3D打印辅助治疗Sanders III、IV型跟骨骨折的临床研究

陈 劲 赵 宁(通讯作者) 李建炜 阮国强 梁 波

( 湛江中心人民医院 ， 广东 湛江 524000 )

高处坠落、交通事故是引起跟骨骨折的主要病因，随着社会现代化发展，跟骨骨折在临床较常见,复杂跟骨骨折常累及距下关节、跟骰关节,保守治疗效果差，目前临床一般采取手术治疗[1-2]。跟骨骨折SandersIII、IV型是骨折线累及后距关节面的粉碎性骨折，该骨折类型的主要治疗目的为实现关节面解剖复位并固定，防止骨折移位、塌陷，否则可能造成关节畸形、疼痛、活动度减少及创伤性关节炎等并发症[3]。所以，术前需明确跟骨骨折类型、关节面塌陷、损伤情况选择恰当手术入路及匹配的内固定物是治疗的关键。3D打印技术将跟骨的CT扫描图像打印成1:1的实物模型，在体外骨模型上模拟复位、固定，完成钢板塑形、确定螺钉长度、方向与数量。不仅克服了以往的术前二维图像缺乏立体结构不能精准显示骨折类型的缺点，而且使手术简单化、精准化[4-5]。本研究通过与传统手术组对比，探讨3D打印技术辅助手术治疗复杂跟骨骨折的疗效，现报告如下。

临床资料

1 一般资料：本研究共纳入患者48例，男30例，女18例。年龄20-65岁。左侧跟骨骨折16例，右侧27例，双侧5例。所有患者均为新鲜闭合跟骨粉碎性骨折(Sanders分型：III、IV型)，均采用手术治疗。将48例资料随机分为2组：观察组(3D打印辅助治疗)24例，对照组(传统切开复位内固定)24例。观察组术前完善CT检查后将CT扫描数据，以Dicom格式在Mimics 软件(Materialise公司，比利时)中处理，进行三维重建，然后把Dicom格式扫描数据转化为STL格式文件，导入RAISE F2 3D打印机(上海复翔)，制作与实体1;1的跟骨骨折模型。除去模型骨折块之间的支撑物，了解骨折线位置及压缩情况，体外模拟复位，完成钢板塑性、确定落螺钉位置、长度、数量及方向。对照组术前完善跟骨CT平扫骨重建后制定手术方案。2组患者年龄、性别、侧别及SandersIII、IV型例数随机分配，比较差异无统计学意义(P>0.05)。本研究已获得湛江中心人民医院伦理委员会批准，所有患者均签署手术知情同意书。病例纳入标准：(1)通过X光、CT平扫检查明确诊断为跟骨粉碎性骨折(Sanders分型：均为III、IV型，Sanders分型是基于跟骨冠状面CT扫描，在冠状面上选择后距关节面最宽处，从外向内将人为划分3条线A、B、C，分别代表骨折线位置。I型：无移位跟骨骨折；II型：1条骨折线的两部分关节面骨折；III型：2条骨折线的3部分关节面骨折；IV型：包含每条骨折线的跟骨关节面粉碎性骨折)。(2)受伤至手术时间≤2周的新鲜闭合骨折。(3)随访资料完整，随访时间>12个月。病例排除标准：(1)踝关节及足部慢性病变，伤前存在足部及踝关节周围功能障碍；(2)合并周围软组织失活或开放性骨折；(3)陈旧性跟骨骨折；(4)具有较重基础病、精神病或其他原因而不能配合治疗。

2 术前准备：(1)纳入研究资料的48例新鲜跟骨闭合性粉碎性骨折患者术前均完善术前常规检查、跟骨轴侧位X线及CT平扫骨重建检查，入院即行石膏托外固定制动、垫高患肢，予消肿、止痛治疗。(2)将观察组患者的跟骨骨折CT扫描数据，以DICOM格式导入Mimics 软件(Materialise公司，比利时)，通过计算机进行区域增长、阈值分化、建模等步骤后，获得跟骨的三维骨模型，并保存为STL格式文件，然后将其输入RAISE F2 3D打印机(上海复翔信息科技有限公司)中，打印制作与实体1：1的实物跟骨骨折模型)。除去模型骨折块之间的支撑物，了解骨折线位置及压缩情况，体外模拟复位，完成钢板塑性、确定落螺钉位置、长度、数量及方向。制定个性化手术方案后，对钢板、螺钉等手术器械进行消毒备手术中使用。

3 手术方法及术后处理：(1)根据患者健康状况及个人要求选择全麻或硬外麻，手术侧大腿根部捆绑气压止血带，压力50kpa，时长90分钟，术前1小时抗生素预防感染。2组患者单侧骨折选择健侧卧位，双侧骨折选择俯卧位。手术入路选择跟骨外侧“L”型手术切口，起自腓骨尖后3cm，上5cm处，止于第V跖骨基底部，由皮肤直接切至骨膜，注意保护腓骨长短肌腱及第3腓骨肌腱，然后将皮肤软组织连同骨膜向上方掀开，暴露腓骨远端、距骨体部及骰骨并分别置入3枚2.0mm克氏针阻挡掀开皮瓣。复位顺序：①跟骨矢状位方向置入1枚3.0mm克氏针通过牵引跟骨结节，恢复跟骨长度，纠正内、外翻畸形；②于跟腱止点下方0.5cm处，沿跟骨轴线方向水平置入2枚3.0mm克氏针，至后关节面骨折线后方，跖屈踝关节使跟腱松弛，克氏针翘拨、挤压恢复Gissane角、Bohler角及跟骨宽度和高度；③打开外侧壁，直视下翘拨复位跟骨前突至载距突、跟骰关节，后侧骨块至载距突并用2.0mm克氏针临时固定；④恢复后距关节面平整，如骨缺损量多，需植入同种异体骨填塞、支撑，最后复位外侧壁、置入外侧钢板，其中钢板需跨越跟骨结节骨折块及前突骨折块。跟骨骨折累及载距突，可先用1枚2.0mm克氏针于跟骨沟下方的钢板孔内向内侧钻入，方向指向内踝下2.5mm处，透视见位置准确后，换皮质螺钉植入。术毕，C臂机透视见：已恢复跟骨长度、宽度、高度、Gissane角、Bohler角及后足负重轴线，前、中、后距关节及跟骰关节面平整并恢复正常解剖关系。手术切口采用allgower缝合，留置负压引流管，引流量<10ml时可拔除。观察组患者根据体外预手术方案复位后，使用术前塑形的个性化钢板置于预定位置，依次拧入相应数量、长度及方向的螺钉。(2)术后3天及12个月复查跟骨轴侧位片，测量跟骨长度、宽度、Bohler角度、Gissane角度，统计术后12个月踝关节功能评分(踝关节Kofoed评分标准)，手术切口拔出引流管后开始进行髋、膝关节主动运动；术后1周软组织条件允许时，开始进行踝关节主动伸屈、被动旋转锻炼；手术切口拆线后，可以双拐、单侧健足进行步行训练，患足不负重；6-8周再次复查X线，根据骨折愈合情况指导逐渐部分负重行走；术后6个月可弃拐完全负重行走。

5 结果：48例患者随访时间均超过12个月，观察组手术切口均甲级愈合，对照组2例术后手术切口渗液，1例手术切口周围肿胀，肤色淤紫，经间断拆线，切口换药后愈合。观察组与对照组手术时间分别为(61±10)分钟、(122±26)分钟；差异有统计学意义(P<0.05)；观察组与对照组术后12个月后Kofode评分为(92.3±6.5)分、(90.1±8.1)分；2组对比差异无统计学意义(P>0.05)。观察组术后3天与术后12个月比较跟骨高度改变值(0.21±0.02)cm，宽度改变值(0.11±0.01)cm，Bohler角度改变量2.2°±0.01°，Gissane角度改变量1.4°±0.04°；对照组术后3天与术后12个月比较跟骨高度改变值(0.24±0.06)cm，宽度改变值(0.09±0.02)cm，Bohler角度改变量2.6°±0.07°，Gissane角度改变量1.2°±0.08°，2组对比差异无统计学意义(P>0.05)。

讨 论

跟骨是人体最大的跗骨，它通过肌腱、韧带等软组织与距骨、骰骨连接，提供承重功能。据流行病学调查统计显示，随交通业、高空建筑业及体育业等发展，因高能量损伤造成跟骨骨折患者呈不断增加的趋势。跟骨骨折占全身骨折的1%-2%，也是跗骨骨折中最常见的骨折[6]。其中约75%的跟骨骨折涉及跟距关节面[7]。跟骨关节内骨折是比较复杂的损伤，在明确骨折类型的前提下，治疗的关键点是恢复跟骨几何形状、维持关节生理结构。如诊断、治疗不当常会造成周围肌腱损伤、关节僵硬、创伤性关节炎等灾难性后果，严重影响日常生活质量[8]。为保证关节面恢复平整,骨折解剖复位, 临床多主张行切开复位内固定术[9], CT平扫骨重建在跟骨关节内复杂骨折术前评估中起到关键作用，其可以详细了解跟骨压缩及骨折端移位情况，以Sanders分型[10]为指导选择相应手术方案，术后可取的良好的治疗效果[11]。但因不同个体跟骨大小、形状及骨折类型千差万别，所以目前跟骨解剖钢板也无法实现与每个个体的完美匹配。术中需选择钢板型号并对其塑型，测量螺钉长度，C臂机反复透视确定钢板位置和螺钉方向及长度，被动活动关节观察骨折块固定的稳定性等。存在术中内固定钢板、螺钉多次调整更换的可能。不但增加了手术时间，而且对周围软组织损伤大。另外，电钻对骨骼多次钻孔也对骨折愈合、术后恢复有一定的影响。3D打印技术源于20世纪80年代后期，美国Charles Hull教授在1984年提出了将数字资料打印成三维立体模型的概念，并研发了世界首台3D光敏打印机。1998年国内有文献报道[12]关于3D打印技术在骨骼三维重建中的应用后，快速成型技术技术在国内骨科快速发展。目前，3D打印影像学资料数据主要来自CT、超声、MRI等[13]运用计算机处理DICOM数据，Mimics等三维图像处理软件构图后通过3D打印机打印出与实体1:1模型[14]。使骨科手术直观化、简单化、个性化、精准化[15]。

从我们的实验数据可以看出，观察组手术中因无需钢板塑性、定位、螺钉长度测量及C臂反复透视和手术步骤的的重复等，可将手术控制在止血带1个周期内，无需放松止血带等待下1个周期，减少了麻醉时间及术中出血量，明显缩短手术时间。观察组与对照组手术时间分别为(61±10)分钟、(122±26)分钟。3D打印技术使手术快捷、简单的同时，对固定的稳定性良好，观察组术后3天与术后12个月比较跟骨高度改变值(0.21±0.02)cm，宽度改变值(0.11±0.01)cm，Bohler角度改变量2.2°±0.01°，Gissane角度改变量1.4°±0.04°；对照组术后3天与术后12个月比较跟骨高度改变值(0.24±0.06)cm，宽度改变值(0.09±0.02)cm，Bohler角度改变量2.6°±0.07°，Gissane角度改变量1.2°±0.08°，2组无明显差异(P>0.05)。腓总动脉及其终末分支是跟骨外侧皮肤血供应主要来源，术中损伤可能导致切口周围软组织坏死、感染等不良事件发生风险[16]。 我们手术操作过程均保护此动脉及分支免受 损伤，但对照组仍有3例患者手术切口愈合不良，而观察组均甲级愈合，因此推测考虑对照组切口愈合不良可能与术野暴露广、皮瓣阻挡时间长相关。综上所述，3D打印技术辅助手术治疗Sanders III、IV型复杂跟骨骨折的临床疗效确切，功能恢复良好，值得在临床中推广应用。