趙為公,楊益民,王　瑩

(西安交通大學(xué)第一附屬醫(yī)院骨科,西安 710061)

論著

3D打印技術(shù)結(jié)合數(shù)字化技術(shù)在復(fù)雜踝關(guān)節(jié)骨折的應(yīng)用研究

趙為公※,楊益民,王瑩

(西安交通大學(xué)第一附屬醫(yī)院骨科,西安 710061)

摘要：目的研究3D打印結(jié)合數(shù)字化技術(shù)重建對復(fù)雜踝關(guān)節(jié)骨折的治療效果。方法選取2011年1月至2013年9月于西安交通大學(xué)第一附屬醫(yī)院被診斷為復(fù)雜踝關(guān)節(jié)骨折的64例患者。按隨機數(shù)表法隨機分成觀察組(32例)和對照組(32例)。觀察組患者治療時采用3D打印結(jié)合數(shù)字化技術(shù)重建方法；對照組患者治療按傳統(tǒng)方法。對比兩組治療效果、手術(shù)時間、住院時間以及術(shù)后恢復(fù)時間。結(jié)果觀察組總有效率為93.8%(30/32)，顯著高于對照組的62.5%(20/32)(P<0.05)。觀察組手術(shù)時間、住院時間、術(shù)后恢復(fù)時間均短于對照組[(41.1±4.1) min比(47.1±5.1) min，(5.1±1.1) d比(8.1±0.9) d，(41.1±2.1) d比(49.2±1.9) d]，差異均有統(tǒng)計學(xué)意義(均P<0.01)。結(jié)論3D打印結(jié)合數(shù)字化技術(shù)重建應(yīng)用于復(fù)雜踝關(guān)節(jié)骨折治療，可以縮短手術(shù)和住院時間，縮短術(shù)后恢復(fù)時間，提高治療效果，減少手術(shù)失敗的可能性，安全可靠，值得臨床推廣。

關(guān)鍵詞：復(fù)雜踝關(guān)節(jié)骨折；3D打印；數(shù)字化技術(shù)重建

踝關(guān)節(jié)由脛腓骨下端與距骨組成。其骨折、脫位是骨科常見的損傷，多由間接暴力引起踝部扭傷后發(fā)生[1]。根據(jù)暴力方向、大小及受傷時足的位置的不同可引起各種不同類型的骨折。踝關(guān)節(jié)外傷后踝部疼痛、腫脹，皮下可出現(xiàn)淤斑、青紫，不敢活動踝關(guān)節(jié)，不能行走。檢查可見踝關(guān)節(jié)畸形，內(nèi)踝或外踝有明顯壓痛，并可有骨擦音。臨床檢查主要以X線檢查為主。除此之外，有時會發(fā)生腓骨頸高位骨折，應(yīng)注意檢查，避免漏診,對于高位的外踝或腓骨骨折，應(yīng)注意評價下脛腓關(guān)節(jié)損傷的可能[2]。另外，需注意檢查其他合并損傷，如周圍韌帶損傷，腓骨肌腱、跟腱、脛后肌腱等損傷，距骨骨軟骨損傷，神經(jīng)和血管損傷等。復(fù)雜踝關(guān)節(jié)骨折原因有很多，復(fù)雜踝關(guān)節(jié)骨折患者可以采取保守治療或手術(shù)治療，一般情況下采取手術(shù)治療方法。鑒于此，本研究使用3D打印結(jié)合數(shù)字化技術(shù)重建技術(shù)應(yīng)用于復(fù)雜踝關(guān)節(jié)骨折治療，并與傳統(tǒng)方法進行療效比較，現(xiàn)報道如下。

1資料與方法

1.1一般資料選取2011年1月至2013年9月于西安交通大學(xué)第一附屬醫(yī)院被診斷為復(fù)雜踝關(guān)節(jié)骨折的64例患者。納入標準：確診時符合西醫(yī)診斷標準者，年齡18～65歲，急性期損傷病程在3 d內(nèi)，限一處踝關(guān)節(jié)損傷。排除標準：肌腱、韌帶斷裂需行修補者；合并有重要血管、神經(jīng)損傷者；皮膚條件差，感染率及皮膚壞死率較高者；合并肝、腎、造血系統(tǒng)等嚴重原發(fā)性疾病及精神病患者；懷孕、哺乳起婦女。其中男40例、女24例；年齡19～65歲，平均(31.6±2.3)歲；以Quenu-Kuss法分型[3]，A型(同向移位)16例，B型(部分移位)40例，C型(分裂移位)8例。按隨機數(shù)字表法分成觀察組(32例)和對照組(32例)。其中觀察組男22例，女10例；年齡19～64歲，平均(30.8±2.2)歲；Quenu-Kuss法分型A型8例，B型22例，C型2例。對照組男18例、女14例，年齡20～65歲，平均(31.9±1.9)歲；Quenu-Kuss 法分型A型8例，B型18例，C型6例。兩組在性別、年齡以及Quenu-Kuss法分型比較差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)，具有可比性。所有患者均知曉并同意本研究，本次研究方案經(jīng)院倫理委員會批準。

1.2方法對照組患者治療按傳統(tǒng)方法，依據(jù)臨床表現(xiàn)，結(jié)合X線片和CT技術(shù)掃描，采取常規(guī)手術(shù)切開復(fù)位，骨折復(fù)位后，內(nèi)踝使用螺釘或張力帶鋼絲固定，外踝用鋼板、螺釘固定。如果踝關(guān)節(jié)骨折合并下脛腓關(guān)節(jié)分離。觀察組采用3D打印結(jié)合數(shù)字化技術(shù)重建，以腳掌正中線為Z軸旋轉(zhuǎn)，記錄腳掌的上、下、左、右4幅圖像，顯示踝關(guān)節(jié)、近側(cè)跖骨間關(guān)節(jié)以及前方跗骨間關(guān)節(jié)之間的關(guān)系距離[3]。掃描踝關(guān)節(jié)，打印結(jié)合數(shù)字化技術(shù)掃描之后，將數(shù)據(jù)傳入計算機，采用特殊機器對其進行處理，完成3D立體重建。結(jié)合X線片和CT技術(shù)掃描，根據(jù)踝骨移位方向與距離，選擇手術(shù)切開位置，將移位的踝骨復(fù)位并固定。兩組患者常規(guī)術(shù)后處理，隨時觀察患者切口愈合情況以及行走能力恢復(fù)狀況[4]。骨折固定后，對于仍有下脛腓關(guān)節(jié)不穩(wěn)定的患者需要行下脛腓關(guān)節(jié)的固定手術(shù)，然后開始康復(fù)計劃。

1.3觀察指標①觀察兩組整體療效；②觀察兩組手術(shù)時間、住院時間、術(shù)后恢復(fù)時間；③觀察兩組患者開始活動時間、術(shù)中出血量、美國脊髓損傷協(xié)會(American Spinal Injury Association，ASIA)評分對比情況。

1.4療效評價顯效：關(guān)節(jié)解剖復(fù)位，切口愈合極好，關(guān)節(jié)對應(yīng)關(guān)系很好，行走功能無任何影響。有效：關(guān)節(jié)功能復(fù)位，切口愈合良好，關(guān)節(jié)對應(yīng)關(guān)系一般，行走功能輕微影響。無效：關(guān)節(jié)功能復(fù)位或未復(fù)位，切口愈合差，關(guān)節(jié)對應(yīng)關(guān)系糟糕，行走功能嚴重影響。總有效率=(顯效+有效)例數(shù)/總例數(shù)×100%。采用ASIA標準進行運動功能評分[5]，A(0≤A<2分)=完全性:S4-S5 運動、感覺功能完全消失。 B(2≤B<4分)=不完全損傷:運動功能完全消失、受傷平面以下(包括S4-S5)感覺功能保留。 C(4≤C<6分)=不完全損傷:受傷平面以下運動功能保留，半數(shù)以上關(guān)鍵肌的肌力小于 3 級。D(6≤D<8分)=不完全損傷心:受傷平面以下運動功能保留，半數(shù)以上關(guān)鍵肌的肌力大于或等于 3 級。E(8≤E<10分) =正常:運動、感覺功能正常。

2結(jié)果

2.1兩組療效比較觀察組治療后總有效率顯著高于對照組(χ2=4.571,P<0.05)，兩組療效比較，觀察組顯著優(yōu)于對照組，差異有統(tǒng)計學(xué)意義(Z=2.297,P<0.05)。見表1。

表1　兩組復(fù)雜踝關(guān)節(jié)骨折患者療效比較　[例(%)]

觀察組：采用3D打印結(jié)合數(shù)字化技術(shù)重建方法治療；對照組：采用傳統(tǒng)方法治療

2.2兩組手術(shù)時間、住院時間、術(shù)后恢復(fù)時間比較觀察組患者手術(shù)時間、住院時間以及術(shù)后恢復(fù)時間均顯著短于對照組，差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.01)。見表2。

表2　兩組復(fù)雜踝關(guān)節(jié)骨折患者手術(shù)時間、住院時間、

觀察組：采用3D打印結(jié)合數(shù)字化技術(shù)重建方法治療；對照組：采用傳統(tǒng)方法治療

2.3兩組開始活動時間、術(shù)中出血量、ASIA評分比較觀察組患者術(shù)中出血量明顯低于對照組，開始活動時間明顯短于對照組，ASIA評分顯著高于對照組，差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.01)。見表3。

表3　兩組復(fù)雜踝關(guān)節(jié)骨折患者開始活動時間、術(shù)中出血量、

ASIA:美國脊髓損傷協(xié)會；觀察組：采用3D打印結(jié)合數(shù)字化技術(shù)重建方法治療；對照組：采用傳統(tǒng)方法治療

3討論

踝關(guān)節(jié)骨折多由間接暴力引起，如外翻、內(nèi)翻或外旋等。根據(jù)暴力作用的大小、方向和受傷時足的位置而產(chǎn)生不同類型和程度的骨折。CT成像是檢查和診斷踝關(guān)節(jié)骨折直接而有效的方法。踝關(guān)節(jié)CT成像參數(shù)包括3個解剖平面，軸位、矢狀面及冠狀位，是常規(guī)的CT掃描位置，顯示韌帶的解剖及其損傷程度具有優(yōu)勢。矢狀位能很好地顯示距骨、脛骨后肌腱、距跟關(guān)節(jié)、跟腱、后及中距下關(guān)節(jié)、拇長屈肌腱、距舟關(guān)節(jié)、距脛關(guān)節(jié)，并能夠顯示這些關(guān)節(jié)軟骨以及關(guān)節(jié)腔，對顯示跟腱的病變有很大的幫助。冠狀面能充分顯示出腓距關(guān)節(jié)、距脛關(guān)節(jié)、距跟關(guān)節(jié)以有外踝的結(jié)構(gòu)，特別是顯示脛骨、腓骨與距骨之間關(guān)節(jié)面，同時可顯示它們之間的韌帶，如脛距后韌帶、距腓后韌事及脛骨后肌腱，橫軸位能很好地顯示出脛腓前韌帶、距腓前韌帶。當(dāng)CT韌帶掃描平面平行于韌帶走行方向時掃描最佳，跟腓韌帶在足跖屈40°～50°，軸向成像中觀察最好解剖學(xué)下脛腓前韌帶與水平面約成45°傾斜角，同時臨床上也可以根據(jù)不同的要求選擇斜位來顯示特殊的解剖結(jié)構(gòu)有病變，后韌帶與水平面約成25°傾斜角。因為踝關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，本研究在行磁共振檢查時，單一的某個體位很難將其組成(骨、韌帶、關(guān)節(jié)面)全部清晰顯示，要結(jié)合全方位，才能夠完整和全面地顯示韌帶的附著點，走行及方向。此外，踝關(guān)節(jié)病變的范圍一般都很小，并常常以點狀、線狀表現(xiàn)，所以在層數(shù)、層厚和層間距的環(huán)節(jié)中必須合理應(yīng)用技術(shù)參數(shù)。

隨著醫(yī)學(xué)成像技術(shù)的發(fā)展，醫(yī)師診斷病情不再局限于平面二維圖像，而發(fā)展為3D立體重建[6]。二維圖像只能反映斷層內(nèi)的組織信息，但無法得到3D空間內(nèi)組織的形貌和組織間的相互關(guān)聯(lián)情況，所以3D立體重建技術(shù)對于醫(yī)師診斷和治療有重要意義，可以幫助醫(yī)師更好、更清晰、更準確地了解患者病情，提高疾病治療的成功率[7]。隨著3D 打印技術(shù)的逐漸成熟，這項新興技術(shù)將被應(yīng)用于各行各業(yè)?；蒽`頓維多利亞大學(xué)的Jake Evill 就借助于3D 打印技術(shù)發(fā)明了Cortex 新型骨折固定支架[8]。與傳統(tǒng)的骨折固定石膏相比，Cortex 不僅重量超輕而且沒有任何異味，而根據(jù)國外媒體的最新報道，最近又有一款名為Osteoid 的3D 骨折固定支架誕生，其發(fā)明者Deniz Karasahin稱，由于Osteoid 在支架內(nèi)部安裝了超聲波發(fā)射器，因此它在Cortex 的基礎(chǔ)上更進了一步[9]。據(jù)悉，由于低強度脈沖超聲波技術(shù)早已被證實對骨折康復(fù)有效，所以O(shè)steoid 才會內(nèi)置超聲波發(fā)生器，而低強度脈沖超 聲波技術(shù)會將骨折治療效果提高80%左右[10]。在國內(nèi)第1例3D打印骨折術(shù)成功案例中，專家先對患者骨盆進行三維重建模擬復(fù)位，將仿真骨盆模型按照1∶1的比例用3D打印技術(shù)打印出來，再進行鋼板、螺釘數(shù)據(jù)測量，鋼板預(yù)彎，螺釘設(shè)計，最終在腹腔鏡輔助下實施髖臼骨折內(nèi)固定術(shù)[11]。先在腹壁上打孔，建立氣腹，充分“顯露”骨折部位，將預(yù)彎的鋼板放置到最佳位置，并鉆孔植入螺釘。由于術(shù)前螺釘長度已精確測量，手術(shù)中反復(fù)預(yù)彎鋼板及測量螺釘?shù)臅r間大大減少。術(shù)后復(fù)查鋼板位置及螺釘植入方向長度與術(shù)前3D打印模擬手術(shù)完全匹配。

本研究通過比較3D打印結(jié)合數(shù)字化技術(shù)重建以及傳統(tǒng)方式對復(fù)雜踝關(guān)節(jié)骨折治療效果，結(jié)果顯示，觀察組總有效率為93.8%(30/32)，顯著高于對照組，符合lzumi等[12]報道結(jié)果，說明復(fù)雜踝關(guān)節(jié)骨折手術(shù)治療采用3D打印結(jié)合數(shù)字化技術(shù)重建能提高手術(shù)療效。兩組產(chǎn)生差別的原因在于3D打印結(jié)合數(shù)字化技術(shù)重建能清晰展示跖跗關(guān)節(jié)位置關(guān)系、移位程度以及骨折情況，參考3D立體圖像，能夠提供更加準確的切口位置以及定位位置和距離，減少手術(shù)失誤，提高手術(shù)成功率。此外，本研究結(jié)果顯示，觀察組手術(shù)時間、住院時間、術(shù)后恢復(fù)時間均短于對照組，研究結(jié)果與Shams等[13]報道一致，說明采用3D打印結(jié)合數(shù)字化技術(shù)重建后，可以縮短手術(shù)和住院時間，縮短術(shù)后恢復(fù)時間，減輕患者的身體痛苦和減少治療費用。

綜上所述，復(fù)雜踝關(guān)節(jié)骨折手術(shù)治療采用3D打印結(jié)合數(shù)字化技術(shù)重建技術(shù)，不僅能夠提高手術(shù)療效，還能縮短手術(shù)時間等，值得臨床進一步推廣。

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3D Printing Technology Combined with the Digital Technology in the Application of Complex Fracture of Ankle JointZHAOWei-gong,YANGYi-ming,WANGYing.(DepartmentofOrthopedics,theFirstAffiliatedHospitalofXi′anJiaoTongUniversity,Xi′an，710061,China)

Abstract:ObjectiveTo study the therapeutic effect of 3D printing combined with digital technology for the treatment of complex ankle fractures.MethodsFrom January 2011 to September 2013, a total of 64 patients in the First Affiliated Hospital of Xi′an Jiao Tong University were diagnosed with complex ankle fractures.According to the random number table method ALL the cases divided into observation group(32 cases) and control group(32 cases).The patients in the observation group were treated with 3D printing combined with digital technology, and the control group were treated by traditional method.Treatment effect, operation time, hospitalization time and operation after recovery time were compared between observation group and control group.ResultsTotal effective rate of the observation group was 93.8%(30/32), which was significantly higher than that of the control group 62.5%(20/32)(P<0.05).The operation time, hospitalization time and recovery time of the observation group were less than those of the control group [(41.1±4.1) min vs (47.1±5.1) min,(5.1±1.1) d vs (8.1±0.9) d,(41.1±2.1) d vs (49.2±1.9) d](P<0.01).The difference was statistically significant(P< 0.01).Conclusion3D printing combined with digital technology for the reconstruction of complex ankle fracture, can save the operation and hospitalization time, shorten the recovery time, improve the treatment effect, reduce the possibility of failure, safe and reliable, it is worthy of clinical promotion.

Key words:Complex ankle fracture; 3D printing; Digital technology reconstruction

收稿日期：2015-07-07修回日期：2015-09-11編輯：相丹峰

doi：10.3969/j.issn.1006-2084.2015.22.041

中圖分類號：R683

文獻標識碼：A

文章編號：1006-2084(2015)22-4141-03