3D打印技术在Ruedi-AllgowerⅡ、Ⅲ型Pilon骨折治疗中的应用研究▲

罗春强 李鉴轶 林荔军

(1 南方医科大学南方医院新塘医院, 广东省广州市 511340；2 南方医科大学基础医学院人体解剖学教研室，广东省广州市 510515；3 南方医科大学珠江医院骨科，广东省广州市 510282)

胫骨Pilon骨折是累及负重关节面与干骺端的胫骨远端骨折,约占下肢骨折的1%，胫骨骨折的3%～10%[1]。其中的Ruedi-Allgower Ⅱ、Ⅲ型骨折为复杂Pilon骨折，表现为干骺端不同程度的压缩性、粉碎性骨折，以及骨折高度不稳定和关节软骨的原发性损伤。手术需要广泛暴露，创伤大、出血多、时间长，发生感染、组织坏死等并发症的风险高、致残率高[2]。3D打印技术可提供直观立体的个体化模型，进行模拟手术等操作，在医学领域的应用方兴未艾。本研究拟将3D打印技术应用于复杂Pilon骨折的手术治疗中，通过对骨折三维数字模型的虚拟复位、3D立体模型的模拟手术，实现个体化手术设计，并运用于临床进行精准的手术治疗。此外，与传统手术进行比较，以评价3D打印在复杂Pilon骨折治疗中的临床应用效果。现将结果报告如下。

1 资料与方法

1.1 一般资料 纳入标准：术前CT检查，诊断符合Ruedi-Allgower分型Ⅱ、Ⅲ型；外伤史明确，骨折发生至手术时间≤3周。排除标准：患侧踝关节既往疾患；合并患肢其他部位骨折或脱位；病理性骨折。根据纳入、排除标准，选择2017年7月至2019年3月在我院接受诊治的Ruedi-Allgower Ⅱ、Ⅲ型Pilon骨折患者共21例，利用随机数字表法分为3D打印组(11例)和传统组(10例)。3D打印组男9例、女2例；年龄19～61(33.7±0.2)岁；Ruedi-Allgower Ⅱ型5例、Ⅲ型6例；致伤原因：高处跌落伤5例，交通伤6例。传统组男7例、女3例；年龄23～57(34.6±8.9)岁；Ruedi-Allgower Ⅱ型4例、Ⅲ型6例；致伤原因：高处跌落伤3例，交通伤7例。两组患者的一般资料比较，差异无统计学意义(均P>0.05)，具有可比性。

1.2 方法

1.2.1 传统组 患者入院后行患侧的跟骨结节骨牵引，开放性损伤者先行清创缝合后行骨牵引，待局部软组织条件改善后行手术治疗。

1.2.2 3D打印组 在MIMICS 13.0软件中重建三维标本，进行数字化测量，行虚拟复位。使用MBot 3D打印机(Cube Dual型)打印出1 ∶1的Pilon骨折模型，进一步明确诊断与分型。对骨折立体模型进行解剖学测量，开展模拟手术，优化手术方案，进行植入物模拟及预弯，测量复位的入路及骨折块复位移动的距离和角度，获取个性化的手术方案。对于复位困难的骨折，根据骨折块的具体情况，尝试不同复位方法。根据个性化手术方案，进行临床手术。手术方法：选择胫骨远端前内侧入路、后内侧入路或后外侧入路，联合入路时须确保皮肤切口间足够宽的皮桥。腓骨骨折复位及内固定，撬拨复位重建胫骨远端关节面，植骨填充干骺端的骨缺损，摆放接骨板于合适位置后打入螺钉固定，透视确认骨折复位效果及内固定合适位置。

1.3 观察指标 记录两组手术时间、术中出血量、功能评分(AOFAS踝与后足主观评分标准)、骨折愈合时间，以及组织坏死、感染等并发症情况。关节面复位效果：术后在三维重建的基础上测量关节面整复情况，参照邱卫华等[3]评估关节面复位的方法，测量关节面复位后的最大阶梯高度，认为最大阶梯高度越小，复位效果越好。

1.4 统计学方法 采用SPSS 20.0统计学软件进行数据分析，符合正态分布的计量资料用(x±s)表示，组间比较采用t检验。以P<0.05为差异有统计学意义。

2 结 果

2.1 手术时间、术中出血量等指标比较 3D打印组手术时间、术中出血量少于传统组，复位后的关节面最大阶梯高度低于传统组，术后踝关节功能评分高于传统组，差异均有统计学意义(均P<0.05)；两组患者骨折愈合时间差异无统计学意义(P>0.05)。见表1。两组患者均无组织坏死及感染发生。

表1 两组手术时间、术中出血量等指标的比较 (x±s)

2.2 典型病例 患者男性，41岁，因交通伤致左胫骨Pilon骨折，于2018年3月入院，属Ruedi-Allgower Ⅲ型，采用3D打印辅助手术，开窗、间接撬拨复位、植骨，关节面复位效果良好。详见图1。

图1 3D打印辅助手术的Pilon骨折治疗效果(图A～图D：术前X光片及CT；图E～图H：术后X光片及CT)

3 讨 论

3D打印技术起源于20世纪80年代，是根据离散、堆积原理，通过逐层累加，完成模型的快速制作[4]。其优点是易于制造复杂的立体物件，且精确度高。近年来，3D打印技术因其在个体化假体定制、模拟手术等方面的优点，在颌面外科、骨科等领域应用广泛[5-8]。现有的3D打印技术较多，我们采用熔融沉积制造技术，打印材料为聚乳酸。打印出来的Pilon骨折立体模型，能够清晰显示骨折线走行位置、关节面压缩及粉碎情况，可为临床医生提供立体直观感受。同时，还能构建复杂的三维解剖模型,更加便于与患者沟通[9]。

Pilon骨折是负重关节的关节内骨折，处理不当将会导致创伤性关节炎、关节疼痛、功能障碍等。要想获得满意的效果，首先必须对骨折进行正确的评估[10]。CT扫描及三维重建可以清晰地显示骨折线走行、骨块的位置及大小，显示关节面损伤情况，可以立体、直观、多维度地显示复杂的关节内骨折, 从而提高诊断和分型的准确性[11]。魏世隽等[12]在Pilon骨折手术中，根据CT扫描的骨折线分布和骨块移位情况，选择相应的手术入路。但这些三维重建的图像只能在CT工作站上显示，医生看到的仍是二维图像，未获得实体模型，因而无法直接观察骨折形态，在一定程度上影响了手术的准确实施。

目前对于Ruedi-Allgower Ⅱ、Ⅲ型骨折首选手术治疗[13]，可解剖复位、重建关节面，有效进行关节面与干骺端的连接固定[14]，而复位和固定胫骨下关节面需要良好的显露，但为避免进一步损伤挫伤严重的软组织，多采用开窗、撬拨复位的方法，极少直视下复位，而撬拨位置、方向、骨块推行距离的选择等主要根据个人的经验，需要较长的学习曲线。3D打印技术应用于Pilon骨折的治疗，通过模拟手术，进行术前规划，提前考量手术入路、内固定类型、植骨量多少等问题，计算撬拨复位时骨块移动的方向和距离，进行植入物模拟及预弯，从而使得手术操作更加精准、安全。本研究通过术后胫骨远端关节面的最大阶梯高度来评价关节面的复位效果，3D打印组平均为 2.57 mm，而传统组为2.95 mm，3D打印组的复位效果更好。

综上所述，3D打印技术在Pilon骨折的应用，可明显缩短医生的学习曲线，并能提升手术精准度。其不足之处是，3D打印设备、耗材的费用仍较昂贵，限制了在临床的普及[15]。本研究中进行数字化测量、虚拟复位等操作，需要熟练掌握MIMICS等应用软件的使用，也需要一定的学习曲线。