3D打印技術(shù)結(jié)合標(biāo)志定位法在脛骨遠(yuǎn)端A型骨折中的臨床應(yīng)用*

劉彬 張清 劉融 張國(guó)華 陳超斌 張勇 胡鋒 韋盛 周一林 楊翾 孫鵬

脛骨遠(yuǎn)端骨折是骨科常見骨折，占所有脛骨骨折的7%～10%，致傷原因多為車禍傷、墜落傷、重物砸傷及摔傷等，以不穩(wěn)定骨折更為常見，常需要手術(shù)治療[1-3]。有研究表明，通過微創(chuàng)接骨板內(nèi)固定技術(shù)治療脛骨遠(yuǎn)端骨折，若復(fù)位不良、鋼板放置不當(dāng)會(huì)影響下肢負(fù)重軸線，致使鄰近關(guān)節(jié)創(chuàng)傷性關(guān)節(jié)炎的發(fā)生[4]。隨著3D打印技術(shù)的發(fā)展，其在骨科中已經(jīng)有了廣泛的應(yīng)用[5]，解決了很多難題，在脛骨遠(yuǎn)端骨折中的應(yīng)用也并不少見，借助3D打印技術(shù)能夠?qū)γ劰沁h(yuǎn)端骨折選擇最佳的手術(shù)方式并模擬手術(shù)過程[6]。但準(zhǔn)確地將術(shù)前計(jì)劃應(yīng)用于實(shí)際手術(shù)仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)[7]，結(jié)合3D打印技術(shù)，本文提出了一種簡(jiǎn)單易行的標(biāo)志定位方法來定位術(shù)中鋼板的放置位置，旨在研究3D打印技術(shù)結(jié)合標(biāo)志定位法在治療成人脛骨遠(yuǎn)端A型骨折中的臨床應(yīng)用價(jià)值。

1 資料與方法

1.1 納入與排除標(biāo)準(zhǔn)

納入標(biāo)準(zhǔn)：①明確外傷史；②閉合性骨折；③A型骨折；④年齡18～60周歲；⑤患者配合檢查，有完整影像學(xué)資料；⑥患者配合隨訪，有完整隨訪資料。排除標(biāo)準(zhǔn)：①患有糖尿病，影響骨折愈合；②存在手術(shù)禁忌證無法手術(shù)患者；③肢體對(duì)稱性較差，既往有偏癱、小兒麻痹、截肢、雙下肢骨折等病史；④病理性骨折。

1.2 一般資料

本研究回顧性分析武漢科技大學(xué)附屬普仁醫(yī)院骨科2019年1月至2021年2月收治的共62例脛骨遠(yuǎn)端骨折患者資料，根據(jù)手術(shù)方式患者被分為傳統(tǒng)組與3D打印技術(shù)結(jié)合標(biāo)志定位法組。傳統(tǒng)組（31例）：男14例，女17例；年齡27～60歲，平均（46.16±7.58）歲；合并腓骨骨折31例；受傷至手術(shù)時(shí)間4～10 d，平均（7.00±1.80）d。3D打印技術(shù)結(jié)合標(biāo)志定位法組（31例）：男16例，女15例；年齡30～60歲，平均（47.45±7.88）歲；合并腓骨骨折31例；受傷至手術(shù)時(shí)間5～11 d，平均（6.74±1.67）d。本研究通過武漢科技大學(xué)附屬普仁醫(yī)院倫理審核（k2021143），所有患者均自愿簽署知情同意書。

1.3 手術(shù)方法

1.3.1 標(biāo)志定位法

在3D打印模型上，選擇最佳的鋼板與螺釘與之匹配后，在矢狀面上，測(cè)量脛骨最遠(yuǎn)端與鋼板最遠(yuǎn)端距離a、骨折遠(yuǎn)端前側(cè)最高點(diǎn)與鋼板前側(cè)緣距離b、骨折線近端最近置釘孔中心與脛骨前緣距離c、最近端置釘孔處鋼板后緣與脛骨前緣距離d，在術(shù)中通過a、b、c、d四者距離可以確定鋼板矢狀面位置，冠狀面上可通過對(duì)鋼板施加壓力調(diào)整其與脛骨之間的距離，筆者將此方法稱為“標(biāo)志定位法”，見圖1。

圖1 標(biāo)志定位法測(cè)量示意圖

1.3.2 術(shù)前準(zhǔn)備

兩組均完善術(shù)前檢查，排除手術(shù)禁忌證。傳統(tǒng)組根據(jù)術(shù)前X線（Hitachi DFA200，日本日立公司）及CT（德國(guó)SIEMENS公司）二維影像進(jìn)行術(shù)前計(jì)劃。3D打印技術(shù)結(jié)合標(biāo)志定位法組術(shù)前收集患者患側(cè)、健側(cè)脛骨CT原始DICOM數(shù)據(jù)，經(jīng)三維重建后通過3D打印機(jī)，打印出1∶1脛骨遠(yuǎn)端骨折模型與鏡像模型，根據(jù)骨折模型，在鏡像模型上描繪骨折形態(tài)，確定切口位置、長(zhǎng)度，放置最佳匹配鋼板，必要時(shí)進(jìn)行折彎塑形，確定螺釘角度、長(zhǎng)度，結(jié)合標(biāo)志定位法，測(cè)量鋼板與各標(biāo)志距離。器械確定后消毒備用。待患肢張力性水泡愈合，腫脹消退后進(jìn)行手術(shù)治療，術(shù)前備皮，導(dǎo)尿，術(shù)前0.5 h預(yù)防性應(yīng)用抗生素。

1.3.3 手術(shù)過程

兩組手術(shù)均由同一組高年資醫(yī)師完成，麻醉方式均為椎管內(nèi)麻醉，均首先復(fù)位腓骨。麻醉成功后，患者取仰臥位，采用氣壓止血帶，常規(guī)消毒、鋪巾。復(fù)位腓骨后，取脛骨骨折斷端前側(cè)縱切口，可視下解剖復(fù)位脛骨骨折，斷端加壓固定，C臂透視滿意。傳統(tǒng)組：取內(nèi)踝弧形切口，選取合適長(zhǎng)度鎖定接骨板，于脛骨內(nèi)側(cè)放置鎖定接骨板，通過透視調(diào)整鋼板位置，鋼板位置滿意后置入螺釘，通過透視調(diào)整螺釘角度、長(zhǎng)度。3D打印技術(shù)結(jié)合標(biāo)志定位法組：取內(nèi)踝弧形切口，于脛骨內(nèi)側(cè)放置術(shù)前確定長(zhǎng)度鎖定接骨板，通過標(biāo)志定位法將鋼板調(diào)整至術(shù)前3D打印模型上確定的鋼板位置，鋼板位置滿意后，置入術(shù)前模擬螺釘。兩組必要時(shí)植入同種異體骨。

1.3.4 術(shù)后處理

術(shù)后2 d復(fù)查X線片。術(shù)后6 h內(nèi)囑患者去枕平臥，24 h內(nèi)予以靜脈滴注抗生素預(yù)防感染，24～48 h拔除引流管，48 h后指導(dǎo)患者床上行早期踝關(guān)節(jié)功能鍛煉，6～8周復(fù)查X線評(píng)估愈合情況，酌情負(fù)重練習(xí)。

1.4 評(píng)價(jià)指標(biāo)

收集兩組患者的資料，包括手術(shù)時(shí)間、透視次數(shù)、術(shù)中失血量、復(fù)位質(zhì)量、鋼板放置位置、功能評(píng)估和術(shù)后并發(fā)癥。鋼板放置位置通過X線側(cè)位片上鋼板中線與脛骨力線之間的夾角和鋼板中點(diǎn)與脛骨前、后徑中點(diǎn)之間的距離評(píng)價(jià)，見圖2。功能評(píng)估應(yīng)用美國(guó)足踝外科協(xié)會(huì)評(píng)分表（American Orthopedic of Foot and Ankle Society，AOFAS）進(jìn)行評(píng)分：90～100分為優(yōu)；75～89分為良；50～74分為可；＜50分為差[8]。

圖2 鋼板放置位置評(píng)價(jià)示意圖

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

應(yīng)用SPSS 26.0軟件分析數(shù)據(jù)。符合正態(tài)分布的計(jì)量資料以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示，采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)；計(jì)數(shù)資料用n（%）表示，采用χ2檢驗(yàn)。P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

患者均得到隨訪，隨訪時(shí)間6～12個(gè)月，平均（9.23±1.71）個(gè)月。

2.1 兩組患者的一般資料比較

兩組患者的性別、年齡、受傷至手術(shù)時(shí)間、骨折類型、受傷原因等一般資料比較，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05），具有可比性（見表1）。

表1 兩組患者的一般資料比較

2.2 兩組患者的復(fù)位情況比較

兩組術(shù)中均進(jìn)行有限切開，直視下進(jìn)行骨折復(fù)位，參照長(zhǎng)骨干骨折解剖復(fù)位標(biāo)準(zhǔn)[9]，術(shù)中透視見兩組患者骨折均對(duì)位、對(duì)線良好，均達(dá)解剖復(fù)位，無短縮、旋轉(zhuǎn)、成角畸形。

2.3 兩組患者的術(shù)中指標(biāo)比較

3D打印技術(shù)結(jié)合標(biāo)志定位法組手術(shù)時(shí)間、透視次數(shù)、失血量均少于傳統(tǒng)組（P＜0.05），差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05），見表2。

表2 兩組術(shù)中指標(biāo)對(duì)比（±s）

表2 兩組術(shù)中指標(biāo)對(duì)比（±s）

組別傳統(tǒng)組（n=31）3D打印技術(shù)結(jié)合標(biāo)志定位法組（n=31）t值P值手術(shù)時(shí)間（min）79.74±6.92 76.03±3.65 2.641 0.011透視次數(shù)（次）3.81±0.91 3.23±0.76 2.724 0.008失血量（mL）76.29±9.31 71.29±7.30 2.354 0.022

2.4 兩組患者鋼板放置位置、AOFAS功能評(píng)分比較

3D打印技術(shù)結(jié)合標(biāo)志定位法組X線側(cè)位片上鋼板中線與脛骨力線之間的夾角平均（2.87±1.09）°，傳統(tǒng)組平均（3.84±1.93）°；3D打印技術(shù)結(jié)合標(biāo)志定位法組鋼板中點(diǎn)與脛骨前后徑中點(diǎn)之間的距離平均（1.52±0.93）mm，傳統(tǒng)組平均（2.19±1.42）mm，差異均具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P均＜0.05）。兩組患者術(shù)后6個(gè)月AOFAS功能評(píng)分比較，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05），見表3。

表3 兩組鋼板放置位置、術(shù)后6個(gè)月AOFAS功能評(píng)分比較（±s）

表3 兩組鋼板放置位置、術(shù)后6個(gè)月AOFAS功能評(píng)分比較（±s）

組別傳統(tǒng)組（n=31）3D打印技術(shù)結(jié)合標(biāo)志定位法組（n=31）t值P值夾角（°）3.84±1.93 2.87±1.09 2.429 0.019距離（mm）2.19±1.42 1.52±0.93 2.220 0.031術(shù)后6個(gè)月AOFAS評(píng)分（分）96.97±1.82 93.26±3.50 1.016 0.313

2.5 兩組患者術(shù)后并發(fā)癥情況比較

兩組術(shù)后均無畸形愈合、切口感染、皮膚壞死、鄰近關(guān)節(jié)創(chuàng)傷性關(guān)節(jié)炎等并發(fā)癥發(fā)生。

典型病例：患者，男，56歲。因外傷致左小腿腫痛、活動(dòng)受限，急診以“左脛腓遠(yuǎn)端骨折”收入院，入院后完善相關(guān)檢查，結(jié)合3D打印技術(shù)與標(biāo)志定位法，擇期在椎管內(nèi)麻醉下行“經(jīng)皮微創(chuàng)鋼板內(nèi)固定術(shù)+有限切開”的手術(shù)方式，術(shù)后復(fù)查X線結(jié)果顯示與術(shù)前計(jì)劃完全一致，隨訪12個(gè)月，踝關(guān)節(jié)活動(dòng)正常，功能優(yōu)（見圖3）。

圖3 A.術(shù)前脛骨遠(yuǎn)端骨折X線正側(cè)位；B.術(shù)前脛骨遠(yuǎn)端骨折CT圖像；C、D.術(shù)前利用3D打印模型復(fù)位并在健側(cè)鏡像模型上描繪完整骨折線；E、F.術(shù)前選擇最佳鋼板螺釘與健側(cè)3D打印鏡像模型匹配；G.術(shù)前在3D打印模型上對(duì)標(biāo)志定位法中距離a的測(cè)量，測(cè)得距離為0.8 cm；H.術(shù)前距離b的測(cè)量，測(cè)得距離為1.0 cm；I.術(shù)前距離c的測(cè)量，測(cè)得距離為2.0 cm；J.術(shù)前距離d的測(cè)量，測(cè)得距離為2.2 cm；K.對(duì)脛骨骨折端皮膚有限切開，直視下實(shí)現(xiàn)解剖復(fù)位；L.術(shù)中距離a的測(cè)量，測(cè)得距離為0.8 cm；M.術(shù)中距離b的測(cè)量，測(cè)得距離為1.0 cm；N.術(shù)中距離c的測(cè)量，測(cè)得距離為2.0 cm；O.術(shù)中距離d的測(cè)量，測(cè)得距離為2.2 cm；P.術(shù)后1 d X線正側(cè)位；Q.術(shù)后1 d X線側(cè)位片測(cè)量顯示鋼板中線與脛骨力線完全貼合

3 討論

由于脛骨解剖特點(diǎn)，脛骨中上段橫截面為三角形，脛骨遠(yuǎn)端膨大，橫截面呈四方形，所以受到外力作用后，形態(tài)轉(zhuǎn)變的移行交界處容易發(fā)生骨折。根據(jù)AO/OTA分型，脛骨遠(yuǎn)端A型骨折被分為亞型A1（螺旋）、A2（斜行）和A3（橫行）[10]。相較于全身多數(shù)部位骨折，脛骨遠(yuǎn)端骨折術(shù)后恢復(fù)環(huán)境較差，這是因?yàn)槊劰沁h(yuǎn)端緊貼皮下，軟組織覆蓋少，且骨折易損傷髓內(nèi)滋養(yǎng)動(dòng)脈，另外術(shù)中難免會(huì)破壞骨膜，多個(gè)因素共同造成脛骨遠(yuǎn)端血運(yùn)不佳，局部循環(huán)障礙[11]，可出現(xiàn)皮膚感染、壞死，影響骨折愈合等情況[12]，此外脛骨上下關(guān)節(jié)面平行，一旦骨折斷端術(shù)后對(duì)位不良、鋼板偏置易發(fā)生創(chuàng)傷性關(guān)節(jié)炎，甚至內(nèi)固定失效，骨折不愈合[6,13]。

對(duì)于脛骨遠(yuǎn)端骨折治療，目前經(jīng)皮微創(chuàng)接骨板內(nèi)固定技術(shù)被廣泛接受與應(yīng)用[14-15]，通過閉合復(fù)位，微小切口，鋼板不需緊貼骨面，使手術(shù)對(duì)軟組織和骨膜的損傷降到最低，彈性固定使骨折斷端產(chǎn)生相對(duì)微小運(yùn)動(dòng)，促進(jìn)骨折端的骨痂生成和愈合，同時(shí)并發(fā)癥少，可以達(dá)到很好的功能結(jié)果，是脛骨遠(yuǎn)端骨折的有效治療方法[16-18]，但術(shù)中復(fù)位方式為閉合復(fù)位，可能出現(xiàn)斷端對(duì)位不良、軟組織嵌入、影響骨折愈合的情況發(fā)生，特別是骨折斷端發(fā)生移位的情況，更易發(fā)生軟組織嵌入，增加閉合復(fù)位難度和骨折不愈合風(fēng)險(xiǎn)[19]，有研究發(fā)現(xiàn)有限切開結(jié)合微創(chuàng)經(jīng)皮接骨板內(nèi)固定技術(shù)同樣可以取得良好療效，不會(huì)增加皮膚感染、壞死的可能性，并且減少了術(shù)中透視次數(shù)[20]。所以筆者術(shù)中選擇在骨折斷端進(jìn)行有限切開，直視下復(fù)位，實(shí)現(xiàn)解剖復(fù)位，盡力避免骨折延遲愈合或不愈合的可能。

脛骨遠(yuǎn)端骨折的復(fù)位固定、關(guān)節(jié)面平整及踝關(guān)節(jié)功能的恢復(fù)仍然是手術(shù)的難點(diǎn)[21-22]。傳統(tǒng)術(shù)前計(jì)劃通過患者X線、CT影像資料不能直觀、立體地顯示骨折情況，很難對(duì)手術(shù)過程做出準(zhǔn)確判斷[23]，容易出現(xiàn)固定器械選擇不佳，增加手術(shù)時(shí)間和風(fēng)險(xiǎn)[24]，3D打印技術(shù)的出現(xiàn)很好地解決了這些問題[25-26]，通過3D打印真實(shí)尺寸模型，筆者可以從任意角度觀察骨折形態(tài)、利于醫(yī)患溝通、判斷骨折類型、測(cè)量骨折塊的大小、確定復(fù)位順序、在模型上選擇最佳鋼板螺釘，在術(shù)前計(jì)劃和手術(shù)實(shí)施方面提供了巨大幫助[7,27-28]。張文舉等[29]將3D打印技術(shù)應(yīng)用于脛骨遠(yuǎn)端骨折，與傳統(tǒng)手術(shù)方式對(duì)比，減少了手術(shù)時(shí)間和失血量。Zhang等[30]術(shù)前通過3D打印技術(shù)對(duì)脛骨遠(yuǎn)端骨折選擇最佳手術(shù)方式，并模擬手術(shù)過程，術(shù)后取得了良好固定效果。

但正如前文提到，如何準(zhǔn)確地將3D打印模型上預(yù)定的術(shù)前計(jì)劃應(yīng)用于實(shí)際手術(shù)仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)，術(shù)中操作與術(shù)前計(jì)劃的一致性，很大程度上決定了手術(shù)的有效性，以往術(shù)中確定鋼板位置主要通過經(jīng)驗(yàn)和反復(fù)透視來確定，相對(duì)增加了手術(shù)時(shí)間和透視次數(shù)，一旦術(shù)中鋼板放置位置不佳，術(shù)后很可能出現(xiàn)力線不穩(wěn)、固定失效、鄰近關(guān)節(jié)創(chuàng)傷性關(guān)節(jié)炎甚至骨折不愈合的情況，筆者認(rèn)為3D打印技術(shù)在脛骨遠(yuǎn)端骨折的應(yīng)用關(guān)鍵點(diǎn)為術(shù)中鋼板位置同術(shù)前計(jì)劃的準(zhǔn)確放置，因?yàn)殇摪逦恢么_定后，螺釘自然確定，所以我們提出了一種標(biāo)志定位法來輔助定位鋼板位置，術(shù)前將鋼板大小、位置在3D打印模型上確定，將測(cè)量位置選擇在手術(shù)切口附近，不需增加額外切口，并選擇相對(duì)可明顯識(shí)別的骨性位置，方便定位與測(cè)量。

本文研究結(jié)果顯示，3D打印技術(shù)結(jié)合標(biāo)志定位法組與傳統(tǒng)組相比，在復(fù)位質(zhì)量、AOFAS功能評(píng)分方面無明顯差異，兩種方式均可達(dá)到良好的療效，但3D打印技術(shù)結(jié)合標(biāo)志定位法組鋼板中線與脛骨力線之間的夾角更小，鋼板中點(diǎn)與脛骨前后徑中點(diǎn)之間的距離更近，鋼板放置角度、位置更加貼合脛骨力線，透視次數(shù)更少，手術(shù)時(shí)間和失血量也相對(duì)減少，顯示出術(shù)前通過3D打印技術(shù)確定鋼板型號(hào)、位置，術(shù)中通過標(biāo)志定位法確定鋼板放置位置是可行有效的，此方法可提高鋼板放置位置的準(zhǔn)確度，進(jìn)一步提高固定效果的可靠度，3D打印技術(shù)結(jié)合標(biāo)志定位法在脛骨遠(yuǎn)端骨折微創(chuàng)接經(jīng)皮接骨板內(nèi)固定術(shù)中的應(yīng)用可以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)、微創(chuàng)、個(gè)性化的治療。

本研究將標(biāo)志定位法與3D打印技術(shù)進(jìn)行了充分結(jié)合，在術(shù)前，通過3D打印模型，全方位觀察骨折形態(tài)、確定復(fù)位順序、內(nèi)固定物型號(hào)、位置、長(zhǎng)度，進(jìn)行了詳細(xì)的術(shù)前計(jì)劃，不需術(shù)前準(zhǔn)備大量器械，術(shù)中再進(jìn)行選擇設(shè)計(jì)。在醫(yī)患溝通過程中，在3D打印模型上清楚、直觀地講解骨折情況、手術(shù)過程及可能出現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)，增加了患者及家屬的理解程度和對(duì)醫(yī)生的信任程度。在術(shù)中，通過標(biāo)志定位法，使術(shù)前計(jì)劃與術(shù)中操作鋼板位置接近一致，避免了術(shù)后出現(xiàn)力線不穩(wěn)、固定失效、創(chuàng)傷性關(guān)節(jié)炎等情況。術(shù)中透視次數(shù)的減少使醫(yī)護(hù)人員和患者受到更少輻射。此外，選擇微創(chuàng)經(jīng)皮接骨板內(nèi)固定術(shù)并在骨折斷端有限切開的手術(shù)方式，在骨折復(fù)位和軟組織保護(hù)之間達(dá)到了平衡。

但本研究仍具有一定局限性：術(shù)后隨訪時(shí)間不足，對(duì)遠(yuǎn)期預(yù)后缺少評(píng)估，包括遠(yuǎn)期踝關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)功能活動(dòng)等；3D打印技術(shù)結(jié)合標(biāo)志定位法組術(shù)前需要完善雙下肢CT檢查，并3D打印雙下肢模型，增加了住院費(fèi)用；本研究樣本量較小，有待大樣本、多中心研究進(jìn)一步證實(shí)。

總而言之，3D打印技術(shù)結(jié)合標(biāo)志定位法為脛骨遠(yuǎn)端A型骨折患者提供了個(gè)性化治療方案，且與傳統(tǒng)微創(chuàng)手術(shù)方式相比，鋼板放置位置更加貼近脛骨力線，標(biāo)志定位法為3D打印技術(shù)在脛骨遠(yuǎn)端A型骨折術(shù)前計(jì)劃的準(zhǔn)確實(shí)施提供了新思路。