3D打印結合微創鋼板內固定術治療脛骨遠端骨折患者的療效及對堿性磷酸酶、腫瘤壞死因子α水平的影響▲

紀振中 張 奕 李 焱 艾 卓

(湖北省武漢市普仁醫院骨科，武漢市 430000，電子郵箱：fmy2345@163.com)

脛骨遠端位于干骺端，無肌肉附著，遭受外界暴力時極易引起骨折，影響下肢負重及穩定性[1]。脛骨遠端骨折多出現在高能量損傷后，復位要求高，制定合理的手術方案是確保復位良好的關鍵。目前，臨床上多采用微創鋼板內固定術治療脛骨遠端骨折，但由于脛骨遠端生理解剖較為特殊，且骨折常累及脛骨遠端關節面，治療上存在較大難度，難以做到良好的閉合復位[2]。傳統骨折手術常采用X線片、CT等二維影像設計手術治療方案，但由于二維平面圖像無法精確顯示骨折損傷情況，其在臨床中的應用存在較大局限性。近年來，3D打印技術發展迅速，并逐漸被應用于骨科的診療中[3-4]。3D打印技術通過術前重建、打印三維模型，模擬骨折情況，根據模型可以制定更加精確的個體化手術治療方案，獲得最大程度的滿意復位[5]。研究顯示，3D打印技術可以在術前明確內置物固定的位置和角度，為術者提供更直觀的幫助，有利于其手術操作[6]。目前3D打印技術在脛骨遠端骨折中運用的研究報告尚少。本研究觀察3D打印結合微創鋼板內固定術治療脛骨遠端骨折患者的臨床療效，以及對血清堿性磷酸酶(alkaline phosphatase，ALP)、腫瘤壞死因子α(tumor necrosis factor α，TNF-α)水平的影響，現報告如下。

1 資料與方法

1.1 臨床資料 回顧性分析2017年1月至2019年1月我院收治的64例脛骨遠端骨折患者的臨床資料，其中男性40例，女性24例，年齡18～63(32.93±3.75)歲。納入標準：(1)X線片檢查診斷為閉合性脛骨遠端骨折；(2)有明確外傷史；(3)患者傷前雙側踝關節活動正常；(4)臨床資料完整。排除標準：(1)開放性骨折及脛骨近端骨折；(2)合并有嚴重心、肝、腎疾病者；(3)雙側骨折患者；(4)病理性骨折或陳舊性骨折；(5)既往接受過骨折治療或矯形手術的患者及嚴重骨質疏松患者。根據治療方案將患者分為常規組29例和3D組35例，兩組患者的年齡、性別、傷側、受傷類型、骨折AO分型[7]、受傷至手術時間等一般資料比較，差異均無統計學意義(均P>0.05)，具有可比性，見表1。

表1 兩組患者一般資料的比較

1.2 手術方法 常規組采用微創鋼板內固定術治療：術前進行常規消腫治療，行脛腓骨正側位X線片及CT檢查，確定骨折部位。根據術前X線及CT檢查圖像設計手術方案?；颊呷⊙雠P位，采用椎管內麻醉后切開骨折部位，暴露骨折端，在X線透視下進行復位，確認復位滿意后，放置鋼板并用螺絲固定，縫合包扎傷口。

3D組采用3D打印結合微創鋼板內固定術治療：術前進行常規消腫治療，行脛腓骨正側位X線片及CT檢查，將患者CT圖像數據導入Mimics 17.0醫學軟件(比利時Materialise公司)，建立3D模型?；紓菴T圖像數據用于評估骨折的分型和程度，健側CT圖像數據用于模擬患側傷前影像，根據骨折類型及部位，進行模擬復位。使用3D打印機(美國Stratasys公司)按照1 ∶1比例打印骨折模型，在3D骨折模型上進行體外模擬手術復位過程，選擇合適鋼板并確定鋼板放置位置和螺絲釘位置，記錄合適的鋼板及螺絲釘的型號和尺寸；預先塑形鋼板確保其與脛骨完全貼附，模擬完成后將鋼板和螺絲釘消毒備用。患者取仰臥位，采用椎管內麻醉，根據預先設計的手術方案暴露骨折部位，沖洗清除周圍軟組織，將骨折斷端復位，置入預先塑形好的鋼板，X線透視下明確復位及鋼板位置良好，將克氏針及術前預備的螺絲釘置入合適位置進行固定，縫合包扎傷口。見圖1、圖2。

圖1 3D重建及影像學圖像

圖2 3D打印左側脛腓骨遠端骨折1 ∶1模型

手術均由同一組骨科醫師完成，術后24 h給予患者消腫抗炎、活血化瘀等藥物對癥治療，定期換藥，保持傷口干燥。所有患者均行高分子石膏踝關節外固定，抬高患肢。術后6～8周拆除石膏并拔出克氏針，取出內固定物，逐漸進行功能鍛煉，拆除石膏2周后可逐步過渡到負重鍛煉。術后1、3、6、12個月對兩組患者行雙側下肢X線片檢查，術后共隨訪24個月。

1.3 觀察指標 (1)記錄兩組患者手術時間、術中出血量(采用紗布稱重法計算)和術中X線透視次數。(2)分別于術前和術后10 d，比較兩組患者血清ALP及TNF-α的水平：抽取患者空腹靜脈血5 mL，3 000 r/min離心5 min(離心半徑10 cm)，取上層血清，采用酶聯免疫吸附試驗試劑盒(上海恪敏生物科技有限公司，批號：E-EL-H0109)檢測TNF-α水平，采用自動生化分析儀及配套試劑盒(美國貝克曼庫爾特公司，批號：476821)檢測ALP水平。(3)評價骨折復位質量和記錄骨折愈合時間。骨折愈合標準：骨折局部活動正常，無壓痛或叩擊痛；X線片檢查顯示骨折線模糊并有連續性骨痂通過。末次隨訪時，根據Burwell-Charnley復位標準[8]評價復位質量：① 解剖復位，即內、外踝無內外側移位及成角移位，縱向移位<1 mm；后踝向近側移位<2 mm；無距骨移位；② 復位可，即內、外踝無內外側移位及成角移位；外踝向后移位在2～5 mm之間，后踝向近側移位在2～ 5 mm之間，無距骨移位；③ 復位差，即任何內、外踝向內外側移位，外踝向后移位>5 mm或后踝向近側移位>5 mm，距骨移位。解剖復位率=解剖復位例數/總例數×100%。(4)踝關節功能。末次隨訪時，根據Baird-Jackson評分標準[9]評價兩組患者踝關節功能：優為96～100分，良為91～95分，可為81～90分，差為80分及以下。踝關節功能優良率=(優+良)例數/總例數×100%。

1.4 統計學分析 采用SPSS 25.0軟件進行統計學分析。計量資料以(x±s)表示，組間比較采用獨立樣本t檢驗，組內比較采用配對t檢驗；計數資料以例數(百分比)表示，比較采用χ2檢驗。以P<0.05表示差異有統計學意義。

2 結 果

2.1 兩組患者手術指標的比較 3D組患者的手術時間、術中出血量及術中X線透視次數均短于或少于常規組(均P<0.05)。見表2。

表2 兩組患者手術指標的比較(x±s)

2.2 兩組患者手術前后血清ALP和TNF-α水平的比較 術前，兩組患者血清ALP和TNF-α水平比較，差異均無統計學意義(均P>0.05)。術后10 d，兩組患者血清ALP水平均高于術前，TNF-α水平均低于術前，且3D組患者血清ALP水平高于常規組，TNF-α水平低于常規組(均P<0.05)。見表3。

表3 兩組患者手術前后血清ALP和TNF-α水平的比較(x±s)

2.3 兩組患者骨折復位質量和骨折愈合時間的比較 3D組解剖復位率高于常規組，骨折愈合時間短于常規組(均P<0.05)。見表4。

表4 兩組患者骨折復位質量和骨折愈合時間的比較

2.4 兩組患者踝關節功能優良率的比較 3D組踝關節功能優良率為85.71%，高于常規組的62.07%(P<0.05)。見表5。

表5 兩組患者踝關節功能優良率的比較

3 討 論

脛骨遠端骨折在臨床上較為常見，需要積極進行手術治療，以達到解剖復位。由于脛骨遠端骨折的骨折線靠近關節面，加之此處皮膚較薄，發生損傷后軟組織條件及骨折塊血運差，易發生水腫，皮膚張力較高，因此，手術通常選擇在水腫消退、皮膚出現皺褶之后進行[10]。目前脛骨遠端骨折的治療方式主要為微創鋼板內固定術，即通過常規的X線及CT檢查，確定骨折塊及其移位方向，選擇合適的手術入路，術中避免過度牽拉皮膚引起的傷口感染等不良事件，以期恢復脛腓骨力線和長度，并輔以內固定，促進解剖復位[11-12]。但脛骨遠端骨折解剖部位特殊，骨折情況與軟組織條件密切相關，對術前手術設計的要求較高，術前規劃合理的手術方案，可以最大限度地縮短骨折愈合時間，減少并發癥發生，促進骨折愈合[13]。

3D打印技術通過計算機模擬數據打印出與實體一致的模型，該技術在醫學領域的不斷發展，為骨科治療中遇到的難題提供了新的解決思路。研究發現，采用3D打印模型輔助治療脛骨平臺骨折患者，可減少術中出血量，降低術后感染率，關節功能恢復更好[14]。還有研究表明，術前采用3D打印模型模擬跟骨骨折手術過程，可有效地縮短手術時間，減少創傷性關節炎發生率，促進骨折愈合，恢復應力平衡[15]。臨床研究顯示，在復雜的眼眶骨折手術中，采用3D打印輔助重建，可有效地減少手術時間，骨折區和內置物之間的寬度、深度和面積也較傳統手術更低，且具有較高準確性和安全性[16]。研究顯示，基于3D打印的股骨頭骨折手術，可減少手術時間和術中失血量及術后并發癥的發生率，3D打印在復雜骨科手術中具有潛在應用價值[17]。本研究結果顯示，3D組患者的手術時間、術中出血量及X線透視次數均短于或少于常規組(均P<0.05)，提示3D打印結合微創鋼板內固定術治療可明顯減少手術時間、術中出血量及X線透視次數，對患者創傷更小。

骨形成因子和炎癥因子是影響骨折愈合的重要因素，ALP參與成骨作用，是影響骨折愈合的骨形成指標之一：發生骨折時，骨折部位成骨細胞數量增多，釋放ALP進入血液；骨折修復時，成骨細胞活性更強，大量ALP釋放入血，成骨能力增強[18]。TNF-α是重要的炎癥因子，參與誘導炎癥反應，影響成骨細胞分化，延緩骨折愈合，并可直接作用于破骨細胞前體，破壞骨質再生，引起骨或軟骨退變，術后應積極降低炎癥因子水平，改善關節功能預后[19]。本研究結果顯示，術后10 d，兩組患者血清ALP水平均高于術前，TNF-α水平均低于術前，且3D組患者血清ALP水平高于常規組，TNF-α水平低于常規組(均P<0.05)。這說明兩種手術方式均可明顯提高脛骨遠端骨折患者血清ALP水平，降低血清TNF-α水平，其中3D打印結合微創鋼板內固定術對患者骨形成指標及炎癥指標的改善作用更顯著，這可能與3D打印通過構建實體模型，提高鋼板與骨折復位平面的匹配度，手術精確性和安全性較高，從而提高成骨能力，降低炎癥反應，促進骨折愈合有關。

利用3D打印技術模擬的實體模型展示患者骨折情況，術前術者可在模型上進行實際操作，設計合適的內固定物尺寸，確定其置入位置、角度及長度等指標，為實際手術提供精確的參考；同時，術者還可根據實際操作需求打印骨折部位不同切面，以更加直觀地觀察該部位解剖結構特點，從而提供精確的個體化手術治療方案[20-21]。本研究中我們于術前對3D組患者采用3D模型模擬手術復位過程，明確螺絲釘尺寸和角度，并對鋼板進行預塑形，可最大限度地保證術中骨折部位血液供應，并保護軟組織，結果顯示，與傳統微創鋼板內固定術相比，3D打印結合微創鋼板內固定術治療可更好地提高脛骨遠端骨折患者解剖復位率和踝關節功能優良率，縮短骨折愈合時間。脛骨遠端骨折情況復雜，常規骨折復位加鋼板內固定手術方式難度較大，且術后易發生畸形，3D打印技術可利用健側影像數據還原患側模型，術前對鋼板進行預塑形，可確保術中對骨折精準復位，使鋼板更好地貼附于骨骼，降低骨折復位難度，提高手術操作的安全性和精確性，促進骨折愈合。

綜上所述，相較于單純微創鋼板內固定術，3D打印結合微創鋼板內固定術治療脛骨遠端骨折能更好地提高患者骨形成能力，減輕機體炎癥反應，促進患者骨折愈合及功能恢復，療效確切，值得臨床推廣應用。