3D打印輔助治療Sanders III、IV型跟骨骨折的臨床研究

陳 勁 趙 寧(通訊作者) 李建煒 阮國強(qiáng) 梁 波

( 湛江中心人民醫(yī)院 ， 廣東 湛江 524000 )

高處墜落、交通事故是引起跟骨骨折的主要病因，隨著社會現(xiàn)代化發(fā)展，跟骨骨折在臨床較常見,復(fù)雜跟骨骨折常累及距下關(guān)節(jié)、跟骰關(guān)節(jié),保守治療效果差，目前臨床一般采取手術(shù)治療[1-2]。跟骨骨折SandersIII、IV型是骨折線累及后距關(guān)節(jié)面的粉碎性骨折，該骨折類型的主要治療目的為實現(xiàn)關(guān)節(jié)面解剖復(fù)位并固定，防止骨折移位、塌陷，否則可能造成關(guān)節(jié)畸形、疼痛、活動度減少及創(chuàng)傷性關(guān)節(jié)炎等并發(fā)癥[3]。所以，術(shù)前需明確跟骨骨折類型、關(guān)節(jié)面塌陷、損傷情況選擇恰當(dāng)手術(shù)入路及匹配的內(nèi)固定物是治療的關(guān)鍵。3D打印技術(shù)將跟骨的CT掃描圖像打印成1:1的實物模型，在體外骨模型上模擬復(fù)位、固定，完成鋼板塑形、確定螺釘長度、方向與數(shù)量。不僅克服了以往的術(shù)前二維圖像缺乏立體結(jié)構(gòu)不能精準(zhǔn)顯示骨折類型的缺點，而且使手術(shù)簡單化、精準(zhǔn)化[4-5]。本研究通過與傳統(tǒng)手術(shù)組對比，探討3D打印技術(shù)輔助手術(shù)治療復(fù)雜跟骨骨折的療效，現(xiàn)報告如下。

臨床資料

1 一般資料：本研究共納入患者48例，男30例，女18例。年齡20-65歲。左側(cè)跟骨骨折16例，右側(cè)27例，雙側(cè)5例。所有患者均為新鮮閉合跟骨粉碎性骨折(Sanders分型：III、IV型)，均采用手術(shù)治療。將48例資料隨機(jī)分為2組：觀察組(3D打印輔助治療)24例，對照組(傳統(tǒng)切開復(fù)位內(nèi)固定)24例。觀察組術(shù)前完善CT檢查后將CT掃描數(shù)據(jù)，以Dicom格式在Mimics 軟件(Materialise公司，比利時)中處理，進(jìn)行三維重建，然后把Dicom格式掃描數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為STL格式文件，導(dǎo)入RAISE F2 3D打印機(jī)(上海復(fù)翔)，制作與實體1;1的跟骨骨折模型。除去模型骨折塊之間的支撐物，了解骨折線位置及壓縮情況，體外模擬復(fù)位，完成鋼板塑性、確定落螺釘位置、長度、數(shù)量及方向。對照組術(shù)前完善跟骨CT平掃骨重建后制定手術(shù)方案。2組患者年齡、性別、側(cè)別及SandersIII、IV型例數(shù)隨機(jī)分配，比較差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)。本研究已獲得湛江中心人民醫(yī)院倫理委員會批準(zhǔn)，所有患者均簽署手術(shù)知情同意書。病例納入標(biāo)準(zhǔn)：(1)通過X光、CT平掃檢查明確診斷為跟骨粉碎性骨折(Sanders分型：均為III、IV型，Sanders分型是基于跟骨冠狀面CT掃描，在冠狀面上選擇后距關(guān)節(jié)面最寬處，從外向內(nèi)將人為劃分3條線A、B、C，分別代表骨折線位置。I型：無移位跟骨骨折；II型：1條骨折線的兩部分關(guān)節(jié)面骨折；III型：2條骨折線的3部分關(guān)節(jié)面骨折；IV型：包含每條骨折線的跟骨關(guān)節(jié)面粉碎性骨折)。(2)受傷至手術(shù)時間≤2周的新鮮閉合骨折。(3)隨訪資料完整，隨訪時間>12個月。病例排除標(biāo)準(zhǔn)：(1)踝關(guān)節(jié)及足部慢性病變，傷前存在足部及踝關(guān)節(jié)周圍功能障礙；(2)合并周圍軟組織失活或開放性骨折；(3)陳舊性跟骨骨折；(4)具有較重基礎(chǔ)病、精神病或其他原因而不能配合治療。

2 術(shù)前準(zhǔn)備：(1)納入研究資料的48例新鮮跟骨閉合性粉碎性骨折患者術(shù)前均完善術(shù)前常規(guī)檢查、跟骨軸側(cè)位X線及CT平掃骨重建檢查，入院即行石膏托外固定制動、墊高患肢，予消腫、止痛治療。(2)將觀察組患者的跟骨骨折CT掃描數(shù)據(jù)，以DICOM格式導(dǎo)入Mimics 軟件(Materialise公司，比利時)，通過計算機(jī)進(jìn)行區(qū)域增長、閾值分化、建模等步驟后，獲得跟骨的三維骨模型，并保存為STL格式文件，然后將其輸入RAISE F2 3D打印機(jī)(上海復(fù)翔信息科技有限公司)中，打印制作與實體1：1的實物跟骨骨折模型)。除去模型骨折塊之間的支撐物，了解骨折線位置及壓縮情況，體外模擬復(fù)位，完成鋼板塑性、確定落螺釘位置、長度、數(shù)量及方向。制定個性化手術(shù)方案后，對鋼板、螺釘?shù)仁中g(shù)器械進(jìn)行消毒備手術(shù)中使用。

3 手術(shù)方法及術(shù)后處理：(1)根據(jù)患者健康狀況及個人要求選擇全麻或硬外麻，手術(shù)側(cè)大腿根部捆綁氣壓止血帶，壓力50kpa，時長90分鐘，術(shù)前1小時抗生素預(yù)防感染。2組患者單側(cè)骨折選擇健側(cè)臥位，雙側(cè)骨折選擇俯臥位。手術(shù)入路選擇跟骨外側(cè)“L”型手術(shù)切口，起自腓骨尖后3cm，上5cm處，止于第V跖骨基底部，由皮膚直接切至骨膜，注意保護(hù)腓骨長短肌腱及第3腓骨肌腱，然后將皮膚軟組織連同骨膜向上方掀開，暴露腓骨遠(yuǎn)端、距骨體部及骰骨并分別置入3枚2.0mm克氏針阻擋掀開皮瓣。復(fù)位順序：①跟骨矢狀位方向置入1枚3.0mm克氏針通過牽引跟骨結(jié)節(jié)，恢復(fù)跟骨長度，糾正內(nèi)、外翻畸形；②于跟腱止點下方0.5cm處，沿跟骨軸線方向水平置入2枚3.0mm克氏針，至后關(guān)節(jié)面骨折線后方，跖屈踝關(guān)節(jié)使跟腱松弛，克氏針翹撥、擠壓恢復(fù)Gissane角、Bohler角及跟骨寬度和高度；③打開外側(cè)壁，直視下翹撥復(fù)位跟骨前突至載距突、跟骰關(guān)節(jié)，后側(cè)骨塊至載距突并用2.0mm克氏針臨時固定；④恢復(fù)后距關(guān)節(jié)面平整，如骨缺損量多，需植入同種異體骨填塞、支撐，最后復(fù)位外側(cè)壁、置入外側(cè)鋼板，其中鋼板需跨越跟骨結(jié)節(jié)骨折塊及前突骨折塊。跟骨骨折累及載距突，可先用1枚2.0mm克氏針于跟骨溝下方的鋼板孔內(nèi)向內(nèi)側(cè)鉆入，方向指向內(nèi)踝下2.5mm處，透視見位置準(zhǔn)確后，換皮質(zhì)螺釘植入。術(shù)畢，C臂機(jī)透視見：已恢復(fù)跟骨長度、寬度、高度、Gissane角、Bohler角及后足負(fù)重軸線，前、中、后距關(guān)節(jié)及跟骰關(guān)節(jié)面平整并恢復(fù)正常解剖關(guān)系。手術(shù)切口采用allgower縫合，留置負(fù)壓引流管，引流量<10ml時可拔除。觀察組患者根據(jù)體外預(yù)手術(shù)方案復(fù)位后，使用術(shù)前塑形的個性化鋼板置于預(yù)定位置，依次擰入相應(yīng)數(shù)量、長度及方向的螺釘。(2)術(shù)后3天及12個月復(fù)查跟骨軸側(cè)位片，測量跟骨長度、寬度、Bohler角度、Gissane角度，統(tǒng)計術(shù)后12個月踝關(guān)節(jié)功能評分(踝關(guān)節(jié)Kofoed評分標(biāo)準(zhǔn))，手術(shù)切口拔出引流管后開始進(jìn)行髖、膝關(guān)節(jié)主動運動；術(shù)后1周軟組織條件允許時，開始進(jìn)行踝關(guān)節(jié)主動伸屈、被動旋轉(zhuǎn)鍛煉；手術(shù)切口拆線后，可以雙拐、單側(cè)健足進(jìn)行步行訓(xùn)練，患足不負(fù)重；6-8周再次復(fù)查X線，根據(jù)骨折愈合情況指導(dǎo)逐漸部分負(fù)重行走；術(shù)后6個月可棄拐完全負(fù)重行走。

5 結(jié)果：48例患者隨訪時間均超過12個月，觀察組手術(shù)切口均甲級愈合，對照組2例術(shù)后手術(shù)切口滲液，1例手術(shù)切口周圍腫脹，膚色淤紫，經(jīng)間斷拆線，切口換藥后愈合。觀察組與對照組手術(shù)時間分別為(61±10)分鐘、(122±26)分鐘；差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)；觀察組與對照組術(shù)后12個月后Kofode評分為(92.3±6.5)分、(90.1±8.1)分；2組對比差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)。觀察組術(shù)后3天與術(shù)后12個月比較跟骨高度改變值(0.21±0.02)cm，寬度改變值(0.11±0.01)cm，Bohler角度改變量2.2°±0.01°，Gissane角度改變量1.4°±0.04°；對照組術(shù)后3天與術(shù)后12個月比較跟骨高度改變值(0.24±0.06)cm，寬度改變值(0.09±0.02)cm，Bohler角度改變量2.6°±0.07°，Gissane角度改變量1.2°±0.08°，2組對比差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)。

討 論

跟骨是人體最大的跗骨，它通過肌腱、韌帶等軟組織與距骨、骰骨連接，提供承重功能。據(jù)流行病學(xué)調(diào)查統(tǒng)計顯示，隨交通業(yè)、高空建筑業(yè)及體育業(yè)等發(fā)展，因高能量損傷造成跟骨骨折患者呈不斷增加的趨勢。跟骨骨折占全身骨折的1%-2%，也是跗骨骨折中最常見的骨折[6]。其中約75%的跟骨骨折涉及跟距關(guān)節(jié)面[7]。跟骨關(guān)節(jié)內(nèi)骨折是比較復(fù)雜的損傷，在明確骨折類型的前提下，治療的關(guān)鍵點是恢復(fù)跟骨幾何形狀、維持關(guān)節(jié)生理結(jié)構(gòu)。如診斷、治療不當(dāng)常會造成周圍肌腱損傷、關(guān)節(jié)僵硬、創(chuàng)傷性關(guān)節(jié)炎等災(zāi)難性后果，嚴(yán)重影響日常生活質(zhì)量[8]。為保證關(guān)節(jié)面恢復(fù)平整,骨折解剖復(fù)位, 臨床多主張行切開復(fù)位內(nèi)固定術(shù)[9], CT平掃骨重建在跟骨關(guān)節(jié)內(nèi)復(fù)雜骨折術(shù)前評估中起到關(guān)鍵作用，其可以詳細(xì)了解跟骨壓縮及骨折端移位情況，以Sanders分型[10]為指導(dǎo)選擇相應(yīng)手術(shù)方案，術(shù)后可取的良好的治療效果[11]。但因不同個體跟骨大小、形狀及骨折類型千差萬別，所以目前跟骨解剖鋼板也無法實現(xiàn)與每個個體的完美匹配。術(shù)中需選擇鋼板型號并對其塑型，測量螺釘長度，C臂機(jī)反復(fù)透視確定鋼板位置和螺釘方向及長度，被動活動關(guān)節(jié)觀察骨折塊固定的穩(wěn)定性等。存在術(shù)中內(nèi)固定鋼板、螺釘多次調(diào)整更換的可能。不但增加了手術(shù)時間，而且對周圍軟組織損傷大。另外，電鉆對骨骼多次鉆孔也對骨折愈合、術(shù)后恢復(fù)有一定的影響。3D打印技術(shù)源于20世紀(jì)80年代后期，美國Charles Hull教授在1984年提出了將數(shù)字資料打印成三維立體模型的概念，并研發(fā)了世界首臺3D光敏打印機(jī)。1998年國內(nèi)有文獻(xiàn)報道[12]關(guān)于3D打印技術(shù)在骨骼三維重建中的應(yīng)用后，快速成型技術(shù)技術(shù)在國內(nèi)骨科快速發(fā)展。目前，3D打印影像學(xué)資料數(shù)據(jù)主要來自CT、超聲、MRI等[13]運用計算機(jī)處理DICOM數(shù)據(jù)，Mimics等三維圖像處理軟件構(gòu)圖后通過3D打印機(jī)打印出與實體1:1模型[14]。使骨科手術(shù)直觀化、簡單化、個性化、精準(zhǔn)化[15]。

從我們的實驗數(shù)據(jù)可以看出，觀察組手術(shù)中因無需鋼板塑性、定位、螺釘長度測量及C臂反復(fù)透視和手術(shù)步驟的的重復(fù)等，可將手術(shù)控制在止血帶1個周期內(nèi)，無需放松止血帶等待下1個周期，減少了麻醉時間及術(shù)中出血量，明顯縮短手術(shù)時間。觀察組與對照組手術(shù)時間分別為(61±10)分鐘、(122±26)分鐘。3D打印技術(shù)使手術(shù)快捷、簡單的同時，對固定的穩(wěn)定性良好，觀察組術(shù)后3天與術(shù)后12個月比較跟骨高度改變值(0.21±0.02)cm，寬度改變值(0.11±0.01)cm，Bohler角度改變量2.2°±0.01°，Gissane角度改變量1.4°±0.04°；對照組術(shù)后3天與術(shù)后12個月比較跟骨高度改變值(0.24±0.06)cm，寬度改變值(0.09±0.02)cm，Bohler角度改變量2.6°±0.07°，Gissane角度改變量1.2°±0.08°，2組無明顯差異(P>0.05)。腓總動脈及其終末分支是跟骨外側(cè)皮膚血供應(yīng)主要來源，術(shù)中損傷可能導(dǎo)致切口周圍軟組織壞死、感染等不良事件發(fā)生風(fēng)險[16]。 我們手術(shù)操作過程均保護(hù)此動脈及分支免受 損傷，但對照組仍有3例患者手術(shù)切口愈合不良，而觀察組均甲級愈合，因此推測考慮對照組切口愈合不良可能與術(shù)野暴露廣、皮瓣阻擋時間長相關(guān)。綜上所述，3D打印技術(shù)輔助手術(shù)治療Sanders III、IV型復(fù)雜跟骨骨折的臨床療效確切，功能恢復(fù)良好，值得在臨床中推廣應(yīng)用。