胡翰生，顏連啟，陶玉平，陳鵬濤，周岳來，王驊，方永超，盧志華

(江蘇省蘇北人民醫(yī)院骨科，江蘇 揚(yáng)州 225000)

距骨骨折臨床少見，僅占全身骨折的1%，足部骨折的3%～6%[1]，而復(fù)雜的距骨更少見，但是其并發(fā)癥發(fā)生率高、且嚴(yán)重影響踝關(guān)節(jié)功能[2-3]。這是由于距骨形態(tài)不規(guī)則，且被脛腓骨、跟骨、舟骨包繞，顯露困難，復(fù)位、固定難度更大，且多數(shù)醫(yī)生診治距骨骨折經(jīng)驗(yàn)不多，僅依靠X線片和普通CT三維重建難以迅速明確手術(shù)入路和復(fù)位固定方式的選擇，導(dǎo)致術(shù)中易出現(xiàn)剝離過多、血運(yùn)破壞甚至螺釘誤入關(guān)節(jié)。我們通過3D打印導(dǎo)板結(jié)合數(shù)字化模擬踝關(guān)節(jié)截骨入路、復(fù)位、內(nèi)固定手術(shù)，指導(dǎo)術(shù)中入路選擇、骨折復(fù)位、螺釘?shù)木珳?zhǔn)安放，探索3D打印導(dǎo)板結(jié)合數(shù)字化技術(shù)輔助距骨骨折手術(shù)治療中的途徑和方法。

1 資料與方法

1.1 距骨骨折的三維建模與模擬復(fù)位 選取2013年1月至2017年6月收治的復(fù)雜距骨骨折病例15例，男13例，女2例；年齡16～57歲，平均年齡36.8歲。15例患者均為距骨頸部骨折，其中Hawkin’s Ⅱ型11例，Ⅲ型4例。高處墜落傷8例，車禍外傷6例，運(yùn)動(dòng)損傷1例。合并內(nèi)踝骨折1例。

1.2 方法 使用64螺旋CT對(duì)所有病例進(jìn)行距骨薄層掃描，掃描數(shù)據(jù)以DICOM格式導(dǎo)入至交互式醫(yī)學(xué)影像處理軟件Mimics 10.1系統(tǒng)中。經(jīng)過閾值分割、區(qū)域增長(zhǎng)等操作，分別構(gòu)建包括內(nèi)踝、外踝、跟骨以及距骨各骨折塊的三維模型。通過對(duì)去除內(nèi)踝、外踝、跟骨觀察距骨骨折塊的分布、移位情況，分析骨折塊對(duì)位關(guān)系并利用三維旋轉(zhuǎn)、平移的功能對(duì)骨折塊進(jìn)行模擬復(fù)位，利用二維和三維圖像檢測(cè)復(fù)位結(jié)果。

按照不同螺釘?shù)闹睆剑趕olidwork軟件內(nèi)建立不同長(zhǎng)度的螺釘模型，螺釘模型長(zhǎng)度與術(shù)中一致按2 mm遞增。在復(fù)位后的距骨骨折三維模型上，用Mimics三維測(cè)量功能測(cè)量擬安放螺釘?shù)拈L(zhǎng)度、最佳角度、進(jìn)釘點(diǎn)，以STL格式導(dǎo)入Mimics軟件中進(jìn)行模擬內(nèi)固定，并模擬內(nèi)踝、外踝截骨，觀察不同的截骨方案對(duì)顯露、復(fù)位骨折端和內(nèi)固定的幫助，據(jù)此設(shè)計(jì)最佳手術(shù)入路。根據(jù)最佳手術(shù)入路處距骨表面形態(tài)設(shè)計(jì)螺釘最佳進(jìn)釘點(diǎn)導(dǎo)板，導(dǎo)出導(dǎo)板的STL文件，用3D打印機(jī)打印出3D導(dǎo)板，消毒后備用。術(shù)中根據(jù)術(shù)前設(shè)計(jì)入路顯露、復(fù)位骨折，按預(yù)定距骨骨性解剖標(biāo)志安放3D導(dǎo)板，鉆孔、放置螺釘，按術(shù)前設(shè)計(jì)的安全角度植入對(duì)應(yīng)長(zhǎng)度的螺釘。

1.3 術(shù)后評(píng)價(jià) 按預(yù)定方案完成手術(shù)后復(fù)查X線片，觀察骨折復(fù)位情況，并與術(shù)前設(shè)計(jì)的螺釘位置進(jìn)行比較，以評(píng)價(jià)數(shù)字模擬手術(shù)和3D打印導(dǎo)板的準(zhǔn)確性。骨折愈合后按美國足踝外科協(xié)會(huì)(American orthopaedic foot and ankle society，AOFAS)踝-后足評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)評(píng)定。

2 結(jié)果

15例患者根據(jù)數(shù)字化模擬手術(shù)結(jié)果，6例采用經(jīng)內(nèi)踝截骨入路；4例采用內(nèi)外側(cè)雙切口；3例采用內(nèi)側(cè)單一切口；2例采用內(nèi)側(cè)小切口撬撥復(fù)位，后方切口植入空心釘?；颊呔谛g(shù)中成功應(yīng)用3D打印導(dǎo)板置入螺釘，術(shù)后1周內(nèi)復(fù)查X線片，解剖復(fù)位10例，復(fù)位良好3例，復(fù)位可2例，螺釘長(zhǎng)度、角度與術(shù)前計(jì)劃一致性良好，無螺釘誤入關(guān)節(jié)。所有患者均獲得隨訪，隨訪時(shí)間8～36個(gè)月，平均16.5個(gè)月。踝關(guān)節(jié)功能按AOFAS踝-后足評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)，優(yōu)9例，良4例，可2例。隨訪期內(nèi)患者骨折均愈合，未觀察到患者發(fā)生距骨壞死、塌陷、骨不愈合、嚴(yán)重創(chuàng)傷性關(guān)節(jié)炎、皮膚軟組織壞死、骨髓炎等并發(fā)癥。

典型病例為一19歲男性患者，高處墜落至距骨頸部粉碎性骨折。術(shù)前CT顯示為Hawkin’s Ⅲ型。術(shù)前在Mimics交互式手術(shù)模擬模塊中模擬骨折復(fù)位，設(shè)計(jì)固定骨折的螺釘導(dǎo)板，并輸出至3D打印機(jī)打印成3D導(dǎo)板。手術(shù)中根據(jù)3D導(dǎo)板置入克氏針導(dǎo)針，術(shù)后復(fù)查X線片顯示骨折復(fù)位良好，螺釘位置滿意。手術(shù)前后影像學(xué)資料見圖1～3。

圖1 術(shù)前CT示Hawkin’s Ⅲ型距骨粉碎性骨折

圖2 術(shù)前數(shù)字化模擬手術(shù)圖及3D打印導(dǎo)板大體照

圖3 術(shù)后X線片示骨折復(fù)位、固定良好

3 討論

距骨連接下肢與足，在足踝活動(dòng)和力學(xué)傳遞中具有重要功能。其形狀不規(guī)則，韌帶附著、毗鄰關(guān)節(jié)眾多，解剖較足部其他骨更復(fù)雜。且距骨60%～70%的區(qū)域?yàn)殛P(guān)節(jié)軟骨所覆蓋，骨折幾乎均會(huì)累及承重關(guān)節(jié)面，復(fù)位要求高。但因其血液供應(yīng)集中于距骨頸部，不允許廣泛的剝離，因此術(shù)中顯露范圍受限。是否需要通過截骨來擴(kuò)大手術(shù)顯露？如何在有限的顯露窗口內(nèi)判斷骨折塊的旋轉(zhuǎn)、移位方向和復(fù)位、固定方法，需豐富的臨床經(jīng)驗(yàn)和空間想象力。而由于復(fù)雜距骨骨折發(fā)生率相對(duì)較少，不同類型的骨折的致傷機(jī)制、復(fù)位、固定方法有各自個(gè)性化特點(diǎn)，所以對(duì)于復(fù)雜的距骨骨折而言，解剖復(fù)位難度大，學(xué)習(xí)曲線較長(zhǎng)。如何合理選擇內(nèi)、外踝截骨線的位置，也基本根據(jù)術(shù)者個(gè)人或參考其他醫(yī)師的經(jīng)驗(yàn)，缺乏患者個(gè)體化的客觀依據(jù)。另外由于距骨形態(tài)不規(guī)則，復(fù)位固定時(shí)如螺釘長(zhǎng)度、角度選擇不當(dāng)，發(fā)生螺釘誤入踝關(guān)節(jié)更會(huì)導(dǎo)致災(zāi)難性后果。Stone等[2]統(tǒng)計(jì)了1 527例接受手術(shù)治療的距骨骨折患者的隨訪資料，發(fā)現(xiàn)其總體并發(fā)癥率達(dá)到19.5%；而Buckwalter等[3]則發(fā)現(xiàn)在復(fù)雜的距骨骨折患者中，術(shù)后距骨壞死或創(chuàng)傷性關(guān)節(jié)炎的發(fā)生率竟然高達(dá)41%。數(shù)字化技術(shù)能通過模擬手術(shù)直觀的比較不同截骨方式對(duì)骨折塊顯露的范圍，確定螺釘植入的最佳位置和長(zhǎng)度，而3D打印導(dǎo)板技術(shù)能使術(shù)前模擬手術(shù)的結(jié)果，轉(zhuǎn)化為在真實(shí)手術(shù)中可以實(shí)施術(shù)前計(jì)劃的工具，并已在脊柱骨折、關(guān)節(jié)置換等手術(shù)中證實(shí)了其有效性[4-5]。因此，已有少數(shù)學(xué)者開始探索數(shù)字化技術(shù)在距骨骨折治療中的臨床應(yīng)用方法[6-8]。

我們通過3D打印導(dǎo)板結(jié)合數(shù)字化技術(shù)輔助手術(shù)治療復(fù)雜距骨骨折的臨床實(shí)踐，證明了此技術(shù)路線的可行性和有效性，并體會(huì)到應(yīng)用此技術(shù)與傳統(tǒng)手術(shù)相比具有以下優(yōu)勢(shì)：a)通過術(shù)前數(shù)字化技術(shù)分析骨折塊分布和移位的特點(diǎn)，比較不同截骨方案的顯露范圍、復(fù)位方法和內(nèi)固定計(jì)劃，可以有效縮短手術(shù)時(shí)間，明確是否需要截骨和如何截骨，合理剝離需顯露部分的軟組織，減少手術(shù)創(chuàng)傷，從而降低距骨壞死的發(fā)生率。b)通過模擬手術(shù)術(shù)前即可比較不同的克氏針入釘點(diǎn)對(duì)復(fù)位、固定的影響，選擇最有利的撬撥復(fù)位位置，從而提高術(shù)中復(fù)位效率。c)模擬不同長(zhǎng)度、角度的螺釘植入，并通過mimic軟件的透視功能觀察螺釘與距骨各骨塊、關(guān)節(jié)面的位置關(guān)系，從而確定骨折固定牢靠且安全的進(jìn)釘角度和長(zhǎng)度，再據(jù)此設(shè)計(jì)、打印個(gè)性化3D導(dǎo)板。術(shù)中按個(gè)性化3D導(dǎo)板植入螺釘，可顯著縮短選擇進(jìn)釘角度和長(zhǎng)度的時(shí)間，提高精確度，減少螺釘未有效固定骨折塊和進(jìn)入踝關(guān)節(jié)風(fēng)險(xiǎn)，降低手術(shù)失敗和醫(yī)源性踝關(guān)節(jié)損害的可能性。d)減少術(shù)中透視的時(shí)間和傷害，由于術(shù)中復(fù)位骨折后直接按個(gè)性化3D導(dǎo)板植入螺釘，熟練后基本可以一次成功，避免了術(shù)中反復(fù)透視調(diào)整螺釘導(dǎo)針，節(jié)約時(shí)間的同時(shí)，減少了醫(yī)患雙方的射線損傷和患者術(shù)中失血。e)有利于總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，學(xué)術(shù)交流，比較術(shù)中復(fù)位、內(nèi)固定實(shí)際放置位置與術(shù)前計(jì)劃的差別，總結(jié)制作、應(yīng)用3D打印導(dǎo)板的技巧，均可在術(shù)后重現(xiàn)手術(shù)計(jì)劃到實(shí)施過程，有利于學(xué)術(shù)交流。

本研究探索并證明了3D打印導(dǎo)板結(jié)合數(shù)字化技術(shù)治療復(fù)雜距骨骨折的可行性和實(shí)用價(jià)值，但由于復(fù)雜距骨骨折臨床發(fā)病率相對(duì)較低，本組研究病例數(shù)較少，受此局限，此技術(shù)的安全性仍需進(jìn)一步研究加以證實(shí)。另外，3D打印導(dǎo)板必須緊貼骨性解剖標(biāo)記，所以置入軟組織下方時(shí)仍需剝離進(jìn)釘點(diǎn)的部分軟組織，制作導(dǎo)板對(duì)打印機(jī)精度和打印材料的要求較高，所以此技術(shù)的具體應(yīng)用方式、優(yōu)缺點(diǎn)也需要繼續(xù)深入探索。