3D打印辅助治疗复杂跟骨骨折

刘延子，陈树涛，王长水，孙常胜，田学东，高武长

(山东省淄博市第七人民医院足踝外科，山东 淄博 255000)

跟骨形状不规则，在人体站立及行走过程中发挥着重要作用。跟骨骨折在临床较常见，跟骨关节内骨折占跟骨骨折的3/4左右[1-2]。跟骨骨折处理不当后期易遗留疼痛与畸形。其治疗包括手术治疗和非手术治疗，手术治疗又包括着传统切开复位内固定、微创手术、距下关节融合术等[3]。复杂跟骨骨折一直是临床医生面临的难题。随着科技进步，计算机辅助手术、3D打印技术在临床应用日趋广泛，并取得了不错的临床疗效[4-5]。我院开展3D打印辅助治疗复杂跟骨骨折，疗效满意，现报道如下。

1 资料与方法

1.1 一般资料 纳入标准：(1)新鲜Sanders Ⅲ型和Sanders Ⅳ型单侧复杂跟骨骨折；(2)跟骨闭合性骨折；(3)19～70岁；(4)无足跟部手术史，无血管疾病等合并症；(5)随访完善。同组医生完成手术，医院伦理委员会已批准，均签署了手术知情同意书。排除标准：(1)跟骨开放性骨折；(2)双侧跟骨骨折；(3)跟骨陈旧性骨折；(4)病理骨折等；(5)失访。

纳入66例Sanders Ⅲ型和Sanders Ⅳ型复杂跟骨骨折患者，随机数字表法分为3D打印组34例和传统组32例。两组一般资料比较，差异无统计学意义(P>0.05，见表1)。

1.2 治疗方法 两组患者入院后行抬高患肢、甘露醇消肿等措施。传统组行患足X线及CT检查。3D打印组行侧位、轴位X线检查，并行双足CT薄层平扫，将Dicom格式数据导入计算机软件，建立患足模型及健足镜像模型，利用3D打印等比例打印实物模型。利用计算机三维规划系统明确骨折特征，规划手术方案，明确Sanders分型，术前模拟复位，明确关键骨折块复位顺序及复位方式，从而指导实际手术操作。选取合适尺寸钢板利用健足镜像3D打印模型进行预塑形，并进行体外预手术，提高操作熟练度，记录钢板、螺钉型号。将钢板、螺钉及3D打印模型消毒备用。

表1 两组一般资料比较

3D打印组：全身麻醉或腰硬联合麻醉，取健侧卧位，行患足L型切口，No-touch技术暴露骨折端，根据术前模拟复位及3D实物模型采用撬拨、牵引、挤压等方式复位关节面，并复位跟骨宽高、Böhler角、Gissane角等，克氏针临时固定，选取已塑形消毒备用的钢板及螺钉，根据术前规划在C臂机透视下置入钢板及螺钉，Allgower-Donati缝合法逐层缝合切口。

传统组：全身麻醉或腰硬联合麻醉，取健侧卧位，行患足“L”形切口，No-touch技术暴露骨折端，应用撬拨复位、轴向牵引、锤击方法恢复跟骨宽高、Böhler角、Gissane角及负重轴线等，克氏针临时固定，选取合适的钢板进行塑形，并在C臂机透视下置入，Allgower-Donati缝合法逐层缝合切口。

术后均预防性应用抗生素1～2 d左右，根据引流情况适时拆除引流管，隔日换药1次，每月复查1次，根据复查结果决定负重时机。

1.3 评价指标 记录手术前后跟骨影像学指标变化，对比两组患者手术时间、出血量、透视次数、骨折复位时间、并发症发生率并进行统计学分析，对比术后疼痛视觉模拟评分(visual analogue scale，VAS)及Maryland足功能评分。

表2 两组手术前后数据比较

2 结 果

66例患者均获得随访，随访时间为16～50个月，平均(30.5±6.1)个月。两组患者跟骨Böhler角、Gissane角等解剖指标均得到恢复，差异有统计学意义(P<0.05)，组间比较差异无统计学意义(P>0.05)，见表2。两组术后4 d内的VAS及术后Maryland评分比较，差异无统计学意义(P>0.05，见表3～4)。

3D打印组术后有2例发生皮缘坏死，1例切口浅表感染；传统组术后3例发生皮缘坏死，1例切口浅表感染，组间比较差异无统计学意义(P>0.05，见表5)。皮缘坏死通过换药、烤灯照射等治疗，浅表感染通过换药、抗生素使用，皆取得良好效果。

3D打印组手术时间、透视次数、骨折复位时间、出血量均少于传统组，差异有统计学意义(P<0.05，见表6)。

表3 两组术后VAS比较分)

表4 两组术后Maryland评分比较

表5 两组术后并发症比较

表6 两组手术数据比较

典型病例为一46岁男性患者，因“高坠伤致右足疼痛功能障碍12 h”入院，诊断：跟骨闭合性骨折(Sanders分型：Ⅳ型)。于伤后第7天皮肤褶皱试验阳性，行3D打印患侧模型及健侧镜像模型，进一步明确骨折特点，消毒备用指导术中复位。利用3D打印模型进行钢板预塑形。No-touch技术暴露骨折端，利用“开关门”手术技巧及软组织铰链掀起外侧壁进行复位。术后X线片见复位满意，跟骨宽高、Böhler角、Gissane角、负重轴线已恢复，钢板较贴合，跟骨结节生理性内翻角已恢复。手术前后影像学资料见图1～3。

图1 术前X线片及CT示Böhler减小，关节面粉碎骨折

图2 利用3D打印模型进行钢板预塑形 图3 术后X线片示复位满意

3 讨 论

跟骨具有特殊解剖外形，呈不规则长方体，周围韧带较多，功能重要[6-7]。跟骨大部分是由松质骨构成的，表层是皮质骨，骨密度分布不均匀，跟骨内、上、后部密度较大，外、下、前部密度较小，这是由解剖因素和功能特点共同决定的。跟骨后关节面大约占整个关节面的80%，是主要活动区，也是最易发生骨折的部位[8]。关节内有移位的跟骨骨折是临床治疗的难点，如何做到解剖复位、恢复关节面平整是手术治疗的关键[9-11]。临床多采用传统的外侧L型入路治疗，该入路可以提供良好的暴露，可以直视下进行骨折复位固定等手术操作，具有操作灵活、视野好等优点，尤其适用于跟骨复杂骨折、粉碎性骨折[12]。但缺点是创伤较大、术后并发症多，包括切口感染、骨髓炎等[13-15]。

随着计算机辅助手术、3D打印技术在临床的应用，医学正在发生着重大变革[16]。3D打印是一个新兴的技术[17]，其在临床应用越来越广泛，早期一般用于口腔颌面重建，应用较局限，现已应用于骨科各领域，特别是较复杂、对精准度要求较高的手术，比如脊柱、骨盆、腹腔、跟骨手术等[18-19]。3D打印技术能够把传统二维数字化数据转变为三维立体模型，更加直观的认识，弥补了传统术前二维阅片的缺点，使得术前规划更加完善和详实。在我们的研究中，术前利用计算机系统建立患足模型及健足镜像模型，重塑患足受伤前后形态，运用3D打印技术1︰1等比例打印，以3D打印实物模型为模板进行复位，从而指导实际手术复位，提高复位效率与成功率，缩短骨折复位时间，进一步缩短手术时间，减少术中透视次数，减少医患辐射暴露。本研究中，3D打印组和传统组通过手术均能获得良好的手术效果，跟骨宽高、Böhler角、Gissane角都得到了有效恢复，但是3D打印组手术时间为(49.15±5.78)min，骨折复位时间为(6.45±3.56)min，透视次数为(23.47±5.26)次，远少于传统组的(74.59±6.22)min、(13.71±4.27)min和(35.36±6.37)次，优势明显。根据3D打印模型选取合适尺寸钢板及螺钉，进行钢板预塑形，进行体外模拟复位、体外模拟手术等操作，并消毒备用。由于术前钢板预塑形，使得3D打印组术中钢板贴合度更好、更精准，这与何藻鹏[20]、杨晶[21]等的研究结果一致。3D打印模型对年轻医师而言更为直观、更易理解，在骨折特征把握及精准复位方面对上级医师也能提供帮助[22]。术前谈话时，运用常规谈话技巧配合3D打印模型讲解，使患者们能够更加直观的理解，提高依从性，减少沟通不畅的发生。传统组因为缺少术前三维设计、模拟复位及体外模拟手术，操作熟练度远不如3D打印组。当然打印技术及打印材料也有待进一步研究。

综上所述，运用3D打印辅助治疗Sanders Ⅲ型和Sanders Ⅳ型复杂跟骨骨折的优势是手术时间短、术中出血量少、骨折复位时间短、术中透视次数少，是个性化治疗复杂跟骨骨折疗效可靠的治疗方案。但由于本研究患者数量较少、随访时间较短，仍需要较大数量病例和较长时间随访的进一步研究。