3D 打印技术在AO 分型B、C 分型Pilon 骨折治疗中的应用观察

余 磊 陆 一 沈决心(通信作者) 蔡晓冰 陶 坤

( 1 同济大学附属上海市第十人民医院崇明分院骨科, 上海 202157 ; 2 同济大学附属上海市第十人民医院骨科)

Pilon 骨折是一种累及胫距关节面的胫骨远端骨折,主要发生在胫骨远端1/3 位置以及胫距关节面,该骨折是一种高能量损伤,在骨折发生之后远端关节面严重粉碎,骨缺损及胫骨远端松质骨塌陷,常合并有腓骨下端骨折和严重软组织挫伤。 国际内固定研究学会(AO)为了更好的对疾病进行治疗,制定了相应的分型,其中AO 分型中B 型及C 型骨折发生率较高,B 型骨折涉及关节面[1],C 型系完全的关节面骨折。 对于AO 分型B、C 分型Pilon 骨折需要及时进行手术治疗,对骨折复位,骨折累及较多的负重关节面、胫骨干骺端,手术难度较大,也可能出现较多的并发症,因此科学的检查对于手术方案的制定具有积极作用。 常规螺旋CT 虽然可以对骨折具体情况进行观察,但是对于一些骨折线不明显的骨折无法准确显示,对手术的实施不利,导致骨折端复位困难、手术消耗时间长、术后皮肤坏死、切口感染、骨髓炎和创伤性关节炎等多种并发症,如果情况严重可能发生关节功能障碍,对患者术后的恢复造成非常大的影响。 而3D 打印技术的实施,通过逐层堆叠打印的方法,使用CT 数据进行骨折建模,对骨折区域进行立体展示,更加直观的呈现出Pilon 骨折的具体情况,结合3D 打印模型选择入路位置、内固定方法,并模拟骨折复位、钢板植入等关键步骤,制定个性化方案,提升手术质量[2-4]。 本文对3D 打印技术在AO 分型B、C 分型Pilon 骨折治疗中的应用进行研究。 报告如下。

1 临床资料

1.1 一般资料

选取我院骨科2020 年8 月—2021 年7 月进行治疗的50 例AO 分型B、C 分型Pilon 骨折患者,以随机数字表法将患者分为对照组(n=25)、观察组(n=25)。 对照组男性13 例,女性12 例;年龄20 ～56 岁,平均年龄为(38. 12 ±1. 23)岁;AO 分型B 型14 例、AO 分型C 型11 例。 观察组男性12 例,女性13 例;年龄20 ～57 岁,平均年龄为(38. 67 ±1. 14)岁;AO 分型B 型13 例、AO 分型C 型12 例。 分析2 组患者病例数、年龄,无显著性差异(P＞0. 05)。 研究方案提交至院医学伦理委员会获得审批。 (1)纳入标准:均实施CT 检查、手术病理检查确定为AO 分型B、C 分型Pilon骨折;入院时存在疼痛、肿胀以及踝关节功能障碍;均符合手术要求;患者签署实验同意书。 (2)排除标准:麻醉药物过敏;凝血功能障碍;急性感染性疾病;无法耐受手术;妊娠期、哺乳期;存在精神疾病,无法有效沟通。

1.2 方法

对照组使用常规螺旋CT 进行检查,基本参数:层厚2.5 mm、螺距0.875 mm、FOV35 cm、重建间距1 mm,扫描以踝关节作为扫描的中心,从胫腓骨下段开始,延伸至足底,采集图像数据。 观察组在对照组基础上加入3D 打印技术。 (1)三维数字模型的构建:在常规螺旋CT 检查结束之后进行医学数字成像和通讯,将数据传输至院外的3D 打印公司,将传输至软件处理系统中,按照1∶1 的比例打印Pilon 骨折模型,将建模后的图像使用激光烧结尼龙粉末材料进行打印,获取完整的3D 图像资料,一般打印时间在24—36 小时之间。 (2)模拟手术:在获取骨折影像之后结合影像学的资料以及获得的3D 骨折模型对骨折具体的移位情况、关节面塌陷等进行判断,结合患者的实际骨折情况确定手术的入路方法、骨折复位方法、钢板预弯程度,并将确定的手术计划在3D 模型上进行模拟,及时发现手术中的问题,对手术方案进行优化,对于AO 分型C 分型Pilon 骨折可结合具体情况设计复位器。 (3)手术实施:在手术方案确定之后对患者进行全身麻醉、持续性硬膜外麻醉,患者均使用仰卧位,在大腿根部放置止血带,按照手术入路方式作弧形切口,对主骨块进行复位,之后对胫骨前唇、后唇的塌陷、压缩关节面进行复位,对于粉碎性骨折考虑进行植骨,完成之后使用T 型板、螺钉固定。 2 组患者在术后均进行预防性抗生素治疗,时间24—48 小时,并进行早期无痛屈伸训练,使用药物预防下肢深静脉血栓,同时术后定期复查,了解骨折端的愈合情况。

1.3 观察指标。

观察指标如下:(1)对比2 组手术指标。 包括切口长度、手术时间、术中出血量。 (2)对比2 组术后恢复指标。 包括术中透视次数、骨折愈合时间、住院时间和随访时间。 (3)对比2 组术前术后临床指标。以血红蛋白(HGB)、红细胞压积(HCT)作为评估指标。 (4)对比2 组术后恢复质量。 使用美国足踝外协会制定(AOFAS)的踝关节评分指标对踝关节恢复质量进行评估,同时测试踝关节Mazur 功能评分以及疼痛视觉模糊评分。 注:AOFAS 评分分值在0 ～100 分之间,分值越高踝-足功能恢复越理想;踝关节Mazur 功能评分分值最高100 分,分值越高踝关节功能越理想。 疼痛视觉模糊(VAS)评分分值最高10 分,分值越高疼痛越严重。 (5)对比2 组炎性指标。 通过肿瘤坏死因子-ɑ(TNF -ɑ)、白细胞介素-6(IL-6)以及C 反应蛋白(CRP)进行检测。 采集血液样本,获取白细胞计数(WBC)、C 反应蛋白(CRP)以及血清降素钙元(PCT)各指标。 (6)对比2 组术后并发症发生率。 并发症包括感染、愈合畸形、创伤性关节炎。 (7)对比2 组生活质量。 使用GQOL-74[7]生活质量量表对生理功能、情感功能、物质生活和社会功能进行评估,分值越高生活质量越理想。

1.4 统计学分析

本次临床效果研究的数据使用SPSS22.0 统计软件进行处理分析,计量资料使用(±s)表示,进行t检验;计数资料使用(n,%)表示,进行χ2检验。P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 2 组手术质量对比

观察组切口长度、手术时间、术中出血量均低于对照组,P＜0.05。 见表1。

表1 2 组手术质量对比(±s)

表1 2 组手术质量对比(±s)

组别切口长度(cm)手术时间(min)术中出血量(mL)对照组(n=25) 13.45 ±1.13 90.34 ±15.76 181.33 ±35.76观察组(n=25) 11.35 ±0.88 77.23 ±12.14 112.33 ±30.23 t 3.2063.2957.368 P 0.0040.0020.000

2.2 2 组术后恢复指标对比

观察组术中透视次数、骨折愈合时间以及住院时间均低于对照组,P＜0.05,观察组随访时间与对照组对比无差异,P＞0.05。 见表2。

表2 2 组术后恢复指标对比(±s,n=25)

表2 2 组术后恢复指标对比(±s,n=25)

组别术中透视次数(次)骨折愈合时间(w)住院时间(d)随访时间(m)对照组 18.21±3.22 13.23±1.23 16.56±3.12 16.56±3.12观察组 13.11±2.33 12.33±0.78 13.12±2.45 16.56±3.12 t4.6783.2454.3360.890 P0.0000.0040.0000.789

2.3 2 组术前术后临床指标对比

手术前观察组HGB、HCT 与对照组对比无差异,P＞0.05;手术后观察组HGB、HCT 均低于对照组,P＜0.05。 见表3。

表3 2 组术前术后临床指标对比(±s,n=25)

表3 2 组术前术后临床指标对比(±s,n=25)

组别HGB(g/L)HCT(%)手术前手术后手术前手术后对照组 134.12±2.35 163.14±5.86 40.12±2.13 55.21±3.45观察组 133.98±2.27 143.87±4.21 40.21±1.87 42.33±2.11 χ20.21413.3530.15915.925 P0.8310.0000.8750.000

2.4 2 组术后恢复质量对比

观察组AOFAS 评分、Mazur 评分高于对照组,VAS 评分低于对照组,P＜0.05。 见表4。

表4 2 组术后恢复质量对比(±s,分)

表4 2 组术后恢复质量对比(±s,分)

组别AOFAS 评分Mazur 评分VAS 评分对照组(n=25) 78.23 ±4.56 76.11 ±5.67 4.33 ±1.22观察组(n=25) 86.12 ±3.77 83.12 ±5.87 2.13 ±1.12 t 7.7204.2956.641 P 0.0000.0000.000

2.5 2 组炎性指标对比

治疗前2 组炎性指标对比无差异,P＞0.05;治疗后观察组TNF - ɑ、IL -6、CRP 均显著低于对照组,P＜0.05。 见表5。

表5 2 组炎性指标对比(±s)

表5 2 组炎性指标对比(±s)

组别TNF-ɑ(ng/L)IL-6(mg/L)CRP(mg/L)治疗前治疗后治疗前治疗后治疗前治疗后对照组(n=25)33.45 ±4.2130.21 ±3.7724.21 ±4.3521.23 ±3.7813.21 ±3.8712.67 ±2.65观察组(n=25)33.29 ±4.2825.23 ±2.8924.15 ±4.3318.05 ±2.7613.27 ±3.8210.12 ±1.14 t 0.2389.3770.0876.0770.0997.906 P 0.8120.0000.9300.0000.9220.000

2.6 2 组术后并发症发生率对比

观察组术后并发症发生率低于对照组,P＜0.05。 见表6。

表6 2 组术后并发症发生率对比(n,%)

2.7 2 组生活质量对比

治疗前2 组GQOL - 74 评分对比无差异,P＞0. 05;治疗后观察组生理功能、情感功能、物质生活和社会功能评分均高于对照组,P＜0. 05。见表7。

表7 2 组生活质量对比(±s,分,n=25)

表7 2 组生活质量对比(±s,分,n=25)

组别生理功能情感功能物质生活社会功能治疗前治疗后治疗前治疗后治疗前治疗后治疗前治疗后对照组 66.21 ±3.34 72.11 ±3.65 70.31 ±4.32 74.33 ±2.34 66.56 ±3.12 74.34 ±5.12 60.12 ±3.77 69.76 ±9.87观察组 66.33 ±3.28 86.33 ±4.11 70.33 ±4.29 85.33 ±2.76 66.67 ±2.76 83.11 ±6.77 60.8 ±3.74 79.90 ±11.34 t0.7846.9760.8934.7780.7845.1130.7894.667 P0.9960.0000.7830.0000.6690.0000.8800.000

3 讨论

Pilon 骨折是一种常见的骨折类型,骨折会累及胫距关节面的胫骨远端,常常合并腓骨骨折和严重的软组织损伤,造成以轴向应力撞击为主的胫骨远端骨折,多为高处坠落和车祸等高能损伤所致。 对于Pilon 骨折常使用AO 分型,更易于理解和接受,其中AO 分型中B、C 分型发生率较高,其中B 型为部分的关节内骨折,而C 型为累及关节面的完全干骺端骨折。 对于AO 分型B、C 分型Pilon 骨折需进行及时的手术治疗,在进行Pilon 骨折治疗的过程中,发现后踝骨块形态多样,并且伴随着关节面压缩骨块和距骨后向半脱位,骨折移位非常明显,需切开复位,而临床应用范围较广的外侧入路、后内侧入路需要术中解剖复位胫骨远端关节,操作难度较大。 而韧带间接复位方法则需要下降外踝骨折进行固定,后利用软组织合页的完整性对后踝骨折进行复位,操作简单,可减少软组织损伤,但是会因为踝骨骨块之间的相互干扰,发生复位不到位的问题,而且术中需要多次透视,透视次数较多,导致手术时间的延长,因此需要术前规范化的检查,术中采用更加准确的透视方法,对骨折的详细了解有利于手术质量的提升[5-7]。 3D 打印技术可立体直观地呈现复杂Pilon骨折,医师通过3D 打印模型可进行手术入路、内固定方式的选择,模拟骨折复位、钢板植入等关键步骤,能够为制定合理的手术策略提供参考,术前通过3D 打印Pilon 骨折模型,还可缩短手术时间,提高骨折复位及固定的质量,因此将该方法在临床进行推广。

本研究结果可见,观察组切口长度、手术时间、术中出血量均低于对照组,P＜0.05;观察组术中透视次数、骨折愈合时间以及住院时间均低于对照组,P＜0.05;观察组随访时间与对照组对比无差异,P＞0.05;手术前观察组HGB、HCT 与对照组对比无差异,P＞0.05,手术后观察组HGB、HCT 均低于对照组,P＜0.05;观察组AOFAS 评分、Mazur 评分高于对照组,VAS 评分低于对照组,P＜0.05;治疗前2 组炎性指标对比无差异,P＞0.05,治疗后观察组TNF-ɑ、IL -6、CRP 均显著低于对照组,P＜0.05;观察组术后并发症发生率低于对照组,P＜0.05;治疗前2 组GQOL-74 评分对比无差异,P＞0.05,治疗后观察组生理功能、情感功能、物质生活和社会功能评分均高于对照组,P＜0.05。 分析原因:3D 打印技术在获得骨折具体图像之后进行3D 实物模型的建立,模拟手术过程,建立手术导向模板,结合患者具体的骨折情况制定个性化的手术方案,因此手术的质量更高;3D 打印技术在实施的过程中术前充分考虑软组织对手术的影响,对胫骨远端肌腱、筋膜以及肌肉等软组织的覆盖进行分析,防止钢板设计方面的偏差,更好的保留踝-足关节的功能[8-10],促进功能的恢复,同时模拟手术的实施,在手术开展之前尽可能将手术方案进行优化,减少对机体的不必要损伤,对于并发症的控制起到积极作用;3D 打印技术在实际使用中具有较高的优势,但是无法对神经、血管等组织进行展示,因此设计方案无法与实际方案完全匹配,需要结合常规CT 扫描和实际情况设计及时调整手术方案,以提升手术的综合实施效果[11-13];3D 打印技术除可在术前给予更加准确的诊断,还解决了X线和CT 检查无法兼顾的复杂骨折整体和细节的问题,在充分详细的展示患者的受伤机制、骨折形态外,还可在手术操作的过程中对踝骨块的位置、大小进行全方位、多角度的展示,发现各个骨结构之间的重叠情况,明确骨折位置骨块的大小和位置,进而选择合适的入路位置和手术顺序,并对已经复位的骨块进行标记,这样可以将手术的整体精准度进行提升,同时减少了术中的透视次数,缩短手术时间,降低术后并发症的发生率,同时可以降低术后的炎性反应,炎性指标较低;Pilon 骨折需结合不同的骨折类型制定适宜的手术方案,3D 打印技术在术前对接骨板固定具体情况进行模拟,确定是否适合进行该操作,如果在手术操作之前发现踝骨骨块较大,则可直接使接骨板进行固定,如果确定骨块较小,则可使用空螺钉进行固定。 而在手术中通过透视,如果模拟发现接骨板和骨面不服帖,则可对接骨板进行提前的预弯操作,这样做好充分的术前准备工作,使手术治疗的精准度增加,同时还可在术前通过模拟预测内固定植入物的放置位置、螺钉方向、长度,使复位

综上分析,AO 分型B、C 分型Pilon 骨折使用3D打印技术可以为患者制定个性化的手术方案,提升手术实施质量,提升术后恢复质量,控制并发症的发生率,对于骨折的恢复具有积极作用。