李昆倫,李惠民,黃略,李灝,林偉明,李偉龍,廖紅興△（.廣東醫(yī)科大學梅州市臨床醫(yī)學院,廣東 梅州 5403；2.廣東省梅州市人民醫(yī)院（梅州市醫(yī)學科學院）,廣東 梅州 5403）

踝關節(jié)是人體內(nèi)承受最大生物力學載荷的關節(jié)之一，當受到外界暴力作用時，踝關節(jié)的連續(xù)性、完整性遭到破壞，引起踝關節(jié)骨折，嚴重影響患者活動能力[1]。由于暴力方向、大小等存在差異，其導致的骨折類型也有所不同，對于復雜踝關節(jié)骨折患者，臨床上多采用手術治療[2-3]。近年來，我國醫(yī)學成像技術飛快發(fā)展，3D打印技術、數(shù)字化技術被逐漸應用到外科手術之中，如假體制作、3D立體重建等，能夠幫助醫(yī)師更準確地探查患處解剖結構，以便于制定適宜的手術方案。本文通過查閱近年來3D打印技術結合數(shù)字化技術的相關文獻，對目前其在復雜踝關節(jié)骨折中的應用現(xiàn)狀進行闡述。

1 3D打印技術和數(shù)字化技術

3D打印技術是基于離散-堆積原理的快速成型制造方法，將數(shù)字三維模型分層、切割，使其成為二維橫截面形狀，并逐層疊加材料，從而獲得單一實體，該種技術具有成型快、可定制、設計自由度高等優(yōu)勢，在醫(yī)學領域得到廣泛應用，如創(chuàng)傷骨科、口腔頜面外科、胸外科等，能夠幫助醫(yī)師了解患者骨折特征和碎片移位情況，以制定個性化治療方案[4-5]。3D打印技術能夠制造結構復雜的植入物、假體、器官模型等，制作時間較短且成本較低，隨著該技術的不斷進步，可用于3D打印的材料也由金屬、陶瓷等單一固體粉材，逐漸發(fā)展為凝膠、細胞、液體等混合材料，通過該技術所制備的骨組織工程材料，可被應用于骨折修復、關節(jié)置換等手術之中[6]。數(shù)字化技術能夠?qū)T、磁共振成像等二維圖像數(shù)據(jù)進行處理，將其轉(zhuǎn)換為更加精確的三維模型[7]。Papotto[8]等在其研究中指出，計算機3D模型能夠幫助醫(yī)師更好地理解骨折力學和骨組織的形成、吸收，預測骨髓腔開放情況及外部骨痂重吸收情況，進而調(diào)整對患者的治療策略，促進骨折更快愈合。朱仲廉[9]等人對76例復雜踝關節(jié)骨折患者進行分析，發(fā)現(xiàn)將3D打印技術應用到復雜踝關節(jié)骨折患者手術治療中，能夠加快患者骨折愈合，促使其更快恢復健康。施利華[10]等人在其研究中選取116例踝關節(jié)骨折患者作為研究對象，發(fā)現(xiàn)3D打印結合數(shù)字化技術用于踝關節(jié)骨折療效顯著，還可減少術后并發(fā)癥的發(fā)生。

2 術前模擬和預處理

復雜踝關節(jié)骨折通常牽涉到韌帶、軟組織等部位的損傷，手術操作相對復雜，為保障手術效果，需要在術前提前設計手術切口、內(nèi)固定物、復位計劃等，以提高手術安全性和有效性，減少患者身體受到的損傷[11]。3D打印技術與數(shù)字化技術可明確骨折類型，并構建3D立體模型，使醫(yī)師能夠直觀地對骨折移位情況、關節(jié)面損傷情況、骨塊大小、骨折線等進行觀察，根據(jù)觀察結果選擇最佳手術方案，提高手術質(zhì)量，減少術中骨折剝離，在縮短患者切口愈合時間的同時，降低術后感染風險[12]。相較于常規(guī)影像學二維圖像，3D打印技術結合數(shù)字化技術所構建的三維模型能夠提供更好的視覺反饋，防止手術團隊成員出現(xiàn)認知偏差；增強術前討論的有效性，提高醫(yī)師對患者骨折類型的理解程度；還有助于醫(yī)師向患者更直觀地解釋病情、手術方式和風險等[13]。高洪林[14]等人在其研究中應用踝關節(jié)骨折數(shù)字化虛擬手術設計系統(tǒng)，將患者踝關節(jié)CT掃描數(shù)據(jù)重建為三維數(shù)字化模型，并利用系統(tǒng)進行模擬復位，確定內(nèi)固定置入的方向、角度、深度等，最終獲得理想的臨床手術效果。此外，3D打印技術結合數(shù)字化技術能夠準確定位切口位置、距離等，還可制作骨折模型，幫助醫(yī)師直觀理解截骨段與踝關節(jié)的解剖關系，在模型上標記復位點、測量螺釘位置及長度，并進行預復位和鋼板預彎，從而縮短手術用時，減少術中放射性損傷，改善內(nèi)固定強度[15]。

3 個性化導航模板和截骨導板

復雜踝關節(jié)骨折手術需要置入螺釘固定，手術操作者需要在X線透視下將螺釘徒手置入，可能造成鄰近軟組織損傷或骨質(zhì)改變，影響患者預后。3D打印技術結合數(shù)字化技術能夠使影像數(shù)據(jù)與患者身體實際情況相匹配，確定螺釘?shù)闹萌胛恢?、方向和深度等，有助于手術操作者按照術前計劃更準確地置入螺釘，減少非必要的術野暴露和透視，在降低手術難度的同時減輕患者身體所受創(chuàng)傷，保護踝關節(jié)周圍血管及神經(jīng)，改善術后恢復情況，減少并發(fā)癥的發(fā)生[16]。3D打印個性化導航模板制作成本低，準確性及適用性均較好，將其應用到復雜踝關節(jié)骨折手術中，可實現(xiàn)解剖重建，預防術中意外的發(fā)生[17]。此外，使用3D打印技術結合數(shù)字化技術所制作的截骨導板，能夠為手術提供多平面復雜畸形的三維量化，降低術中截骨難度，防止反復截骨浪費時間，還可提高手術精準度，降低力學糾正不良的發(fā)生風險[18]。鄒運璇[19]等人將3D打印個性化截骨導板應用到接受踝關節(jié)治療的患者中，結果顯示3D打印個性化截骨導板能夠降低手術難度，縮短手術用時，同時減少術中透視次數(shù)，降低患者和醫(yī)護人員受到的放射劑量，進一步提升手術安全性。

4 設計個性化植入物

人體骨骼并非固定不變，而是根據(jù)自身所承受的負荷進行重塑，這也導致部分復雜踝關節(jié)骨折患者骨缺損嚴重，需要置入修復植入體，以重建踝關節(jié)結構，防止骨折久不愈合或結構塌陷，但傳統(tǒng)植入物形狀、大小的精準度有限，難以承受踝關節(jié)處的高負荷應力，可能出現(xiàn)力學強度不足、植入物松動等問題[20]。3D打印技術結合數(shù)字化技術能夠定制個性化植入物，使其與患者骨缺損部位高度匹配，防止異常應力的產(chǎn)生，促使患者盡快恢復日常活動能力[21-22]。該技術所制造出的植入物具有微孔結構，能夠減小植入材料與骨骼之間的剛度差異，有利于松質(zhì)骨細胞生長到假體內(nèi)部，使植入物更好地貼合患者自體骨骼，實現(xiàn)骨整合，將傳統(tǒng)骨科假體重建技術的“機械連接”變?yōu)椤吧镞B接”，獲取理想療效[23-24]。

5 設計踝足矯形器

手術治療能夠幫助復雜踝關節(jié)骨折患者復位骨折塊，但骨折愈合仍需要一定時間，在患者恢復期間，常使用踝足矯形器輔助愈合，其能夠提高足踝部穩(wěn)定性，減少外界壓力，矯正畸形，還可提供緩沖作用，減輕患者骨折疼痛[25-26]。3D打印技術結合數(shù)字化技術能夠設計出更加符合人體生物力學的踝足矯形器，提高外固定器械的舒適度、貼合度，平衡足底峰值壓力分布，降低前后足底壓力，使其合理轉(zhuǎn)移到中足[27-28]。參考圓孔輕量化設計，利用3D打印技術定制踝足矯形器，可減輕矯形器重量、節(jié)約材料，同時改善患者穿著環(huán)境，提高透氣性[29-30]。

6 小結與進展

將3D打印技術與數(shù)字化技術有效結合，能夠從多角度分析患者骨折移位方向，清晰顯示斷層間的組織情況，幫助醫(yī)師準確分析患者病情，設計精準化治療方案。在術中能夠準確觀察術中螺釘置入情況，減少X線掃描，且3D打印技術可直接進行鋼板塑性，提高鋼板的準確性，以保障手術內(nèi)固定效果。此外，3D打印技術與數(shù)字化技術能夠全面觀察患者骨折復位前后的解剖結構，以便于控制繼發(fā)性損傷，同時減少手術失誤，促進患者更快恢復。但就目前情況而言，3D打印技術與數(shù)字化技術制造的打印產(chǎn)品缺乏統(tǒng)一標準，在安全性上仍待進一步探索，需要完善相關應用指南及法律法規(guī)，建立有效的監(jiān)控、管理體系。