3D打印技術在Pilon骨折手術治療中的應用

3D打印技術在Pilon骨折手術治療中的應用

李新春， 康麟， 龐淵

(烏魯木齊市中醫院骨科， 烏魯木齊830011)

摘要：目的探討3D打印技術在 Pilon骨折手術治療中的可行性及診療價值。方法選擇2例較為復雜的 Pilon骨折患者進行螺旋CT掃描，將其DICOM數據輸入計算機中，采用 Mimics軟件處理數據。應用3D打印技術打印骨折模型，制定手術方案，于內固定前模擬手術過程。然后實施手術，從手術入路、鋼板長度、螺釘數量及長度方面與術前模擬方案進行對比。 結果2例完全采用了計劃固定方法，患者術中采用的固定鋼板、螺釘數量與螺釘長度均與術前計劃一致。隨訪 X線及 CT顯示2例均為關節面解剖復位。 結論3D打印技術應用于Pilon骨折的治療臨床可行性良好，有助于術者對Pilon骨折的理解和術前計劃的制定。

關鍵詞：3D打印技術； Pilon骨折； 臨床應用

中圖分類號：R683文獻標識碼：A

doi:10.3969/j.issn.1009-5551.2015.04.020

[收稿日期：2014-10-14]

基金項目：烏魯木齊市科技局資助基金(Y121310007)

作者簡介：韓曉麗(1974-)，女，碩士，副主任醫師，研究方向：營養與健康。

Application of 3D printing technology in the clinical treatment of pilon fracture

LI Xinchun, KANG Lin, PANG Yuan

(DepartmentofOrthopedics,UrumqiHospitalofTraditionalChineseMedicine,

Urumqi830011,China)

Abstract：ObjectiveTo explore the feasibility and clinical value of three-dimension (3D) printing technology in the treatment of Pilon Fracture. MethodsSpiral CT scan was performed in 2 patients with Pilon Fracture. DICOM data were imported into Mimics software. 3D printing technology was used to print the fracture models. Operative planning was worked out, and the surgical process was simulated before internal fixation, and then the operation was implemented. The aspects including operation approach, plate length, screw count and length were compared. Meanwhile, the actual operation time was recorded. ResultsThe planned fixation method was completely used in 2 patients. The number and length of fixation plate and screw in 2 patients were concurrent with those before operation. The follow-up CT showed that 2 patients achieved anatomic reduction of articular surface. ConclusionThe technology of 3D printing for the treatment of Pilon fracture is feasible and of clinical significance, contributive to the better understanding of Pilon facture and preoperative planning for the operation.

Key words： 3D printing technology; pilon fracture; clinical application

Pilon骨折一直是臨床骨科醫師比較難以處理的一類骨折，其為脛骨遠端累及關節面合并腓骨遠端的復雜骨折，多由高處墜落、交通事故以及廠礦工傷等高能量暴力所造成，多有移位及下脛腓關節分離，保守治療一般效果較差，常出現關節功能障礙、長期的疼痛等較為嚴重的并發癥，需手術治療。烏魯木齊市中醫院在新疆首次將3D打印技術應用于Pilon骨折中，在CT三維重建技術的基礎上，制作出了Pilon骨折的等大原始立體圖像，能夠為術者提供更為清晰、準確的影像學信息，為患者提供更加直觀、易懂的實物模型，具有明顯優勢。本研究旨在探討3D打印技術在Pilon骨折手術治療中的臨床應用價值。

1資料與方法

1.1一般資料選擇2014年3月烏魯木齊市中醫院骨科收住Pilon骨折患者2例，均為男性，1例45歲，為車禍損傷；1例66歲，為高處墜落傷。依據Pilon骨折Ruedi-Allgower分類[1]：Ⅰ型：波及關節面而無移位；Ⅱ型：關節面輕度移位，無粉碎骨折；Ⅲ型：脛骨遠端的粉碎骨折伴壓縮。2例患者均為Ⅲ型骨折(圖1)。

1.2手術方法2例患者全部手術治療。根據CT三維重建及3D打印(模型,圖2)技術檢查的結果確定手術方式。3D打印技術檢查的結果與手術中的探查結果完全吻合。手術時間:1例在12 h內，1例采用跟骨牽引后10 d后，均采用切開復位植骨內固定術。

在CT三維重建及3D打印技術檢查基礎上進行圖像分析、選擇入路。具體方法：取3D打印模型正前方，于踝關節平面近側0.5 cm處，自內踝至外踝取水平線，以此線脛骨中點為軸心向脛骨近側畫一垂直線，將脛骨冠狀面分為內側象限和外側象限，因關節面和脛骨遠端主要骨折部位均在內側象限，故選擇前外翻入路，并根據骨折塊移位情況預先選擇好切口弧度、方向及長度，增加的腓骨后外側入路預先預留距離均>7 cm。

A: 踝關節正位片B: 踝關節正位片C: 踝關節CT片

圖1踝關節影像學檢測結果

A: 踝關節三維重建影像模型　B: 踝關節三維重建等比例實物模型

3D打印技術對固定材料及方式的選擇：根據3D打印模型對Pilon骨折的關節面的移位、塌陷程度和粉碎程度分析后，采用合適的固定材料和固定方式。按AO原則進行手術：(1)重建腓骨,根據等大模型所示大小選擇適宜長度的腓骨重建板及螺釘，重建下肢長度；(2)重建脛骨關節面，術前根據等大模型選擇適宜長度及外形的接骨板，根據骨折塊移位情況選擇安置位置并進行初步預彎，以避讓固定單獨骨折塊的拉力螺釘，預定好拉力螺釘的型號及長度，盡可能地減少切口長度，減少創傷；(3)自體松質骨及皮松質骨移植，術前根據等大模型所示，選擇好植骨入路，預估植骨量，根據皮質骨缺損情況估算所需移植的皮植骨骨量及外形，盡可能地恢復脛骨關節面高度、平整度及堅強程度。

1.3術后處理術后給予踝足固定支具固定，術后7 d進行踝關節的間斷主動屈伸鍛煉，3個月后進行完全或部分負重鍛煉。

1.4踝關節功能評價標準以Mazur等[2]制定的踝關節癥狀與功能評分系統作為評價標準：優:踝關節無腫痛，步態正常，活動自如；良:踝關節輕微腫痛，正常步態，活動度可達正常的3/4；可:活動時疼痛，活動度僅為正常的1/2，正常步態，需服用非甾體類抗炎藥；差:行走或靜息痛，活動度僅為正常的1/2，跛行、踝關節腫脹。

2結果

2例Pilon骨折術前均利用3D 打印技術制定了手術方案，并利用3D打印模型進行了手術步驟的模擬操作。2例Pilon骨折均按術前手術方案進行手術，手術入路、鋼板長度、螺釘數量及長度均與術前方案一致，隨訪6個月， 2例患者均為“優”,關節面解剖復位。

3討論

3.1Pilon骨折的臨床特征Pilon骨折作為一種臨床常見的關節內骨折， 是脛骨遠端累及關節面合并腓骨遠端的復雜骨折，多為高能量損傷所致，臨床表現復雜且伴有不同程度的關節面塌陷及移位， 給臨床治療帶來了一定程度上的挑戰。 骨折關節面的解剖復位、 堅強內固定和復位后植骨是Pilon骨折復位滿意的三要素。

3.2現有影像學檢查的不足X線檢查作為骨折診斷的重要組成部分，可以為臨床醫師提供良好的二維成像， 可以提供最為基本的診斷。 由于Pilon骨折自身解剖結構的特殊性， 脛骨關節面骨折的大部分結構將會被骨質投影所重疊而很難反映出清晰的細節， 給臨床分型的準確判斷提出了難題。

CT三維重建通過軸的旋轉和切割獲取不同層面的直觀圖像，彌補了 X 線平片的不足，可以顯示骨折線的走向及骨碎片的具體位置，能夠任意角度、多方位的重建，能很好地顯示骨折細節。

3.33D打印技術的優勢(1)在以往的骨傷疾病治療過程中，醫生都是靠查看CT片和自己的經驗來進行診斷和手術，一些復雜骨傷的診斷及治療難度比較高，對手術入路、骨折復位、內置物的選擇，主觀性較大，手術風險相對較高。而對于臨床經驗不夠豐富的初中級醫師，遇到較為復雜的骨折時，往往出現術前準備不足，術中細節把握不夠，術后手術效果不理想。通過3D掃描技術，制作打印成1∶1的模型，立體呈現骨折的原始結構，可在術前預先進行模擬手術，提前演練術中可能遇到的關鍵點及難點，增加了手術成功率，提高了骨傷疾病的治愈率。 (2)制作出的骨折模型可以快速、準確地幫助醫生找出最佳的手術入路，選擇合適的置入物(由于目前使用的內置物都是流水線批量生產，其尺寸、規格、形狀、匹配度常不合適，過去骨科醫生只能依靠經驗在手術中臨時選擇、預彎、調整，常有因內置物的不匹配而影響手術，或是大概將就內置物的情況發生)。3D模型的出現可以提前選擇好合適的內置物，并可提前在等大的模型上進行評估、預彎及安裝測試，在手術中直接使用，不僅能降低手術風險，還可縮短手術時間，提高手術效率。3D打印技術已在骨科醫療領域提供越來越多的幫助。例如，對于發育畸形的關節置換手術、骨腫瘤等骨缺損類疾病手術及脊柱發育畸形重建手術等的治療，醫生可以錄入患者的相關數據，直接定制個性化的、更加符合患者傷情的內植物材料。目前3D打印機制造的鈦合金骨骼植入人體項目已經成功通過動物實驗，被國家批準進入臨床觀察階段，定制的個性化關節模型已經有了一些人體試驗。如果人體試驗成功，那將是3D打印技術在骨科病治療方面的又一個里程碑。(3)利用3D骨折模型向患者及家屬進行病情和治療方案的講解，降低了病人的理解難度，使溝通更容易。患者還可通過術前、術后的病灶模型比較，可直觀判斷治療效果，大大緩解了現在日趨嚴重的醫患關系。近幾年來國內陸續將此技術應用的骨折的診斷及治療中來，特別是針對復雜性骨折如髖臼骨折、骨腫瘤及粉碎性骨折等[3-6]。

綜上所述，3D打印技術被譽為“第三次工業技術革命”本研究緊跟世界技術前沿，在新疆首次完成了 3D打印技術對Pilon骨折中的應用，結果證明3D打印的多層面、立體以及直觀的重建， 為Pilon骨折臨床診療提供了豐富的影像信息， 明確了骨折的原始情況， 使骨折手術治療方案的制定選擇更為安全、便捷、全面，值得臨床推廣。

參考文獻：

[1]Ruedi TP,Allgower M.The operative treatment of intra-articular fractrues of the lower end of the tibia[J].Clin Orthop Relat Res,1999,138:105-110.

[2]Mazur JM,Schwartz E,Simon SR.Ankle arthrodesis:long-term fel-low-up with gait analysis[S]. J Bone Joint Surg(Am),1979,61(7):964-975.

[3]周偉力,雷青,張先家,等.3D打印技術在髖臼骨折手術中的臨床應用[J].醫學臨床研究,2014,(6):1097-1100.

[4]潘慧.3D打印技術助力臨床治療“私人定制”—廣東成功實施世界首例“髖臼骨折3D打印腹腔鏡輔助下內固定術”[J].廣東科技,2014,(15):24-25.

[5]馬立敏,張余,周燁,等.3D打印技術在股骨遠端骨腫瘤的應用[J].中國數字醫學,2013,(8):70-72.

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(本文編輯張巧蓮)