3D打印联合距下关节镜治疗跟骨骨折

陈启刚 任戈亮 胡永军 刘佩雷 李强

安徽理工大学第一附属医院（安徽淮南232000）

跟骨骨折主要由创伤性轴性负荷导致，如高处坠落。约3∕4 跟骨骨折为关节内骨折，影响踝关节功能［1］。影响手术伤口并发症的因素如糖尿病、吸烟、外周血管疾病以及开放性骨折等，术前需要仔细评估。实现解剖复位和距下后关节的一致性恢复是手术的主要目的［2］。大的接触性移位可由1 ～2 mm 的关节不一致性引起，从而改变跟骨和踝关节的承载力学，易患距下骨关节炎［3］。严重疼痛可能增加二次距下融合的风险。虽然切开复位内固定采用传统的L 形侧切口提供了良好的骨折显示和治疗效果，手术操作简单，骨折愈合快，关节功能改善明显［4］。但也有明显不足，如增加了软组织损伤并发症，切口皮缘坏死导致11%患者出现钢板外露以及切口感染率高达7%［5］。微创外科技术的最新进展，如经跗骨窦切口内固定术、经皮撬拨内固定术和关节镜辅助骨折复位内固定术，已在软组织损伤患者中显示出良好的临床疗效，尤其适合基础疾病影响伤口愈合、关节内移位骨折伴轻微粉碎的患者［6-7］。Sanders Ⅲ-Ⅳ型跟骨骨折较为复杂，跟距关节面不稳，术中游离粉碎骨折块较多，难以实现完全解剖复位，增加了关节镜的操作难度［8］。随着3D 打印技术和材料的不断发展，骨科3D 在多个领域已经得到广泛应用，如髋关节、膝关节、脊柱、胫骨、骨盆骨折以及脊柱矫形等。然后，3D 打印在跟骨骨折中的应用鲜有报道。因此，本研究主要分析3D 打印联合距下关节镜治疗跟骨骨折的临床价值，对此类患者提出更合理的外科术式，提高手术疗效，改善康复质量，具有十分重要的临床意义。

1 资料与方法

1.1 一般资料 选择2019年1月至2020年8月入我院确诊跟骨骨折Sanders Ⅱ-Ⅳ型患者128 例为研究对象，纳入标准：（1）年龄大于18 岁；（2）X 线证实新鲜单侧、闭合性跟骨骨折，符合Sanders Ⅱ-Ⅳ型；（3）有关节镜应用指征；（4）签署手术同意书，符合医学伦理学要求，临床和随访资料完整。排除标准：（1）合并其他部位骨折需要联合手术；（2）足部畸形、既往下肢手术史；（3）术中中转开放术式；（4）无合适的3D 打印模型。

根据患者入院先后顺序，由电脑生成随机数字将其分为对照组和观察组各64 例，两组患者的一般临床资料具有可比性（P＞0.05）。见表1。

表1 两组患者的一般临床资料比较Tab.1 Comparison of general clinical datas between the two groups 例

1.2 手术方法 对照组采用距下关节镜辅助下复位内固定术，主要流程为患者取健侧卧位，患侧大腿根部使用充气止血带，采用连续硬膜外麻醉，监测生命体征。将足跖屈透视下将两根直径4 mm斯氏针自根骨结节上方打入至距下关节面下方骨折处，但不越过骨折线，再用2 枚克氏针撬拨复位关节面，恢复跟骨高度、宽度、Böhler 角和Gissane角，经透视下确定后将第3 根斯氏针（4.0 mm）自跟骨内侧面向外侧面横穿向下牵引，钻入至骰骨行临时固定；依次钻入空心钉导针3 枚，透视位置良好，选择合适长度和直径3.5 mm 空心钉3 枚置入跟骨，拔除斯氏针缝合伤口。然后将患肢内旋，距下关节镜选取外侧入路，进行距下关节探查，镜下清除凝血块和小碎骨块，辅助复位，使跟骨关节面平整，必要时可行克氏针固定，若关节镜下固定骨折块困难或者骨折塌陷复位不佳时可取跗骨窦小切口，透视确认骨折复位满意后缝合伤口，包扎患足（图1）。

图1 距下关节镜治疗跟骨骨折Fig.1 Subtalar arthroscopy for calcaneal fracture

观察组术前采用3D 打印跟骨骨折模型并模拟手术方案，主要步骤为术前常规行患肢CT 扫描，数据以Dicom 格式导入Mimics 软件（比利时Materialise 公司）进行足部骨骼三维重建，以STL 格式保存。采用聚乳酸为打印材料，Replicator-23D 打印机（美国MakerBot 公司）制备患足模块（图2）。术前准确测量跟骨高度、宽度、Böhler 角和Gissane角等解剖参数，充分了解骨折块形态、位置和大小，指导术中精确定位，模拟手术过程，制定恰当的手术方案。

图2 3D 打印跟骨骨折模型Fig.2 3D printing calcaneal fracture model

术后处理：常规应用预防性抗生素1 d，患肢抬高，密切观察有无局部感染、切口不愈合、严重肿胀以及肢体坏死等并发症，适当应用低分子肝素钠2 500 单位，皮下注射，每12 h 一次，抗凝。术后第1 天即可行患肢抬高、屈膝等功能锻炼，石膏托固定4 周，术后10 周扶双拐患足部分负重下地活动，术后12 周可完全负重。

1.3 观察指标 两组随访截至2021年8月，随访时间12 ～31 个月，中位时间25 个月。比较两组手术相关指标包括时间、出血量和并发症，术后住院时间和骨折愈合时间，关节功能包括Böhler 角、Gissane 角和美国矫形足踝协会（AOFAS）评分。并发症主要包括深部和切口感染、严重疼痛（视觉模拟量表评分7 ～10 分）、肢体肿胀（患侧肢体周长较健侧增加至少50%，且出现远端肢体血运不良的表现）和内固定物断裂或移位。AOFAS 评分包括疼痛（40 分）、功能和自主活动以及支撑情况（10 分）、最大步行距离（5 分）、地面步行（5 分）、反常步态（8 分）、前后活动（8 分）、后足活动（6 分）、踝后足稳定性（8 分）、总部对线（10 分），优为90 ～100 分，良为75 ～89 分，可为50 ～74 分，差为50 分以下。优良率=（优+良）∕总例数×100%。

1.4 统计学方法 采用SPSS 20.0 统计软件，对计量资料以（）表示，两组间比较采用独立样本t检验。计数资料以例（%）表示，比较用χ2检验。P＜0.05 为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 两组手术指标的比较 两组手术时间和出血量比较差异无统计学意义（P＞0.05），但观察组并发症发生率低于对照组（P＜0.05）。见表2。

表2 两组手术指标的比较Tab.2 Comparison of surgical indexes between the two groups ±s

表2 两组手术指标的比较Tab.2 Comparison of surgical indexes between the two groups ±s

手术指标时间（min）出血量（mL）并发症［例（%）］深部和切口感染（例）严重疼痛（例）肢体肿胀（例）内固定物断裂或移位（例）对照组（n=64）35.6±6.3 32.4±5.5 10（15.6）2 4 3 1观察组（n=64）39.7±7.5 30.7±5.3 3（4.7）1 1 1 0 t∕χ2值1.023 0.653 4.195 P 值0.156 0.342 0.041

2.2 两组住院时间和骨折愈合时间的比较 观察组住院时间和骨折愈合时间比对照组短，差异有统计学意义（P＜0.05）。见表3。

表3 两组住院时间和骨折愈合时间的比较Tab.3 Comparison of stay-in hospital days and fracture healing time between the two groups ±s

表3 两组住院时间和骨折愈合时间的比较Tab.3 Comparison of stay-in hospital days and fracture healing time between the two groups ±s

组别对照组（n=64）观察组（n=64）t 值P 值住院时间（d）7.7±0.9 4.6±0.5 5.123 0.008骨折愈合时间（周）16.7±3.9 13.6±2.5 5.659 0.003

2.3 两组Böhler 角和Gissane 角的比较 两组治疗后Böhler 角和Gissane 角较治疗前增加，且观察组明显大于对照组，差异有统计学意义（P＜0.05）。见表4。

表4 两组Böhler 角和Gissane 角的比较Tab.4 Comparison of Böhler and Gissane angle between two groups ±s

表4 两组Böhler 角和Gissane 角的比较Tab.4 Comparison of Böhler and Gissane angle between two groups ±s

注：对照组治疗后与治疗前比较，#P ＜0.05；观察组治疗后与治疗前比较，*P ＜0.05

组别对照组（n=64）观察组（n=64）t 值P 值Böhler 角治疗前（13.5±2.4）°（13.2±2.1）°0.365 0.648治疗后（21.2±3.6）°#（25.9±3.8）°*6.002 0.001 Gissane 角治疗前（85.6±10.1）°（84.9±11.2）°0.857 0.246治疗后（125.9±23.6）°#（132.4±31.2）°*6.986 0.001

2.4 两组足踝功能的比较 治疗后观察组AOFAS评分比对照组升高，足踝功能优良率高于对照组，差异有统计学意义（P＜0.05）。见表5。

表5 两组足踝功能的比较Tab.5 Comparison of foot and ankle function between the two groups 例（%）

2.5 典型病例 男性，49 岁，高处坠落伤致右跟骨骨折SandersⅡ型，术前X线（图3A）、术前CT（图3B）、术前3D 打印模型（图3C）、术中照片（图3D）、操作关节镜照片（图3E）、术后一周X 线照片（图3F）。随访6 个月患者骨折恢复良好。

图3 术前3D 打印联合距下关节镜治疗右跟骨骨折Fig.3 Preoperation 3D printing combined with subtalar arthroscopy in treatment of calcaneal fractures

3 讨论

距下关节镜下闭合复位具有视野放大、清晰，皮肤切口小，对周围软组织损伤轻，局部创口小、便于清创和止血，术后并发症少、患者康复快的优点，在临床中有重要的应用前景［9］。沙良宽等［10］研究也证实，经皮撬拨复位内固定与切开复位钢板内固定治疗Sanders Ⅱ型跟骨骨折均可获得满意的临床疗效，但前者具有创伤较小、住院天数短、切口并发症较少等优点。术前3D 打印理论上可以复制人体任何组织和器官结构，与人体骨骼解剖参数基本吻合，便于术者在模型上准确判断骨折具体情况，制定恰当的手术方案和评估手术风险，指导术中精确定位，做到心中有数，有助于预防术中可能出现的多种意外事件，如术前影像学判断骨折与实际有偏差［11］。此外，3D 打印关节和骨骼还是人体缺损组织的良好替代品，如无法准确复位的细小碎骨块，辅助做到更满意的关节面解剖复位［12］。盛伟等［13］研究指出，3D 打印联合距下关节镜治疗Sanders Ⅲ-Ⅳ型跟骨骨折，创伤小，恢复快，精准安全有效。但是，3D 打印联合距下关节镜在跟骨骨折中的应用经验仍然较少。

由于跟骨骨折的范围较局限，解剖结构相对单一，涉及骨折块和关节面也易于复位，因此，总体耗费手术时间相对较短［14］。踝关节周围血供相对较少，但同时也易发生远端肢体血运不良的严重并发症［15］。关节镜可实时显示软骨和关节表面，距下关节断裂的可视化。可以降低在低分辨率X 线透视下单凭肉眼可能忽略的小关节内骨折和螺钉穿透关节［16］。此外，传统外侧入路难以触及的距下关节内侧部分的撕脱骨折碎片可在关节镜下清除。同时，常规透视可以通过检测钢板位置、钢板贴伏程度、确定螺钉长度，单纯关节镜治疗的局限性［17］。关节表面的位置和邻近关系、影像学指标的恢复和跟骨-骰关节的不协调评估，可能在通过标准入口插入关节镜时被忽略。因此，关节镜仍需要结合常规透视法进行综合指导完成满意的跟骨骨折解剖复位，改善踝关节功能［18］。

本研究发现，观察组住院时间和骨折愈合时间比对照组短（P＜0.05）。术前3D打印可以进一步辅助术者做到精确定位，术中快速、准确置入关节镜进入满意位置，提高解剖复位的成功率，相对降低了手术创伤。观察组的并发症降低也有利于术后康复和骨折愈合。本研究还发现，观察组治疗后Böhler 角和Gissane 角明显大于对照组，足踝功能优良率高于对照组（P＜0.05）。通过定量解剖参数和综合关节活动功能两个方面来证实术前3D 打印辅助距下关节镜治疗跟骨骨折的临床获益更明显。也有研究通过较长时间随访发现，无论是切开还是闭合复位组，Böhler 角逐渐丢失可能是骨质流失和渐进性骨质疏松以及承重面上骨吸收的结果［19］。PARK［20］指出，距下关节镜在经皮和开放入路治疗移位的跟骨关节内骨折时，对促进后关节面复位具有重要作用。在翘拨复位中，关节镜对于轻度至中度移位骨折必须谨慎选择；在开放手术入路中，距下关节镜的应用仍然很少。因此，术中关节镜检查应始终与透视检查结合使用，以实现复位和评估内固定位置。在SandersⅡ型跟骨骨折采用跗窦入路时，距下关节镜是检测关节不协调的有用方法。计算机辅助设计与3D 打印技术结合可在术前直观观察跟骨骨折的移位情况，精确定制个体化手术方案，提高手术的精度与安全性。

综上所述，术前3D 打印联合距下关节镜微创治疗Sanders Ⅱ-Ⅳ型跟骨骨折有较好的临床安全性和有效性，能够显著降低围术期并发症，缩短骨折愈合和康复时间，改善足踝功能。本研究也有一定局限性：样本量较小，随访时间较短，需要更大样本量的临床前瞻性病例对照研究进行验证。随着3D 打印联合距下关节镜的技术不断成熟，相信在其他类型跟骨骨折以及复合型骨折中也会取得较好的临床疗效。