3D打印技术在Pilon骨折手术中的应用研究

温锐灿 沈梓维 谭建基

广东省罗定市人民医院外二科，广东罗定 527200

胫骨远端1/3 并波及胫距关节面的骨折被定义为Pilon 骨折，根据相关统计学调查，Pilon 骨折占胫骨骨折的10%左右[1]。这类患者往往以骨缺损、远端松质骨压缩、塌陷以及胫骨远端关节面受损严重为特征，并大概率合并有腓骨下端骨折，导致手术治疗的难度较大。Pilon 骨折患者往往手术创伤性大，手术时间长，这也导致包括术后踝关节僵硬、骨折延迟愈合、切口感染坏死等并发症的发生率居高不下，少部分甚至出现截肢、感染性休克等严重并发症[2]。3D 打印技术具有极高的精确度，通过分层叠加原理，能够制造出以往难以制造的复杂实体，为探寻该技术能否在外科治疗中更为有效地改善患者预后，本研究拟探讨3D打印技术在Pilon骨折手术中的应用效果。

1 资料与方法

1.1 一般资料

选取2018年5月—2020年4月罗定市人民医院收治的60 例Pilon 骨折患者作为研究对象，使用随机数字表法将所有患者分为对照组与观察组，每组各30 例。对照组中，男14 例，女16 例；年龄23～64 岁，平均（38.5±2.8）岁；交通事故11 例，高处摔落9 例，摔伤10 例；术前Olerud-Molander 评分[3]29～55 分，平均（41.87±8.74）分。观察组中，男14 例，女16 例；年龄24～65 岁，平均（37.5±2.9）岁；交通事故12 例，高处摔落8 例，摔伤10 例；术前Olerud-Molander 评分30～56 分，平均（42.61±8.62 分）。两组患者的一般资料比较，差异无统计学意义（P＞0.05），具有可比性。本研究经医院医学伦理委员会审批。

纳入标准：①患者为骨骼发育完全的成年人；②通过本院影像科X 线平片以及CT 三维重建等检查，根据《外科学》[3]中相关诊断标准，确诊为Pilon 骨折；③病程为2 周以内；④患者本人及家属签署知情同意书。

排除标准：①Ⅰ型（无位移骨折）、Ⅱ型（骨折位移较小）Pilon 骨折；②已接受切开复位内固定治疗者；③合并重要脏器器质性病变，无法耐受治疗者；④妊娠或哺乳期妇女。

1.2 方法

观察组采用3D 打印技术，术前将踝关节CT 扫描图像软组织窗用DICOM 格式保存并将扫描图像导入Mimics 软件进行三维重建、虚拟骨折复位，基于多平面三维测量的内固定植入物位置优化设计、确定预定植入钢板的最佳位置、螺钉植入最佳位置及方向、螺钉长度数据测量。然后将Mimics 软件三维重建虚拟复位后的Pilon 骨折模型用STL 格式输入到3D 打印机实施打印，打印出患者虚拟复位后的仿真骨模型，在体外将植入患者体内的钢板进行预弯，根据虚拟内固定的最佳螺钉植入方向、测量的螺钉长度数据在3D 打印模型上进行体外模拟内固定，记录钢板和螺钉相关数据以便在术中应用。对照组采用常规方法行骨折切开复位内固定术，术前依据X 线及三维CT制订手术方案。

所有患者均由同一组手术团队施行手术，在全身情况平稳下进行手术。观察组根据术前模拟进行手术，对照组根据医生经验常规行骨折复位内固定手术。具体操作为：腰硬联合麻醉后，患者取平卧位，内踝前行弧形切口直至骨膜。在C 型臂透视下进行复位，用克氏针临时固定。确定位置满意后，使用解剖型锁定钛板进行内固定，逐层缝合并清理。

1.3 观察指标及评价标准

对所有患者进行至少3 个月的随访。比较两组患者手术时间及术后并发症，其中并发症包括切口感染、关节僵硬、骨折延迟愈合。术后3 d，使用Burwell-Chamley 标准对骨折复位情况进行评价[3]，其中以内外踝无成角或侧方移位，纵向分离和嵌插范围在1 mm以内，无距骨位移，后踝向近侧位移范围在2 mm 以内定义为解剖复位；以内外踝无成角或侧方移位，前后方向位移范围在5 mm 以内，无距骨位移，后踝向近侧位移范围在5 mm 以内定义为一般复位；以任意内外踝侧方位移、外踝前后位移、后踝位移范围在5 mm以上，有距骨位移定义为复位差。复位优良率=（解剖复位+一般复位）例数/总例数×100%。术后3 个月，采用Olerud-Molander 踝关节功能主观评分标准评价踝关节功能[3]，分值范围0～100 分，分值大小与踝关节功能成正比。

1.4 统计学方法

采用SPSS 18.0 统计学软件进行数据分析，计量资料用均数±标准差（±s）表示，两组间比较采用独立样本t检验；计数资料采用率表示，组间比较采用χ2检验，以P＜0.05 为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 两组患者手术时间的比较

观察组患者的手术时间为（91.05±15.74）min，短于对照组的（141.51±20.18）min，差异有统计学意义（t=10.799，P＜0.05）。

2.2 两组患者复位优良率的比较

观察组患者术后3 d 复查时复位优良率高于对照组，差异有统计学意义（P＜0.05）（表1）。

表1 两组患者复位优良率的比较[n（%）]

2.3 两组患者踝关节功能主观评分的比较

术后第3 个月随访时，对照组Olerud-Molander踝关节功能主观评分为（65.28±10.58）分，观察组为（86.41±9.87）分，观察组的Olerud-Molander 踝关节功能主观评分高于对对照组，差异有统计学意义（t=7.999，P=0.022）。

2.4 两组患者术后并发症发生情况的比较

术后随访5 个月，观察组患者术后并发症总发生率低于对照组，差异有统计学意义（P＜0.05）（表2）。

表2 两组患者术后并发症发生情况的比较[n（%）]

3 讨论

随着时代的发展，中国交通运输业、建筑业日益突飞猛进，Pilon 骨折的发生率也逐年上升[4]。Pilon 骨折属于关节内骨折，这类患者的特征典型，主要表现为：骨折粉碎或关节面受损情况严重，移位明显，尤其对于高能量损伤患者而言，手术治疗时需要将骨折完全暴露，因此，Pilon 骨折患者往往手术创伤性大，手术时间长，这也导致包括术后踝关节僵硬、骨折延迟愈合、术后切口感染坏死等并发症的发生率居高不下，少部分甚至出现截肢、感染性休克等严重并发症[5]，不仅对患者个人的健康和生命安全造成严重威胁，也给家庭乃至社会造成严重负担[6]。由于本病患者的损伤机制及分型较为复杂，治疗上尚缺乏统一的固定方法。传统外科手术治疗Pilon 骨折患者以经验常规行骨折复位内固定手术为方案，但因为上述因素效果差强人意，故探寻一种有效、简便的治疗方案，为患者提供个体化的定制治疗方案，对于这类患者至关重要[7]。

3D 打印技术近年来随着科技的进步而逐渐普及，也在医学领域中被广泛应用，且正逐步成为外科学领域的研究热点[8]。该技术具有极高的精确度，通过分层叠加原理，能够制造出以往难以制造的复杂实体[9]。本研究将这项技术应用于Pilon 骨折患者，结果显示，应用3D 打印技术的患者，其手术时间短于传统手术治疗的患者（P＜0.05），提示3D 打印技术通过更为精准的术前模拟手术使术者在实际手术过程中减少不必要的无用操作，达到缩短手术时间的目的。观察组患者的复位优良率更高，术后并发症更少，同样与术前模拟手术和个性化的定制手术方案实施有关，这与国内外学者的研究结果[10-13]基本相符。但也有文献报道称，尽管3D 打印技术应用于Pilon 骨折患者的优势明显，但由于该项技术无法对血管、神经、肌腱或其他软组织进行建模，在实际操作过程中仍有可能导致出现微小偏差[14-17]。但在本研究中，类似的偏差并未被发现，这可能与本研究中术者操作经验丰富有关，也可能是随访时间受限所致。具体原因仍有待于进一步的大范围长时间双盲研究验证。

综上所述，运用3D 打印技术进行充分而有针对性的术前规划，能够有效改善骨折复位情况，让手术更精准、规范，并通过缩短手术时间、减少并发症达到促进患者快速康复，改善患者预后的目的，具有一定临床应用价值，值得推广。