3D打印技术在Pilon骨折手术治疗中的应用

3D打印技术在Pilon骨折手术治疗中的应用

李新春， 康麟， 庞渊

(乌鲁木齐市中医院骨科， 乌鲁木齐830011)

摘要：目的探讨3D打印技术在 Pilon骨折手术治疗中的可行性及诊疗价值。方法选择2例较为复杂的 Pilon骨折患者进行螺旋CT扫描，将其DICOM数据输入计算机中，采用 Mimics软件处理数据。应用3D打印技术打印骨折模型，制定手术方案，于内固定前模拟手术过程。然后实施手术，从手术入路、钢板长度、螺钉数量及长度方面与术前模拟方案进行对比。 结果2例完全采用了计划固定方法，患者术中采用的固定钢板、螺钉数量与螺钉长度均与术前计划一致。随访 X线及 CT显示2例均为关节面解剖复位。 结论3D打印技术应用于Pilon骨折的治疗临床可行性良好，有助于术者对Pilon骨折的理解和术前计划的制定。

关键词：3D打印技术； Pilon骨折； 临床应用

中图分类号：R683文献标识码：A

doi:10.3969/j.issn.1009-5551.2015.04.020

[收稿日期：2014-10-14]

基金项目：乌鲁木齐市科技局资助基金(Y121310007)

作者简介：韩晓丽(1974-)，女，硕士，副主任医师，研究方向：营养与健康。

Application of 3D printing technology in the clinical treatment of pilon fracture

LI Xinchun, KANG Lin, PANG Yuan

(DepartmentofOrthopedics,UrumqiHospitalofTraditionalChineseMedicine,

Urumqi830011,China)

Abstract：ObjectiveTo explore the feasibility and clinical value of three-dimension (3D) printing technology in the treatment of Pilon Fracture. MethodsSpiral CT scan was performed in 2 patients with Pilon Fracture. DICOM data were imported into Mimics software. 3D printing technology was used to print the fracture models. Operative planning was worked out, and the surgical process was simulated before internal fixation, and then the operation was implemented. The aspects including operation approach, plate length, screw count and length were compared. Meanwhile, the actual operation time was recorded. ResultsThe planned fixation method was completely used in 2 patients. The number and length of fixation plate and screw in 2 patients were concurrent with those before operation. The follow-up CT showed that 2 patients achieved anatomic reduction of articular surface. ConclusionThe technology of 3D printing for the treatment of Pilon fracture is feasible and of clinical significance, contributive to the better understanding of Pilon facture and preoperative planning for the operation.

Key words： 3D printing technology; pilon fracture; clinical application

Pilon骨折一直是临床骨科医师比较难以处理的一类骨折，其为胫骨远端累及关节面合并腓骨远端的复杂骨折，多由高处坠落、交通事故以及厂矿工伤等高能量暴力所造成，多有移位及下胫腓关节分离，保守治疗一般效果较差，常出现关节功能障碍、长期的疼痛等较为严重的并发症，需手术治疗。乌鲁木齐市中医院在新疆首次将3D打印技术应用于Pilon骨折中，在CT三维重建技术的基础上，制作出了Pilon骨折的等大原始立体图像，能够为术者提供更为清晰、准确的影像学信息，为患者提供更加直观、易懂的实物模型，具有明显优势。本研究旨在探讨3D打印技术在Pilon骨折手术治疗中的临床应用价值。

1资料与方法

1.1一般资料选择2014年3月乌鲁木齐市中医院骨科收住Pilon骨折患者2例，均为男性，1例45岁，为车祸损伤；1例66岁，为高处坠落伤。依据Pilon骨折Ruedi-Allgower分类[1]：Ⅰ型：波及关节面而无移位；Ⅱ型：关节面轻度移位，无粉碎骨折；Ⅲ型：胫骨远端的粉碎骨折伴压缩。2例患者均为Ⅲ型骨折(图1)。

1.2手术方法2例患者全部手术治疗。根据CT三维重建及3D打印(模型,图2)技术检查的结果确定手术方式。3D打印技术检查的结果与手术中的探查结果完全吻合。手术时间:1例在12 h内，1例采用跟骨牵引后10 d后，均采用切开复位植骨内固定术。

在CT三维重建及3D打印技术检查基础上进行图像分析、选择入路。具体方法：取3D打印模型正前方，于踝关节平面近侧0.5 cm处，自内踝至外踝取水平线，以此线胫骨中点为轴心向胫骨近侧画一垂直线，将胫骨冠状面分为内侧象限和外侧象限，因关节面和胫骨远端主要骨折部位均在内侧象限，故选择前外翻入路，并根据骨折块移位情况预先选择好切口弧度、方向及长度，增加的腓骨后外侧入路预先预留距离均>7 cm。

A: 踝关节正位片B: 踝关节正位片C: 踝关节CT片

图1踝关节影像学检测结果

A: 踝关节三维重建影像模型　B: 踝关节三维重建等比例实物模型

3D打印技术对固定材料及方式的选择：根据3D打印模型对Pilon骨折的关节面的移位、塌陷程度和粉碎程度分析后，采用合适的固定材料和固定方式。按AO原则进行手术：(1)重建腓骨,根据等大模型所示大小选择适宜长度的腓骨重建板及螺钉，重建下肢长度；(2)重建胫骨关节面，术前根据等大模型选择适宜长度及外形的接骨板，根据骨折块移位情况选择安置位置并进行初步预弯，以避让固定单独骨折块的拉力螺钉，预定好拉力螺钉的型号及长度，尽可能地减少切口长度，减少创伤；(3)自体松质骨及皮松质骨移植，术前根据等大模型所示，选择好植骨入路，预估植骨量，根据皮质骨缺损情况估算所需移植的皮植骨骨量及外形，尽可能地恢复胫骨关节面高度、平整度及坚强程度。

1.3术后处理术后给予踝足固定支具固定，术后7 d进行踝关节的间断主动屈伸锻炼，3个月后进行完全或部分负重锻炼。

1.4踝关节功能评价标准以Mazur等[2]制定的踝关节症状与功能评分系统作为评价标准：优:踝关节无肿痛，步态正常，活动自如；良:踝关节轻微肿痛，正常步态，活动度可达正常的3/4；可:活动时疼痛，活动度仅为正常的1/2，正常步态，需服用非甾体类抗炎药；差:行走或静息痛，活动度仅为正常的1/2，跛行、踝关节肿胀。

2结果

2例Pilon骨折术前均利用3D 打印技术制定了手术方案，并利用3D打印模型进行了手术步骤的模拟操作。2例Pilon骨折均按术前手术方案进行手术，手术入路、钢板长度、螺钉数量及长度均与术前方案一致，随访6个月， 2例患者均为“优”,关节面解剖复位。

3讨论

3.1Pilon骨折的临床特征Pilon骨折作为一种临床常见的关节内骨折， 是胫骨远端累及关节面合并腓骨远端的复杂骨折，多为高能量损伤所致，临床表现复杂且伴有不同程度的关节面塌陷及移位， 给临床治疗带来了一定程度上的挑战。 骨折关节面的解剖复位、 坚强内固定和复位后植骨是Pilon骨折复位满意的三要素。

3.2现有影像学检查的不足X线检查作为骨折诊断的重要组成部分，可以为临床医师提供良好的二维成像， 可以提供最为基本的诊断。 由于Pilon骨折自身解剖结构的特殊性， 胫骨关节面骨折的大部分结构将会被骨质投影所重叠而很难反映出清晰的细节， 给临床分型的准确判断提出了难题。

CT三维重建通过轴的旋转和切割获取不同层面的直观图像，弥补了 X 线平片的不足，可以显示骨折线的走向及骨碎片的具体位置，能够任意角度、多方位的重建，能很好地显示骨折细节。

3.33D打印技术的优势(1)在以往的骨伤疾病治疗过程中，医生都是靠查看CT片和自己的经验来进行诊断和手术，一些复杂骨伤的诊断及治疗难度比较高，对手术入路、骨折复位、内置物的选择，主观性较大，手术风险相对较高。而对于临床经验不够丰富的初中级医师，遇到较为复杂的骨折时，往往出现术前准备不足，术中细节把握不够，术后手术效果不理想。通过3D扫描技术，制作打印成1∶1的模型，立体呈现骨折的原始结构，可在术前预先进行模拟手术，提前演练术中可能遇到的关键点及难点，增加了手术成功率，提高了骨伤疾病的治愈率。 (2)制作出的骨折模型可以快速、准确地帮助医生找出最佳的手术入路，选择合适的置入物(由于目前使用的内置物都是流水线批量生产，其尺寸、规格、形状、匹配度常不合适，过去骨科医生只能依靠经验在手术中临时选择、预弯、调整，常有因内置物的不匹配而影响手术，或是大概将就内置物的情况发生)。3D模型的出现可以提前选择好合适的内置物，并可提前在等大的模型上进行评估、预弯及安装测试，在手术中直接使用，不仅能降低手术风险，还可缩短手术时间，提高手术效率。3D打印技术已在骨科医疗领域提供越来越多的帮助。例如，对于发育畸形的关节置换手术、骨肿瘤等骨缺损类疾病手术及脊柱发育畸形重建手术等的治疗，医生可以录入患者的相关数据，直接定制个性化的、更加符合患者伤情的内植物材料。目前3D打印机制造的钛合金骨骼植入人体项目已经成功通过动物实验，被国家批准进入临床观察阶段，定制的个性化关节模型已经有了一些人体试验。如果人体试验成功，那将是3D打印技术在骨科病治疗方面的又一个里程碑。(3)利用3D骨折模型向患者及家属进行病情和治疗方案的讲解，降低了病人的理解难度，使沟通更容易。患者还可通过术前、术后的病灶模型比较，可直观判断治疗效果，大大缓解了现在日趋严重的医患关系。近几年来国内陆续将此技术应用的骨折的诊断及治疗中来，特别是针对复杂性骨折如髋臼骨折、骨肿瘤及粉碎性骨折等[3-6]。

综上所述，3D打印技术被誉为“第三次工业技术革命”本研究紧跟世界技术前沿，在新疆首次完成了 3D打印技术对Pilon骨折中的应用，结果证明3D打印的多层面、立体以及直观的重建， 为Pilon骨折临床诊疗提供了丰富的影像信息， 明确了骨折的原始情况， 使骨折手术治疗方案的制定选择更为安全、便捷、全面，值得临床推广。

参考文献：

[1]Ruedi TP,Allgower M.The operative treatment of intra-articular fractrues of the lower end of the tibia[J].Clin Orthop Relat Res,1999,138:105-110.

[2]Mazur JM,Schwartz E,Simon SR.Ankle arthrodesis:long-term fel-low-up with gait analysis[S]. J Bone Joint Surg(Am),1979,61(7):964-975.

[3]周伟力,雷青,张先家,等.3D打印技术在髋臼骨折手术中的临床应用[J].医学临床研究,2014,(6):1097-1100.

[4]潘慧.3D打印技术助力临床治疗“私人定制”—广东成功实施世界首例“髋臼骨折3D打印腹腔镜辅助下内固定术”[J].广东科技,2014,(15):24-25.

[5]马立敏,张余,周烨,等.3D打印技术在股骨远端骨肿瘤的应用[J].中国数字医学,2013,(8):70-72.

[6]刘建鹏,范红旗,刘海金,等.肱骨干并发肱骨髁上髁间粉碎骨折12例治疗体会[J]. 河北医科大学学报,2014,(8):937-939.

(本文编辑张巧莲)