3D打印技术在复杂Pilon骨折治疗中的应用

李攀，李让贤，夏兴平，刘超，段春辉，邓声杰

(云南省镇雄县人民医院脊柱关节外科，云南 镇雄　657200)



3D打印技术在复杂Pilon骨折治疗中的应用

李攀，李让贤，夏兴平，刘超，段春辉，邓声杰

(云南省镇雄县人民医院脊柱关节外科，云南 镇雄657200)

目的探讨3D打印技术在临床治疗复杂Pilon骨折中的可行性和临床应用价值。方法自2014年1月至2015年12月对临床上复杂的19 例Pilon骨折患者进行螺旋CT扫描，将其医学数字成像与通讯(digital lmaging and communications in medicine，DICOM)数据输入计算机中，采用Mimics软件进行数据处理，应用3D打印技术打印骨折三维模型。在3D打印模型上确定手术入路并进行骨折准确复位及钢板放置的选择等模拟手术。术后末次随访时采用美国足踝外科协会(American orthopaedic foot and ankle society，AOFAS)踝与足评分及疼痛视觉模拟评分(visual analogue scale，VAS)评定疗效。结果19 例均获随访，随访时间6～54个月，平均21.2个月，骨折均获骨性愈合，愈合时间6～9个月，平均7.2个月。无一例内固定失败的发生。末次随访时采用AOFAS踝与足评分及疼痛VAS评分，优16 例，良3 例，优良率100%。重建的三维模型能准确的反映出骨折移位的方向和程度，可准确的进行骨折的判断，初步实现Pilon骨折的术前手术设计。结论3D打印技术应用于复杂Pilon骨折的治疗，临床可行性良好，可提高基层医师的诊治能力。

3D打印；Pilon骨折；模拟手术

复杂型胫骨远端骨折(Pilon骨折)为关节内骨折，可致关节面压缩、塌陷，骨折移位。手术复位获得关节的解剖复位，恢复力线和良好的踝穴关系，可防止并发症的产生。术前良好的设计，对手术效果至关重要。2014年1月至2015年12月，笔者采用3D打印技术对19 例患者进行术前模拟复位、骨折内固定，取得了良好的效果，现将治疗经验报告如下。

1　资料与方法

1.1一般资料复杂胫骨Pilon骨折19 例，男13 例，女6 例；平均年龄38 岁。入院时均有疼痛、肿胀、踝关节功能障碍等症状，均通过X线片、CT检查确诊为Pilon骨折。致伤原因：高处坠落伤8 例，交通事故伤5 例，摔伤3 例，其他伤3 例。左侧10 例，右侧9 例。受伤到手术时间7～14 d，平均9.5 d。骨折根据Ruedi-Allgower分型，Ⅱ型骨折8 例，Ⅲ型骨折11 例，均为闭合性骨折。

1.2方法与技术

1.2.1模型制作所有患者行踝关节CT扫描检查，构建三维数字模型，将其医学数字成像与通讯(digital lmaging and communications in medicine，DICOM)数据输到院外3D打印公司，将其输入计算机中采用Mimics软件进行处理，采用选择性激光烧结技术按1︰1比例打印Pilon骨折模型，打印机器为激光烧结设备Farsoon 401，打印材料为用于激光烧结的尼龙粉末材料，模型打印时间一般为24～36 h。

1.2.2模拟手术术前根据骨折影像学资料及3D可视模型，准确评估骨折移位的方向，关节面的塌陷部位，制定手术入路及内固定的方式，采用强力胶水粘合模拟骨折复位过程、手术步骤、钢板长短及预弯塑形、螺钉分布及长短，预判是否需要植骨，制定个体化的手术方案。

1.2.3实际手术全麻或持续硬膜外麻醉，患者取仰卧位，大腿根部上止血带，根据术前设计手术方案决定手术入路及步骤，其中前内侧单一弧形切口9 例，前正中正切口+后内侧切口治疗7 例，前正中直切口+内侧切口治疗3 例。通常先复位主骨块，再复位胫骨前唇或后唇塌陷、压缩的关节面，用异体骨或取自体髂骨植骨，按术前计划用内外侧解剖板、“T”型板及螺钉固定。术后C型臂透视确认复位、固定满意，逐层缝合，并放置负压引流管。

1.2.4术后评价按照术前制定的手术方案进行术后X线和CT三维重建检查，对骨折复位及关节面的平整情况进行评估，将术前设计的手术方案和实际手术过程相比较，比较内容包括模型与骨折的吻合情况、手术入路、钢板放置及塑形贴合情况，螺钉分布及长短，所需植骨情况与术前设计是否一致。

2　结　　果

19 例复杂胫骨Pilon骨折术前均利用3D打印模型制定手术方案，模拟手术步骤，所有病例均按术前手术方案进行手术，手术入路及钢板放置，螺钉植入均与术前方案一致，手术平均时间为75 min。术后CT显示关节面解剖复位14 例，满意复位5 例，没有螺钉穿入关节腔，17 例切口一期愈合，2 例延期愈合，经换药处理后愈合。术后19 例均获随访，随访时间6～54个月，平均21.2个月，骨折均获骨性愈合，愈合时间6～9个月，平均7.2个月，无内固定失败的发生。末次随访时采用美国足踝外科协会(American orthopaedic foot and ankle society，AOFAS)踝与足评分及疼痛视觉模拟评分(visual analogue scale，VAS)，优16 例，良3 例。典型病例影像学资料见图1～6。

图1　术前正侧位X线片示内踝、胫骨前唇骨折

3　讨　　论

复杂胫骨Pilon骨折是高能量损伤所导致的属于胫骨远端的关节内骨折，关节面压缩、塌陷，同时可合并不同程度的软组织损伤。根据Ruedi-Allgower分型，Ⅱ型和Ⅲ型Pilon骨折因骨折移位，关节不稳，轴向对线不良破坏踝穴的稳定结构，非手术治疗不能达到骨折复位固定的目的，可造成骨折不愈合或愈合不良，远期导致创伤性关节炎[1]。手术治疗的目的是为了骨折关节面达到解剖复位，塌陷关节面复位后的植骨及坚强固定，以便获得良好的踝穴关系，避免软组织的损伤，减少术后并发症的发生[2]。为了达到良好的手术效果，术前我们需要充分了解复杂Pilon骨折的形态，准确的对骨折进行预判，从而制定正确的手术方案。目前常规手术使用的钛钢板、钛钢钉等植入物都是流水线生产的固定规格，但患者有个体差异，骨科医生只能依靠经验在手术中选择规格最合适的置入物，或者手术现场打磨，调整为较为合适的尺寸，不仅浪费了时间，还增加皮瓣坏死及切口感染的概率，也很难做到解剖复位。随着科技的发展，应用3D打印技术将患者Pilon骨折打印成1︰1仿真模型，可以还原骨折“原貌”，清晰显示骨块位置和尺寸，精确模拟螺钉、钢板的植入过程，术前能确定钢板的数量、位置、长度及螺钉数量、分布、植入角度，为手术策略制定提前确定数据。

图2　术前CT三维重建示骨折具体情况

图3　3D打印模型展现骨折移位方向和程度

图4　术前在3D打印模型上模拟操作

图5　术后正侧位X线片示关节面平整，　钢板及螺钉分布与术前吻合

图6　术后CT示关节面复位良好

本组采用3D打印技术辅助治疗的19 例Pilon骨折，平均手术时间为75 min，术后无皮瓣坏死、感染发生。患者术中透视、术后X线检查及三维CT扫描均显示骨折复位满意，关节面平整，术后随访踝关节功能恢复良好。事先在模型上进行手术方案的模拟操作，从而在实际手术过程中做到有条不紊的进行骨折复位固定[3]。满足显露及固定需要的有限切口，避免损伤过多的软组织，一改过去大切口或是术中发现一个切口不能满足显露需要而另取切口；避免皮瓣设计不当，导致术后皮瓣坏死，或是术中反复复位，塑形钢板，多次透视，导致切口暴露时间长，不能在一次驱血带下完成手术。因为中途松止血带，增加了出血量和手术时间。因此，3D打印技术在一定程度上提高了手术的成功率和降低了手术并发症发生率，使得患者功能恢复更快。近年来随着创伤治疗BO理念的发展，骨折的生物学特性在骨折治疗中更为重视，既要维持骨折端的机械稳定性，又要对骨折端软组织血管进行充分保护，在打印模型上预先设计好钢板及螺钉位置，为Mippo技术提供了更广泛的应用空间[4-5]。但由于开展的病例数量有限，该项辅助技术在降低术后并发症，提高手术成功率等方面的具体作用仍需扩大病例数及长期随诊才能得出结论。3D打印技术目前还存在一定的局限性：首先，尽管CT扫描层可以很薄，但毕竟只能提供多个切片，切片之间不可避免地出现误差，且目前计算机缺乏专门对骨骼设计的软件，没有自动化的分割及模拟重建过程，人工操作难免会有差错；其次，术前模拟和真实环境之间的差别很难做到精确；再有，本研究采用激光烧结的尼龙粉末材料，其材质硬且脆，模型骨折片的分离及固定较困难，还需进一步解决材料学的问题。

由于基层骨科医师亚专业未细化，缺乏对骨折移位的三维空间感，3D打印技术的应用，无疑能给医师和患者带来福音。然而，3D打印技术在复杂Pilon骨折中的应用仅仅是3D技术的冰山一角，其在骨科手术中的应用价值无可限量。现在应用3D打印出骨、软组织等的三维模型，只是3D打印的最初应用。骨科导航的研发，个性化假体的制作，新型骨科器械的研发等，才是真正的学术热点和难点所在，这对手术的标准化，乃至实现内固定植入数字化方案精准指导手术的实施都将起到积极的推动作用[6-12]。

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1008-5572(2016)10-0939-04

云南省临床重点专科建设资助项目

R683.42

B

2016-05-11

李攀(1981- )，男，主治医师，云南省镇雄县人民医院脊柱关节外科，657200。