陳 克，潘振宇

·論 著·

3D打印技術(shù)在SandersⅡ、Ⅲ型跟骨骨折手術(shù)治療中的臨床應用

陳 克，潘振宇

目的 探討3D打印技術(shù)(three-dimensional printing，TDP)在手術(shù)治療跟骨骨折中的臨床應用及療效。方法 回顧性研究武漢大學中南醫(yī)院2013年2月～2016年1月收治的80例SandersⅡ、Ⅲ型跟骨骨折患者的資料，男性53例，女性27例；年齡25～62歲，平均37.3歲。左足37例，右足43例；SandersⅡ型52例，SandersⅢ型28例。研究對象分為3D打印技術(shù)輔助治療組(TDP組，40例40足)和常規(guī)切開復位內(nèi)固定組(對照組，40例40足)，其中TDP組術(shù)前打印1∶1的3D骨折模型，術(shù)前手術(shù)組成員依據(jù)3D模型規(guī)劃手術(shù)方案，制定并實施個體化治療方案及醫(yī)患溝通。對照組行常規(guī)切開復位內(nèi)固定術(shù)及術(shù)前醫(yī)患溝通。比較兩組手術(shù)操作時間、透視次數(shù)、止血帶加壓時間、切口并發(fā)癥發(fā)生率、醫(yī)患溝通效率及Maryland足部評分優(yōu)良率。結(jié)果 TDP組均采取了與術(shù)前模擬一致的手術(shù)步驟，其手術(shù)操作時間、止血帶加壓時間及透視次數(shù)分別為(105.0±14.2)、(78.0±14.4)min和(3.4±2.9)次，較對照組(153.0±37.6)、(115.0±28.6)min和(8.5±1.2)次短，差異有統(tǒng)計學意義(P<0.05)。TDP組的切口并發(fā)癥發(fā)生率(5.0%)較對照組(20.0%)減少，差異有統(tǒng)計學意義(P<0.05)。術(shù)前采取問卷的形式評估醫(yī)患溝通效果，TDP組明顯優(yōu)于對照組，差異有統(tǒng)計學意義(P<0.05)。術(shù)后根據(jù)Maryland足部評分:TDP組優(yōu)13例、良22例、可5例、差0例，優(yōu)良率87.5%；對照組優(yōu)11例、良23例、可5例、差1例，優(yōu)良率85.0%；兩組患足功能對比差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05)。結(jié)論 3D打印技術(shù)輔助SandersⅡ、Ⅲ型跟骨骨折手術(shù)治療，可縮短手術(shù)時間，降低切口并發(fā)癥發(fā)生率，改善醫(yī)患溝通效果。

跟骨骨折； 3D打印； 輔助治療； 內(nèi)固定

跟骨骨折臨床多見，約占全身骨折的2%，占跗骨骨折的70%。跟骨具有獨特的解剖外形，并且其周圍的解剖結(jié)構(gòu)也較為復雜。跟骨在人體負重運動功能中極其重要，所以在治療移位明顯的SandersⅡ、Ⅲ型骨折時，對復位精細度的要求較高。3D打印技術(shù)(three-dimensional printing，TDP)早期多應用于口腔頜面重建手術(shù)[1-2]，在骨科領(lǐng)域，主要應用于相對復雜、精細度要求較高的手術(shù)，如骨盆、脊柱骨折等[3]。隨著武漢大學中南醫(yī)院數(shù)字骨科中心的成立，TDP給手術(shù)治療跟骨骨折提供了一個新思路。筆者回顧性分析2013年2月～2016年1月分別采用TDP治療和常規(guī)切開復位內(nèi)固定手術(shù)治療的80例SandersⅡ、Ⅲ型跟骨骨折患者，并對比相關(guān)指標，評估臨床效果。

臨床資料

1 一般資料

納入標準：(1)成人跟骨骨折，既往無患側(cè)踝關(guān)節(jié)創(chuàng)傷史且功能正常；(2)術(shù)前經(jīng)CT平掃確診為SandersⅡ、Ⅲ型骨折；(3)跟骨骨折塊移位≥1mm。排除標準：(1)開放性骨折或合并周圍跗骨脫位、骨折；(2)伴有血管性疾??；(3)雙側(cè)跟骨骨折；(4)患者存在認知溝通障礙。

本組80例患者納入此次研究，其中男性53例，女性27例；年齡25～62歲，平均37.3歲。致傷機制：高處墜落傷72例，擠壓傷8例。左足37例，右足43例；SandersⅡ型52例，SandersⅢ型28例。研究對象分為TDP組和對照組各40例40足。兩組患者一般資料對比差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05)，見表1。

表1 TDP組與對照組患者一般資料比較

2 術(shù)前準備

患者入院后至術(shù)前均石膏外固定，禁煙、抬高患足、冰敷及消腫治療。手術(shù)時機以跟骨外側(cè)皮膚出現(xiàn)皺褶為準。入院后給予TDP組患者雙足CT數(shù)據(jù)構(gòu)建三維數(shù)字模型，按其DICOM數(shù)據(jù)采用熔融堆積技術(shù)(FDM)按1∶1比例打印患側(cè)及健側(cè)鏡像跟骨模型。將患側(cè)的跟骨骨折數(shù)據(jù)模型一并導入Geomagic Studio 12進行Boolean體積差集計算，獲得準確的患足骨缺損量。

術(shù)前準備不同規(guī)格的鎖定鈦板及適配螺釘。在健側(cè)鏡像跟骨1∶1等大模型上安置鈦板，并依據(jù)跟骨外側(cè)壁外形進行裁剪預塑形；以跟骰關(guān)節(jié)、載距突、跟骨結(jié)節(jié)為定位“錨點”，在模型非植骨區(qū)打入螺釘，測量并記錄其長度，最終消毒備用。在術(shù)前溝通環(huán)節(jié)，TDP組在對照組的溝通內(nèi)容基礎(chǔ)上增加了骨折模型演示，隨后評估兩組患者對骨折嚴重程度、手術(shù)風險及并發(fā)癥的認知程度。

3 手術(shù)方法

兩組患者的手術(shù)醫(yī)師為固定人員，由副主任醫(yī)師1名、主治醫(yī)師1名、住院醫(yī)師1名組成。手術(shù)均采用連續(xù)硬膜外麻醉，取健側(cè)臥位。均應用氣壓止血帶。為避免出現(xiàn)排異反應影響研究結(jié)果，患者均取自體髂骨植骨。手術(shù)開始時間以跟骨區(qū)切開皮膚為始，以縫合完切口為終。

對照組采用經(jīng)典跟骨外側(cè)“L”形切口，一次全層切開并直至骨膜。骨膜下全層剝離皮瓣并保護皮瓣。給予跟骨克氏針牽引輔助復位，直視下復位關(guān)節(jié)面。針對關(guān)節(jié)面下骨質(zhì)壓縮嚴重的患者，依據(jù)術(shù)中復位后形成的骨缺損，選擇自體取骨植骨治療。復位階段需透視跟骨側(cè)位、軸位，評估跟骨高、長、寬度、Bohler 角、Gissane 角，需Broden位透視了解距下關(guān)節(jié)面的復位情況。依據(jù)復位后跟骨外側(cè)壁對內(nèi)固定鈦板進行裁剪、塑形。內(nèi)固定階段需透視確定螺釘長度，是否進入關(guān)節(jié)間隙。最后留置引流條,縫合切口。

TDP組切開復位的操作均與對照組一致。在植骨步驟，該組依據(jù)術(shù)前預估植骨量，于麻醉成功后先行取自體骨，再行切開復位操作。在內(nèi)固定階段，以跟骨結(jié)節(jié)、跟骰關(guān)節(jié)及載距突的“錨點”骨性標志置入接骨板。除在植骨區(qū)需測量螺釘長度外，其余螺釘均選取術(shù)前模擬的長度及方向置入。

4 術(shù)后處理

兩組患者術(shù)后48h內(nèi)行預防性抗感染治療，并在24h內(nèi)取出引流片。及時更換外敷料，以保持手術(shù)切口干燥。術(shù)后3d囑患者行足趾、踝關(guān)節(jié)功能鍛煉,并置布朗式架持續(xù)抬高1周，術(shù)后2周切口拆線?；甲阒辛⑽蛔沲淄夤潭?周,術(shù)后2個月開始逐步負重，至術(shù)后3個月完全負重。

5 觀察指標

兩組患者均記錄手術(shù)時間、止血帶加壓時間、透視次數(shù)、術(shù)后手術(shù)切口并發(fā)癥情況；術(shù)后12個月隨訪患足功能。采用Maryland評分系統(tǒng)評估患足功能。

6 統(tǒng)計學分析

結(jié) 果

1 兩組術(shù)前醫(yī)患溝通情況

本研究以問卷的形式評估，TDP組中75.0%的患者認為已完全了解骨折嚴重程度、手術(shù)風險及并發(fā)癥情況，而對照組只有15.0%，差異有統(tǒng)計學意義(P<0.05)，見表2。

2 兩組術(shù)中指標比較

與對照組相比，TDP組手術(shù)操作時間、止血帶加壓時間更短；TDP組術(shù)中透視次數(shù)較對照組更少，比較差異有統(tǒng)計學意義(P<0.05)，見表3。

3 兩組術(shù)后并發(fā)癥統(tǒng)計比較

TDP組出現(xiàn)切口并發(fā)癥2例(皮緣壞死2例，無感染)；對照組術(shù)后切口并發(fā)癥8例(皮緣壞死5例，感染3例)，經(jīng)換藥后均愈合，未出現(xiàn)內(nèi)固定外露及骨髓炎；兩組比較差異有統(tǒng)計學意義(P<0.05)，見表4。

所有患者在術(shù)后9～20周(平均10.6周)均獲得骨性愈合。術(shù)后根據(jù)Maryland足部評分:TDP組優(yōu)良率87.5%，其中優(yōu)13例、良22例、可5例、差0例；對照組優(yōu)良率85.0%，其中優(yōu)11例、良23例、可5例、差1例。兩組患足功能對比差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05)。典型病例見圖1。

表2 術(shù)前溝通后患者對骨折嚴重程度、手術(shù)風險 及并發(fā)癥情況理解程度[n(%)]

Z=5.403,P=0.000<0.001

表3 TDP組與對照組術(shù)中指標比較

表4 TDP組與對照組術(shù)后并發(fā)癥比較[n(%)]

圖1 患者男性，36歲，高處墜落傷致左足跟部腫痛并活動受限3h入院。a.術(shù)前CT平掃及處理后健側(cè)鏡像、患側(cè)的跟骨3D模型，并計算預植骨量(7cm3);b.經(jīng)3D打印后骨折實物模型多方位圖;c.健側(cè)鏡像及患側(cè)跟骨對比；術(shù)前規(guī)劃，內(nèi)固定鈦板選取、預塑形、裁剪等；借助3D骨折模型進行術(shù)前醫(yī)患溝通；d.術(shù)中操作情況;e.術(shù)后6個月X線片，術(shù)后14個月回訪情況

討 論

SandersⅡ、Ⅲ型跟骨骨折常伴骨折塊分離、翻轉(zhuǎn)移位或壓縮嵌插。針對復雜的病例，手術(shù)醫(yī)師基于客觀精確的影像學資料和良好的空間想象能力才能充分理解骨折塊的移位情況。在工作中，影像科醫(yī)師提供影像圖像常不能充分滿足手術(shù)醫(yī)師真正所需的范圍和角度，即使重建三維圖像，也因二維平面顯示效果而不盡人意。因此術(shù)者可能因主觀或客觀的原因，在術(shù)中復位精確度無法做到更好。3D打印技術(shù)能使復雜的骨折模型在短時間內(nèi)成為醫(yī)師拿在手中任意角度觀察的實體模型，這有助于臨床醫(yī)師對骨折的三維結(jié)構(gòu)做出最真實、精確的評估[4]。在本次研究中，3D打印技術(shù)在復雜跟骨骨折治療中的輔助作用從以下幾方面討論。

1 術(shù)前規(guī)劃

掌握跟骨解剖形態(tài)變化及各個骨折塊移位情況至關(guān)重要[5]。針對具體病例，TDP技術(shù)能精準打印出1∶1的患側(cè)及健側(cè)鏡像跟骨模型，使手術(shù)組醫(yī)師直觀地將患足跟骨與健側(cè)跟骨對比(圖1c)，充分理解骨折后跟骨解剖上的變化，以利于術(shù)中矯正畸形、精準復位。跟骨前部(跟骰關(guān)節(jié)附近)-載距突-跟骨結(jié)節(jié)可提供內(nèi)固定牢固的把持力。術(shù)前在健側(cè)模型上行模擬手術(shù)過程中，術(shù)者將上述三個解剖位置作為“錨點”，并以此標記安置接骨板、塑形、確定螺釘最佳固定位置、角度及深度。在實際手術(shù)中使用已塑形的接骨板，可以起到跟骨復位參照作用。對照組中常因內(nèi)固定位置不理想，存在多次穿針鉆孔、內(nèi)固定螺釘進入跟骰關(guān)節(jié)和距下關(guān)節(jié)的情況。這些不必要操作或誤操作對于疏松的跟骨無疑是不利的。術(shù)前模擬手術(shù)可減少上述不利因素的發(fā)生。本研究中TDP組所有病例未發(fā)現(xiàn)內(nèi)固定螺釘進入跟骰關(guān)節(jié)和距下關(guān)節(jié)，得益于術(shù)前詳細規(guī)劃。

2 術(shù)中植骨

TDP組患者在術(shù)前可依據(jù)數(shù)字系統(tǒng)獲得準確的骨缺損量，而非靠臨床經(jīng)驗獲得所需植骨具體量。本文典型病例在術(shù)前已知出現(xiàn)7cm3骨質(zhì)缺損，患者所需自體骨可在跟骨區(qū)切開皮膚前預先取好備用，該措施從一定程度上減少了手術(shù)時間。

3 切口并發(fā)癥

在與并發(fā)癥相關(guān)的眾多因素中，手術(shù)時間是不可忽視的一個。鄒劍等[6]認為將手術(shù)時間控制在1.5h、止血帶時間2h以內(nèi)，可有效降低跟骨復位手術(shù)傳統(tǒng)外側(cè)“L”形切口的并發(fā)癥風險。本研究中，TDP組較對照組發(fā)生術(shù)后并發(fā)癥的概率更低，得益于在術(shù)前詳細規(guī)劃，減少了一些不必要的手術(shù)操作，使手術(shù)切口缺血時間及暴露時間較對照組更短。相比TDP組，對照組術(shù)中需要更多時間來多次透視了解關(guān)節(jié)面復位情況、內(nèi)固定置入情況，所需手術(shù)時間更長。由于手術(shù)時間的控制性縮短，對于足跟外側(cè)皮膚的血供干擾得以減少，并發(fā)癥的發(fā)生率也會減少[7]。

4 醫(yī)師成長與醫(yī)患溝通

Hurson等[8]認為3D實物模型評估較傳統(tǒng)影像評估可顯著提高重復性，尤其是對欠缺經(jīng)驗的年輕醫(yī)師。年輕醫(yī)師借助3D打印的健側(cè)患側(cè)模型進行對比，可清晰了解骨折塊的移位情況。在獨立手術(shù)之前，年輕醫(yī)師的手術(shù)能力在TDP技術(shù)輔助下沿學習曲線快速上升。對于較復雜的病例，TDP技術(shù)也有利于指導經(jīng)驗豐富的醫(yī)師術(shù)中精準復位。因為TDP技術(shù)可以呈現(xiàn)更清晰、更易理解的骨折模型，所以在表2中可見兩組患者對手術(shù)認知的差異較大。Niikura等[9]將3D打印技術(shù)制作的復雜骨盆骨折模型作為與患者術(shù)前溝通的常用工具。利用個體化骨折模型向患者講述病情和治療方案，幫助患者了解治療的必要性，提高患者依從性，對提升患者滿意度有潛在的積極影響[10]。

對于多數(shù)基層醫(yī)院，構(gòu)建成套3D打印系統(tǒng)需要一筆不小的經(jīng)費。本研究中打印模型的經(jīng)費約數(shù)百元/足，部分患者因拒絕承擔這筆自費費用而不愿實施TDP輔助手術(shù)治療，故TDP組的樣本量較少。其次，兩組患者術(shù)后平均跟蹤隨訪時間只有12.6個月，無法獲得例如距下關(guān)節(jié)創(chuàng)傷性關(guān)節(jié)炎、跟痛癥、跟腓撞擊綜合征等遠期并發(fā)癥的發(fā)病率，因此無法評估兩組在避免遠期并發(fā)癥方面是否有差異；同時兩組患者均沒有術(shù)后CT掃描資料，無法更加詳細地評估骨折復位效果的差異。因此需要更多的樣本來支持TDP技術(shù)的應用價值。

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(本文編輯： 郭 衛(wèi))

Clinical application of 3D printing technique in surgical treatment of Sanders Ⅱ&Ⅲ type calcaneal fracture

CHENKe，PANZhen-yu
(Department of Orthopedics，Zhongnan Hospital of Wuhan University，Wuhan 430070，China)

Objective To investigate the clinical application and curative effect of 3D printing technology (three-dimensional printing,TDP) in surgical treatment of calcaneal fracture. Methods Data of 80 patients with Sanders typeⅡ,Ⅲ calcaneal fractures were retrospectively analyzed,who were admitted in Zhongnan Hospital of Wuhan University from Feb.2013 to Jan. 2016. There were 53 males and 27 females；age ranged from 25 to 62 years (mean 37. 3 years). There were 37 cases of left foot injury and 43 cases of right foot injury；52 cases of Sanders typeⅡand 28 cases of Sanders type Ⅲ. The subjects were divided into 3D print assisted therapy group(TDP group，40 cases,40 feet)and routine open reduction and internal fixation group(control group，40 cases,40 feet).In TDP group,1:1 3D fracture model was printed before operation.The operation group planned the operation according to the 3D model before operation，formulated and implemented individualized treatment plan and doctor-patient communication. The control group

routine open reduction and internal fixation and preoperative doctor-patient communication. The operation times,fluoroscopy times,the time of use of the tourniquet,the incidence of incisional complications,the efficiency of the doctor-patient communication,and the Maryland foot score were compared between the two groups. Results The operation time,the tourniquet compression time and fluoroscopy times were(105.0±14.2)min,(78.0±14.4)min and(3.4±2.9)times，respectively,which were shorter than those of the control group ((153.0±37.6) min,(115.0±28.6)min,(8.5±1.2)times,respectively)，and the differences were statistically significant(P<0.05).The incidence of incision complications in the TDP group (5.0%) was lower than that in the control group (20.0%)，and the difference was statistically significant(P<0.05).Questionnaire was used to evaluate the communication effect between doctors and patients，which was better in the TDP group than that in the control group，and the difference was statistically significant(P<0.05). The postoperative Maryland foot score indicated excellent in 13 cases,good in 22 cases,and fair in 5 cases in the TDP group，with the excellent and good rate of 87.5%. while in the control group ,there were 11 cases of excellent,23 cases of good,5 cases of fair,and 1 case of poor,with the excellent and good rate of 85.0%. There was no statistical difference in the comparison of foot function between the two groups(P>0.05). Conclusion 3D printing technology assistants the surgical treatment of SandersⅡ,Ⅲ type calcaneal fracture，can shorten the operation time,reduce the complication rate of incision and improve the communication effect between doctors and patients.

calcaneal fracture; 3D printing; adjunctive therapy; internal fixation

430070 武漢，武漢大學中南醫(yī)院

潘振宇，E-mail:soloistp@126.com

1009-4237(2017)07-0508-05

R 687.3

A

10.3969/j.issn.1009-4237.2017.07.008

2016-06-11；

2017-01-16)