孔祥安

(安徽省合肥市第二人民醫(yī)院脊柱骨科， 安徽 合肥 230011)

3D打印技術在復雜骨端骨折治療中的應用研究

孔祥安

(安徽省合肥市第二人民醫(yī)院脊柱骨科， 安徽 合肥230011)

目的探討3D打印技術在復雜骨端骨折治療中的應用。方法選取我院骨科診治的復雜骨端骨折患者76例隨機分為兩組，對照組38例，予以鋼板螺釘固定，試驗組38例予以3D打印技術聯(lián)合鋼板螺釘固定治療。對比兩組的臨床療效、骨痂評分、手術時間、術中出血量、骨折愈合時間、關節(jié)功能恢復情況、疼痛評分、手術并發(fā)癥以及不良反應發(fā)生情況，其數(shù)據結果應用統(tǒng)計學軟件SPSS17.0加以處理。結果治療后，兩組患者PRI感應分、情緒分、總分、VAS評分以及PPI評分降低；試驗組治療有效率92.11%，對照組治療有效率68.42%，試驗組治療有效率高于對照組，差異具有統(tǒng)計學意義(P<0.05)；試驗組骨痂評分高于對照組，手術時間、術中出血量以及骨折愈合時間較對照組低，差異均有統(tǒng)計學意義(P<0.05)；試驗組治療后關節(jié)功能恢復優(yōu)良率為89.47%，對照組治療后關節(jié)功能恢復優(yōu)良率為65.79%，試驗組高于對照組，差異具有統(tǒng)計學意義(P<0.05)；試驗組PRI感應分、情緒分、總分、VAS評分以及PPI評分低于對照組，差異有統(tǒng)計學意義(P<0.05)；試驗組與對照組手術的并發(fā)癥及不良反應相比，差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05)。結論3D打印技術在復雜骨端骨折治療的療效顯著，安全性好，適宜臨床應用推廣。

3D打印技術； 復雜骨端骨折； 關節(jié)面損傷

骨端骨折屬于關節(jié)內骨折，其發(fā)生率占骨折總發(fā)生率的10%左右，能夠導致關節(jié)面壓縮、塌陷以及骨折移位[1]。依據骨折的程度可分為完全性骨折以及不完全性骨折，單純性骨折指骨折未合并周圍組織受損，相對于復雜骨折，復雜性骨折常伴有神經、血管、肌腱以及關節(jié)受損，且其關節(jié)面損傷的形式、程度及范圍等較為嚴重[2]，與骨折部位具有相關性。本病常主張進行積極手術，手術復位能夠知曉解剖復位，恢復力線，從而預防并發(fā)癥的發(fā)生。最終目標即為獲得無痛、穩(wěn)定性以及功能良好的周圍關節(jié)。復雜骨端骨折目前以切開復位植骨內固定為主，隨著手術理念的不斷發(fā)展，手術方式從傳統(tǒng)的內固定術，至近年來有限切開、微創(chuàng)技術、間接復位及外固定器應用等治療方式發(fā)展[3]。因此為了到達更好的手術目的并符合現(xiàn)代骨科發(fā)展理念，進行良好的設計對手術效果尤為關鍵。3D打印技術(Three-dimension Prin，3DP)[4]是快速原型技術或增材制造技術(Additive Manufacturing，AM)[5]的一種，通過計算機控制根據物品的CAD模型或CT等相關數(shù)據，不借助其余設備，采用材料精準堆積，制造原型的數(shù)字化成型技術。術者通過骨折模型能夠直觀的了解骨折的類型、移位方向以及程度等相關信息，通過骨折模型進行模擬手術，以選擇更為適合的鋼板、螺釘行預處理，以降低手術損傷，降低術中出血量以及縮短手術操作時間[6]。但臨床針對此方面的相關文獻較少，因此本文就3D打印技術在復雜骨端骨折治療中的應用進行觀察研究，現(xiàn)報道如下：

1 資料與方法

1.1臨床資料:收集2015年5月至2017年5月在我院骨科收治的76例復雜骨端骨折患者，男性41例，女性35例，年齡18～90歲，平均(41.39±4.20)歲，受傷原因：交通事故33例，重物砸傷12例，高處墜落8例，摔傷23例，閉合性骨折54例，開放性骨折21例；新鮮骨折50例，陳舊骨折26例，；按就診先后順序，根據簡單隨機分組方法將患者隨機分為試驗組和對照組，各38例，試驗組男性21例，女性17例，患者年齡18～87歲，平均(40.74±4.38)歲，受傷原因：交通事故16例，重物砸傷6例，高處墜落4例，摔傷12例；閉合性骨折26例，開放性骨折12例；新鮮骨折23例，陳舊骨折15例。對照組男性20例，女性18例，患者年齡20～90歲，平均(42.12±4.43)歲，受傷原因：交通事故17例，重物砸傷6例，高處墜落4例，摔傷11例；閉合性骨折28例，開放性骨折9例；新鮮骨折27例，陳舊骨折11例。兩組平均年齡、性別比例、受傷原因以及骨折類型等經統(tǒng)計學處理，差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05)。

1.2納入標準:診斷均符合《實用骨科學》[7]中復雜骨端骨折的診斷標準，不存在關節(jié)畸形，非病理性骨折；年齡≥18歲，均為自愿參與實驗并能夠配合進行試驗，經倫理委員會批準，患者或其家屬簽署知情同意書。

1.3排除標準:同一肢體存在多段骨折；伴有神經、血管受損；存在精神障礙無法配合進行手術治療的患者；存在腫瘤等器質性疾病、內科疾病、嚴重感染以及嚴重的心、肝、腎合并癥等不耐受手術治療患者；伴有骨髓炎等嚴重傳染性疾病所致的骨折不愈合；存在出血情緒或血液系統(tǒng)疾病者。

1.4治療方法

1.4.1術前準備[8]:對照組行骨折端正側位X線片和CT掃描，根據骨折類型確定治療方法；試驗組對受損關節(jié)進行雙源64排薄層CT掃描三維重建，將薄層CT掃描數(shù)據應用DICOM格式保存，并采用北京法默瑞思科技有限公司提供的Minmics軟件處理系統(tǒng)通過其中區(qū)域分割、區(qū)域增長以及三維建模等功能，進行三維模型構建，再通過Make Ware軟件將模型轉換為3D打印機能應用的股票三維模型STL格式文件代碼，再通過SD數(shù)據卡傳遞至西安非凡士機器人科技有限公司T提供的MakerBot Replicator 23D打印機，打印材料應用上海芃碩生物科技有限公司提供的環(huán)保生物降解塑料材料聚乳酸細絲，3D打印機的一般參數(shù)為：層厚0.1mm，壁厚1mm，允許回滾，底部或頂部厚度1mm，填充率10%，打印速度40mm/s，打印溫度220℃，材料線直徑1.75mm，打印時間24～36h。采用噴頭噴出累積成型，最終制成實體1：1大小的骨端骨折模型。根據這一骨折模型，從而了解股骨遠端骨折的移位方向、骨塊位置和相關關系、關節(jié)面的完整性以及是否存在塌陷以及骨缺損，在3D假體上行骨折復位術，可以選擇合適的鋼板，由于沒有術野限制以及軟組織的遮擋，能夠任意調整骨折塊，可以應用適宜螺釘長度及螺釘置入方向，從而獲得較為滿意的復位結果。實際手術中常出現(xiàn)骨折與軟組織相連而移動范圍有限或不確定骨塊復位位置，在3D模型上標記關鍵解剖點，方便手術中辨認，以減少手術時間。根據打印出的實體模型進行模擬手術，在模型上根據手術不走模擬復位情況，應用克氏針使骨折塊逐一固定，復位滿意后，選擇適宜的鈦版預彎并黏附與骨折模型上，調節(jié)至適宜的位置，螺釘?shù)闹萌敕较?、位置需要對骨折塊具有適宜的固定作用，選擇合適的鈦版規(guī)格、型號以及放置位置。患者及其家屬能夠了解損傷情況，便于與患者溝通。

1.4.2術中操作[9]:對照組予以全麻或持續(xù)硬膜外麻醉，患者取仰臥位，患肢應用止血帶，壓力50kpa，術前常規(guī)碘伏消毒鋪巾，驅血帶驅血后止血帶充氣加壓，對照組患者均予損傷關機內外側雙切口手術入路，逐層切開，兩切口間皮瓣寬度≥7cm，先選擇骨科相對較、容易復位一側作為切口，對內側平臺采用內側切口復位，先用直徑2.0克氏針進行臨時固定，再選擇合適大小長度的螺釘鋼板固定，螺釘方向一般自后向前；對于外側平臺骨折予以內側切口復位，切開皮膚、皮下組織，然后根據術前CT結果選擇適宜的克氏針插入，并進行暫時固定，可觀察骨質缺損，先將外側平面骨快向外側翻開，自下而上頂起倒塌的關節(jié)面，下方空腔采用同種異體骨填塞植骨。試驗組患者根據數(shù)字化設計的手術方案，將導航模塊以及術野中的骨面緊密卡位，手術按壓模塊固定，另外一只手采用克氏針經過導航模塊通道緩慢鉆入至骨質，電鉆鉆入預計長度后一次移除導航模塊，剪短克氏針，選擇相應接骨板孔套入克氏針，準確置入。另外一塊接骨板體外對比，采用模擬微創(chuàng)經皮接骨板內固定技術(MIPPO)、絲維擴孔，沿釘?shù)婪较驍Q入已經測量好的長度以及直徑螺釘。

1.4.3術后處理:術后切口采用彈力繃帶加壓保包扎，常規(guī)應用抗生素預防感染，術后1～2日拔除引流管，術后麻醉消失后即進行康復功能訓練，根據骨折部位進行對應關節(jié)功能訓練，術后2周左右拆線。定期進行CT掃描檢查，術后2.5個月可行部分負重行走鍛煉，無顯著的疼痛則進行復查觀察骨折內固定在位，無明顯位移，就繼續(xù)增加負重量，至患者能夠正常行走；若患者存在嚴重的骨質松散或內固定不牢固者，可斟酌輔助石膏外固定并延長臥床時間。

1.5觀察指標

1.5.1療效評價[10]:術后3個月進行X線檢查，痊愈為顯示骨折端愈合，關節(jié)匹配良好，未形成角畸形，縮短<5mm，關節(jié)功能恢復正常；顯效為顯示骨折端大部分愈合，形成角畸形<5度，5mm≤縮短<10mm，關節(jié)功能恢復超過75%；有效為顯示骨折端基本愈合，形成角畸形超過5度低于10度，10mm≤縮短<20mm，關節(jié)功能恢復超過50%，不足75%；無效為顯示骨折端未愈合，關節(jié)匹配差，成角畸形超過10度，縮短超過20mm，關節(jié)功能恢復低于50%，同時可能伴有感染、神經血管受損等并發(fā)癥?？傆行?[(痊愈+顯效+有效)/治療例數(shù)]×100%。統(tǒng)計并對比兩組患者手術時間、術中出血量、術后引流量以及骨折愈合時間。

1.5.2骨痂評分:根據《實驗骨傷學》[11]中骨痂評分的評分標準，X線顯示骨痂生長的情況，根據無骨痂至結構性骨痂形成分為5各等級，分別記0～4分，分數(shù)愈高證實骨痂形成越好。

1.5.3關節(jié)功能恢復情況:根據《實驗骨傷學》中關節(jié)活動度擬定功能恢復標準，如下：優(yōu)為關節(jié)活動度、功能均恢復正常；良為關節(jié)活動度情況以及功能恢復超過80%，功能稍受限；可為關節(jié)活動度情況以及功能恢復超過75%，低于80%，功能受限較為明顯；差為關節(jié)活動度情況以及功能恢復未超過75%，功能嚴重受限，甚至患者生活不能自理。優(yōu)良率=優(yōu)率+良率。

1.5.4疼痛評定方法[12]:采用McGill疼痛評分表(MPQ)對疼痛分級指數(shù)(PRI)感應分、情緒分、總分、目測類比等級(VAS)以及現(xiàn)有疼痛強度(PPI)5個項目進行評分。

1.5.5手術的并發(fā)癥以及不良反應:記錄治療期間患者出現(xiàn)的并發(fā)癥以及不良反應。

1.6統(tǒng)計學方法:采用SPSS17.0統(tǒng)計進行統(tǒng)計學分析，手術時間、術中出血量、術后引流量以及骨折愈合時間、骨痂評分、疼痛評分等計量資料均數(shù)±標準差表示，采用配對或兩獨立樣本t檢驗，治療療效比較采用秩和檢驗，臨床總有效率、關節(jié)功能恢復情況等計數(shù)資料采用率(%)表示，組間比較采用獨立樣本卡方檢驗，以P<0.05為差異有統(tǒng)計學意義

2 結 果

2.1兩組患者治療效果分析:總體上看，實驗組的治療療效優(yōu)于對照組(Z=-2.023，P<0.05)。從總有效率看，試驗組治療有效率92.11%(35/38)，對照組治療有效率68.42%(26/38)，試驗組高于對照組，差異具有統(tǒng)計學意義(χ2=6.728,P<0.05)。見表1。

表1 兩組患者治療效果分析n(%)

2.2兩組患者骨痂評分、手術時間、術中出血量以及骨折愈合時間比較:本研究顯示，經治療后試驗組骨痂評分明顯高于對照組，手術時間、術中出血量以及骨折愈合較對照組低，差異均有統(tǒng)計學意義(P<0.05)，見表2。

表2 兩組患者骨痂評分、手術時間、術中出血量以及骨折愈合時間比較

表3 兩組患者關節(jié)功能恢復情況分析n(%)

2.3兩組患者關節(jié)功能恢復情況:總體上看，實驗組的關節(jié)功能恢復情況優(yōu)于對照組(Z=-2.307，P<0.05)試驗組治療后關節(jié)功能恢復優(yōu)良率為89.47%(34/38)，對照組治療后關節(jié)功能恢復優(yōu)良率為65.79%(25/38)，試驗組高于對照組，差異有統(tǒng)計學意義(χ2=6.138,P<0.05)。見表3。

2.4兩組患者疼痛評分比較:本研究結果顯示，治療前兩組患者PRI感應分、情緒分、總分、VAS評分以及PPI評分差異均無統(tǒng)計學意義(P>0.05)。治療后，兩組患者PRI感應分、情緒分、總分、VAS評分以及PPI評分降低。與對照組相比，試驗組PRI感應分、情緒分、總分、VAS評分以及PPI評分較低，差異有統(tǒng)計學意義(P<0.05)。見表4。

表4 兩組患者疼痛評分比較

2.5手術的并發(fā)癥及不良反應:隨訪中發(fā)現(xiàn)，兩組患者均未出現(xiàn)骨不連、下肢深靜脈血栓等嚴重并發(fā)癥。僅對照組出現(xiàn)1例皮瓣壞死癥狀，后期行處理后自行恢復，試驗組與對照組手術的并發(fā)癥及不良反應相比，差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05)。

3 討 論

現(xiàn)代社會的進步，伴隨而來的是各種疾病的困擾，由于車禍、意外等因素所致的外傷逐漸增多，復雜骨端骨折呈逐年升高趨勢。復雜骨端骨折屬于高能量損傷，是一種難以處理的復雜外傷[13]，具有并發(fā)癥多，致殘率高等特點，治療時應符合解剖復位以及有效的骨折固定。現(xiàn)代治療本病的方案多種多樣，例如石膏、夾板、鎖定鋼板以及髓內釘?shù)?。內固定具有增強骨端骨折術后固定的穩(wěn)定性，改善斷端復位的作用，同時能夠預防肢體短縮、力線不正以及旋轉的問題，對提升穩(wěn)定性有很大的幫助[14]。但是在進行這一治療時，接骨板和骨折遠端骨面解剖貼合不緊密、螺釘以及皮質骨咬合不佳等能夠導致內固定失敗。對于復雜骨折，如何植入接骨板以及眾多螺釘，或牢靠固定關節(jié)面骨折塊尤為關鍵。3D打印技術最早出現(xiàn)于20世紀80年代，是一種采用粉末狀金屬或者塑料的那年和材料制成三維物體的技術[15]，借助這一技術，我們能夠打印出1：1的模型，能夠直觀的從各個角度觀察骨折線行徑和各主要骨折塊移位以及旋轉情況，對移位距離進行實際測量，明確骨折分型。借助這一技術我們能夠對病變進行更為直觀的認識，并作出判斷，制訂合理的個體化手術方法，從而大大節(jié)約了手術時間以及手術準確度。我們研究顯示，借助3D打印技術的試驗組治療有效率92.11%，對照組治療有效率68.42%，試驗組高于對照組，提示3D打印技術應用于復雜骨端骨折治療的效果顯著，是手術成功的關鍵。采用3D打印技術涉及手術，具有直觀、測量準確的特點，應用于各類手術術前診斷以及手術方案設計[16]。

本試驗中應用3D打印技術輔助治療的復雜骨端骨折患者76例，平均手術時間以及術中出血量較對照組低，關節(jié)功能恢復較好，骨痂評分明顯高于對照組，術后未出現(xiàn)皮瓣壞死以及感染發(fā)生。術前借助3D打印技術行手術方案的模擬操作，以在實際手術操作中能夠有條不紊的行骨折斷端的復位固定，使顯露和固定需要的有限切口得到滿足，防止過多的軟組織受損，相比傳統(tǒng)的大切口以及術中發(fā)現(xiàn)一個切口不能順利行手術后需要另取切口，有充分優(yōu)勢；能夠有效避免皮瓣設計不當，致使術后皮瓣壞死或術中反復復位，縮短切口暴露時間。我們研究提示，因此，3D打印技術能夠在一定程度上，使手術的成功率提高，手術并發(fā)癥發(fā)生率降低，使患者的功能恢復加快。

現(xiàn)今基層骨科醫(yī)師亞專業(yè)未細化分類，因此缺乏對骨折移位的三維空間感，3D打印技術的應用為醫(yī)師以及患者帶來福音。本研究通過對復雜骨端骨折患者76例進行研究，探究兩組患者臨床療效、骨痂評分、手術時間、術中出血量、骨折愈合時間、關節(jié)功能恢復情況、疼痛評分、手術并發(fā)癥以及不良反應發(fā)生情況，證實了3D打印技術在復雜骨端骨折治療的療效顯著，降低術中出血量，縮短治療時間，改善關節(jié)功能，緩解疼痛，在骨科手術中的應用價值無可限量。但現(xiàn)今3D打印出骨、軟組織等三維模型，僅是3D打印的最初應用，骨科導航的研發(fā)、個性化假體的制作以及新型骨科器械的研發(fā)工作等，才是學術熱點以及難點所在，這需要手術標準化，對內固定植入數(shù)字化方案精準指導的手術操作，將對日后骨端骨折治療具有積極的推動作用。

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StudyontheApplicationof3DPrintingTechnologyintheTreatmentofComplexBoneFracture

KONGXiang'an

(TheSecondPeople'sHospitalofHefei,AnhuiHefei230011,China)

Objective: To investigate the application of 3D printing technology in the treatment of complex bone fracture.Methods76 cases of complex fractures of the distal end of our hospital were selected and randomly divided into two groups. In the control group, 38 cases were treated with plate screw.38 cases in the experimental group were treated with 3D printing technology combined with plate screw fixation. The clinical efficacy of two groups of bone callus score, operative time, intraoperative bleeding volume, fracture healing time, the recovery of knee function, pain score, postoperative complications and the incidence of adverse reactions were compared, the results using statistical software SPSS 17.0 to deal with.ResultsAfter treatment, the two groups of patients with PRI induction, emotional score, total score, VAS score and PPI score decreased; The effective rate of the treatment group was 92.11%, and the effective rate of the control group was 68.42%. The effective rate of the treatment group was higher than that of the control group (P < 0.05) . The score of callus in the experimental group was significantly higher than that in the control group, the operation time, intraoperative blood loss and fracture healing time were lower than those in the control group, the difference was statistically significant (P<0.05); After the treatment, the recovery rate of joint function was 89.47%, and the recovery rate of the control group was 65.79%.The experimental group was higher than the control group, with statistical significance (P < 0.05); In the experimental group, the scores of PRI induction, emotion score, total score, VAS score and PPI score were lower than those of the control group, the difference was statistically significant (P<0.05); There was no significant difference between the experimental group and the control group in the complications and adverse reactions (P > 0.05).Conclusion3D printing technology in the treatment of complex fracture of the bone has a significant effect, good safety, suitable for clinical application.

3D printing technology; Complex bone fracture; Articular surface injury

1006-6233(2017)11-1823-06

合肥市臨床重點扶持專科院級科研項目，(編號：2015002124)

A

10.3969/j.issn.1006-6233.2017.11.018