3D打印技術在踝關節(jié)骨折中的應用

劉 勝 陳 惠 劉午陽

3D打印技術在踝關節(jié)骨折中的應用

劉 勝 陳 惠 劉午陽

目的 探討3D打印技術在踝關節(jié)骨折中的應用價值。方法選擇我院骨科2014年1月－2015年1月之間收治的10例踝關節(jié)骨折患者為觀察對象，全部患者均在臨床治療過程中應用3D打印技術，回顧分析患者的臨床治療效果。結(jié)果全部患者手術過程中共植入116枚螺釘以及18塊鋼板，螺釘和鋼板的植入長度與方向均完全符合手術前的設計要求?；颊咂骄中g治療時間為(47.8±8.5)min，平均X線照射次數(shù)為(6.8±0.6)次。結(jié)論在踝關節(jié)骨折患者臨床治療過程中應用3D打印技術，有助于骨折部位的準確觀察，進而鞏固臨床治療效果。

3D打印技術;踝關節(jié)骨折;應用價值

踝關節(jié)是承擔人體重量和活動的關鍵部位，也是骨折發(fā)生率較高的部位，若患者得不到及時有效的治療，則容易誘發(fā)穩(wěn)定性、力線和關節(jié)畸形等問題，進而降低關節(jié)面的穩(wěn)定性，誘發(fā)患者治療后下肢殘疾或是關節(jié)活動障礙等疾病。因此，適當有效的手術治療方法，對于踝關節(jié)骨折患者的治療和恢復具有重要意義。傳統(tǒng)的二維圖像手術治療，在骨折結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的精確性方面相對較差，因而臨床應用價值有限。隨著臨床醫(yī)療技術的快速發(fā)展完善，以3D打印技術為基礎的數(shù)字醫(yī)學技術在踝關節(jié)骨折治療中得到了廣泛應用，并表現(xiàn)出了個性化、精確性等方面的優(yōu)勢。本次研究對3D打印技術在踝關節(jié)骨折治療中的應用價值進行了分析，現(xiàn)報道如下。

1 資料和方法

1．1 一般資料

本次研究選擇我院骨科2014年1月－2015年1月之間收治的10例踝關節(jié)骨折患者為觀察對象，男性與女性比例為6∶4，最小年齡22歲，最大年齡56歲，平均(36.4±8.3)歲;患者AO分型結(jié)果為:A 型2例，B型6例，C型2例;其中，右側(cè)骨折6例，左側(cè)骨折4例。

1．2 方法

1．2．1 手術設備 本次研究所用治療設備包括: MakerBot公司生產(chǎn)的MakerBot Replicator 2 3D打印機，Dell公司生產(chǎn)的DeU T7500、Dell M6600圖形工作站，Materialise公司生產(chǎn)的Mimics 14.0醫(yī)學三維重建軟件，以及Windows 7 Ultimate 64 bit操作系統(tǒng)。

1．2．2 參數(shù)設置 CT機型選擇GE公司生產(chǎn)的LightSpeed 64深藍版，掃描數(shù)據(jù)以DVD光盤形式輸出，掃描部位為骨折的踝關節(jié)，掃描電壓在80～120 kV之間，掃描電流在35～264 mA之間，掃描螺距在0.5～1.0 1TUTI之間。

1．2．3 操作方法 患者保持仰臥位，將墊枕置于患側(cè)踝部下方，對骨折部位常規(guī)消毒鋪巾后，實施手法復位處理，將骨折旋轉(zhuǎn)畸形以及下肢長度、力線盡量恢復為正常水平，如有需要可實施復位鉗經(jīng)皮鉗夾協(xié)助復位。按照患者不同的骨折類型，對其手術入路進行選擇，合并后踝骨折患者按照其骨折部位選擇踝關節(jié)后內(nèi)或后外側(cè)錄入，內(nèi)外踝骨折患者選擇踝關節(jié)內(nèi)、外側(cè)切口，將患者骨折端充分暴露，按照手術設計情況對預塑形鋼板的置入位置進行相應選擇。若患者骨折位移明顯或是骨折塊較大，則需要實施打印模型模擬復位，再在預彎鋼板協(xié)助下實施臨時手術固定或是骨折復位。在C型臂X線機透視下對鋼板的置入位置和長度進行觀察，確定符合手術設計要求后，按照術前設計的螺釘進入方向和長度進行固定。對于影響關節(jié)面的骨折患者，需在骨折復位的同時最大限度恢復期解剖結(jié)構(gòu);對于骨折端缺損的患者，可實施有限切開聯(lián)合同種異體骨植骨治療;對于骨折塊較大的患者，需在透視下實施拉力螺釘固定。術后常規(guī)留置引流管，將手術切口逐層縫合關閉。

2 結(jié)果

以CT掃描數(shù)據(jù)為基礎，通過3D打印技術對患者的踝關節(jié)進行1∶1的實物模型建模，具有較強的立體感，且能夠?qū)θ梭w踝關節(jié)骨折部位的形態(tài)學外觀特征進行多方位、多角度的展示，如圖1所示。

圖1 人體踝關節(jié)實物模型

10例踝關節(jié)骨折患者，手術過程中共植入116枚螺釘以及18塊鋼板，螺釘和鋼板的植入長度與方向均完全符合手術前的設計要求。患者手術治療時間37～60 min，平均(47.8±8.5)min，X線照射次數(shù)5.2～8.2次，平均(6.8±0.6)次?；颊咝g后接受X線復查，檢查結(jié)果證實患者踝關節(jié)骨折部位復位效果良好，螺釘和鋼板均較為穩(wěn)定，如圖2所示。

圖2 踝關節(jié)骨折患者術后X線片復查結(jié)果

3 討論

隨著我國近年來建筑行業(yè)和高速交通運輸行業(yè)的發(fā)展，踝關節(jié)骨折的發(fā)生率也明顯提高，臨床治療難度逐漸加大。因此，通過何種方式實現(xiàn)骨折踝關節(jié)解剖結(jié)構(gòu)的良好復位，也成為了骨科臨床醫(yī)師研究的焦點。數(shù)字醫(yī)學技術的發(fā)展完善能夠為踝關節(jié)骨折患者的臨床治療提供一種精確化、個性化的手術方案。3D打印技術臨床上也成為快速成型、增材制造、三維打印，首先出現(xiàn)于20世紀80年代后期，是一種以材料累加原理為基礎的快速成型治療方法，能夠通過粘合粉末狀塑料或金屬材料制成三維物體進而實現(xiàn)臨床治療的目標。利用3D打印模型能夠?qū)颊吖钦鄄课坏奈灰魄闆r進行直觀準確的觀察，并進行計算機手術模擬，以此為基礎為患者制定和實施個性化的手術方案，從而保證手術治療的效果，提高手術治療的安全性與準確性，提高患者骨折部位的復位效果［1－3］，劉忠軍教授團隊還在全球首次應用3D打印人工定制樞椎作為脊椎外科內(nèi)植物，進行脊椎腫瘤治療后的穩(wěn)定性重建［4］。

踝關節(jié)骨折患者接受3D打印技術治療具有下述顯著優(yōu)勢:第一，能夠?qū)κ中g過程中螺釘?shù)闹萌腴L度和方向進行準確的觀察，最大限度縮短手術過程中測量所需時間，防止反復應用C型臂X線機觀察造成的復雜性，減少患者承受的X線照射量［5－6］。第二，傳統(tǒng)手術治療方案在鋼板塑形過程中需要經(jīng)鋁板貼合骨面折出預彎雛形，并按照鋁板模型進行鋼板塑形，這樣會大大降低塑形的精確性，延長手術治療時間，且鋼板的置入位置也不穩(wěn)定。而利用3D打印技術能夠提高鋼板預彎的精確性，保證鋼板置入位置的準確可靠，并提供手術內(nèi)固定的有效性，縮短手術治療時間［7－9］。第三，3D打印技術能夠?qū)颊叩墓钦蹞p傷程度、骨折情況和解剖結(jié)構(gòu)進行準確的觀察，進而直觀全面地反應患者的骨折復位前后情況，為患者臨床治療方案的制定提供可靠依據(jù)［10－12］。

由本次研究結(jié)果可知，在踝關節(jié)骨折患者治療過程中應用3D打印技術，能夠以CT掃描數(shù)據(jù)為基礎，對患者的踝關節(jié)進行1∶1的實物模型建模，具有較強的立體感，且能夠?qū)θ梭w踝關節(jié)骨折部位的形態(tài)學外觀特征進行多方位、多角度的展示，全部患者手術過程中共植入116枚螺釘以及18塊鋼板，螺釘和鋼板的植入長度與方向均完全符合手術前的設計要求?；颊咂骄中g治療時間為(47.8±8.5)min，平均X線照射次數(shù)為(6.8±0.6)次。

綜上所述，踝關節(jié)骨折患者接受3D打印技術治療，能夠為患者提供一種個性化、精確性的手術治療方案，進而提高手術治療的科學性和有效性，隨著未來新材料技術、數(shù)字醫(yī)學和影像學技術的發(fā)展完善，3D打印技術必然能夠在骨科臨床上得到更加廣泛的應用。

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R683．42

Adoi:10．3969/j．issn．1671－332X．2016．09．006

劉 勝 陳 惠 劉午陽:贛南醫(yī)學院第一附屬醫(yī)院 江西贛州341000