于制造复杂实体，同时拥有极高的精确度以及分层叠加[11-12]。在医学领域中，相关人员利用3D 打印将人体结构的空间位置进行实体化显示。本研究通过选取复杂Pilon 骨折患者进行实验研究，观察组患者采用3D打印技术进行治疗，不仅减少了术中出血量以及手术所需时间，同时降低了并发症的发生概率以及手术风险[13]。观察组采用3D 打印术所用时间以及术中出血量都低于对照组（P ＜0.05）；观察组的治疗效果明显高于对照组（P ＜0.05）；对照组病发率为26.1%，观察组病发率为19.6%，对照组稍高于观察组患者的病发率，差异无统计学意义（P ＞0.05）。导致两组患者的复位情况、愈合率和优良率无太大差异，主要原因为：（1）术前进行3D 模拟中没有考虑其对软组织所造成的影响，事实上胫骨远端处被肌肉、肌腱、肌膜等软组织所覆盖，在放置钢板时，可能会出现极小的偏差[14]。（2）3D 打印技术虽然能够对人体结构进行建模，但是对于内部神经、肌腱和血管等重要组织无法显示，因此，实际操作和制定的方案会有所偏差[15]。

综上所述，应用3D 打印将患者Pilon 骨折打印成1 ∶1 仿真模型，可以还原骨折“原貌”，清晰显示骨块位置和尺寸，精确模拟螺钉、钢板的植入过程，术前能确定钢板的数量、位置、长度及螺钉数量、分布、植入角度，为手术策略的制定提前确定数据，同时还可以为术中植骨做出预判，缩短手术时间，简化操作步骤，尤其对胫骨远端关节面粉碎、塌陷缺损程度及软骨面受损度提供立体资料。和传统手术进行对比，3D 打印的精确度更为突出，治疗效果显著。3D 打印技术在医学领域上还存在着一些局限性，因此需要相关人员进行改善与创新，随着社会信息时代的不断发展，我国在数字医学、新材料以及影像学方面将会出现新的突破，对于3D打印技术在未来医学临床的应用值得期待。