引用本文： 劉凱, 王紅川, 蔣俊威, 熊圖, 余東, 王永才, 閆冰. 3D打印輔助小切口復位內固定治療跟骨骨折. 華西醫學, 2016, 31(5): 859-862. doi: 10.7507/1002-0179.201600234 復制
跟骨骨折占全身骨折的2%，跗骨骨折的60%[1]。L形外側切口為治療跟骨骨折的最常用入路[2]，其優點是可充分顯露骨折以便復位、降低肌腱炎、保護腓腸神經等，但合并較多軟組織并發癥，如皮瓣壞死、傷口感染等[3]。如何保護軟組織血液供應、降低術后并發癥發生率成為跟骨治療的熱點。因此，出現了微創入路治療跟骨骨折。有報道指出微創治療僅使用螺釘治療，但前關節面有多塊骨折時僅靠螺釘不能提供足夠的力學穩定性[4]。當使用小切口安置鎖定鋼板治療跟骨骨折時，由于跟骨顯露不充分，鋼板的塑形比較困難，則術者可能考慮較小的鋼板，但無法固定更多的骨折塊[5]。3D打印又稱為快速成型技術[6]，最早出現于20世紀80年代，是以數字模型文件為基礎，運用粉末狀塑料或金屬等可粘合材料制作三維物體的技術，目前應用于骨科尤其是創傷骨科越來越廣泛。雖然計算機導航可提高手術精準性，但其操作復雜，難以得到廣泛應用。而3D打印既直觀又操作簡便，應用范圍主要涉及術前評估、手術規劃和術中導航。因此，本研究使用1︰1仿真3D打印的跟骨模型作為術前和術中的指導工具，具體為行CT時掃描雙側跟骨，并及時打印出健側和患側的3D打印模型。在健側3D打印模型上進行跟骨鎖定鋼板預塑形，并借助患側3D打印模型模擬骨折復位，研究其輔助小切口復位內固定治療跟骨骨折的臨床療效。
1 資料與方法
1.1 一般資料
納入標準：2014年10月－2015年5月收治的閉合單側跟骨骨折患者。排除標準：對側跟骨有骨折、畸形、既往手術史，陳舊性跟骨骨折，Sanders 4型骨折。
共納入符合標準的患者12例。其中男7例，女5例；年齡19～48歲，平均36歲；左足5例，右足 7例。致傷原因：車禍傷5例，高處墜落傷7例。骨折類型：均為閉合型跟骨關節內移位骨折，根據Sanders分型[7]：Ⅱ型6例，Ⅲ型6例。受傷至入院時間1～3 d，平均2 d；入院后患肢抬高制動，間斷冷敷，待患處腫脹消退、皮膚出現皺褶后進行手術。入院至手術時間為6～15 d，平均7 d。
1.2 術前攝片X線及制造3D打印模型
術前對患足攝正、側位X線片及CT掃描。并行雙側跟骨掃描，層厚1 mm，文件以醫學數字成像和通信（DICOM）格式保存，再轉換成光固化立體造型術（STL）格式，便于3D打印機器的軟件（MIMICS-Materialise Interactive Medical Image Control System Software，Materialise，Leuven，Belgium）可識別。將數據送至四川大學制造學院完成3D打印模型的制造（圖 1）。
1.3 3D打印模型輔助治療
獲得患者患側和健側1︰1仿真3D打印模型后，使用患側模型模擬骨折復位，并借助模型輔助術中判斷復位情況。鋼板的大小和形狀根據健側模型的貼附情況決定，將鋼板預塑形與健側模型貼附（圖 2），同時確保骨折塊的固定。
1.4 手術操作
手術均在持續硬膜外麻醉下進行，患者取仰臥位，下肢上止血帶。切口從外踝尖部的遠后各1 cm開始，朝向第4跖骨基底部行長約5 cm切口（圖 3、4）。腓肌腱與跗骨竇之間的間隔需注意保護腓腸神經。切開腓骨短肌的部分筋膜顯露跟骨的前關節面。牽拉腓肌腱向下顯露后關節面，向上顯露外側壁突出部分。使用骨膜剝離器在骨膜上方全層剝離跟骨外側軟組織，同時按壓跟骨外側骨折塊，在跟骨和軟組織之間形成一通道，以便之后放入預塑形的鋼板。術中C臂透視了解骨折復位情況。復位良好后放置鋼板，先順切口放置鋼板后部，再放置鋼板前部，必須確定腓骨肌腱在鋼板的淺層。術中透視決定鋼板位置是否合適，可使用1～2枚克氏針臨時固定鋼板位置。一般說來，前部鎖定螺釘和后關節面周圍鎖定螺釘可通過切口置入，后部鎖定螺釘則需另一長約0.5 cm小切口置入。術后放置負壓引流，跟骨加壓包扎。
1.5 術后處理及療效評價
術后抬高患肢，繼續間斷冰敷，術后第1天開始功能鍛煉，行主動和被動踝關節、足趾屈伸活動，術后8周開始部分負重行功能鍛煉。術后1、2、3、6、12個月隨訪，攝正、側位X線片了解骨折愈合情況，根據美國足踝外科學會（AOFAS）評分系統的踝-后足評分[8]評價功能恢復情況。優：90～100分；良：75～89分；可：50～74分；差：50分以下。
1.6 統計學方法
使用SPSS 19.0軟件進行統計學分析。計量資料以均數±標準差表示，連續數據的正態性檢驗采用Kolmogorov-Smirnov檢驗，符合正態分布的數據手術前后比較采用t檢驗。檢驗水準α=0.05。
2 結果
3D打印模型制作時間為3～5 d，平均4 d。手術時間45～85 min，平均57 min。術后患者均無切口感染或切口不愈合的并發癥，切口甲級愈合（圖 4、5）。所有患者均獲得隨訪，隨訪時間6個月～1年，平均9個月。術后無患者出現神經血管損傷、活動后摩擦感等，無復位丟失或內固定失效等情況。術后隨訪骨折愈合良好，愈合時間為7～12周。術前術后Bohler角、跟骨Gissane角差異有統計學意義（P＜0.05），見表 1。AOFAS評分：優5例，良5例，可2例，優良率達83.3%。
表1
跟骨骨折術前術后的相關數據（n=12，3 討論
對于跟骨骨折手術治療，目前許多學者均在探索如何既保證治療效果，又降低傷口并發癥的發生。傳統L型切口騎跨于足部2套供血系統交界處，皮膚軟組織血循環較差，并且手術時再掀起一個三角形皮瓣，使血供進一步減弱，容易發生傷口感染、皮緣壞死等并發癥。Yu等[9]進行了Meta分析，共 2 046例跟骨骨折患者納入研究，采用傳統切開復位內固定治療，切口并發癥的平均發生率為13.6%。DeWall等[10]的研究比較微創手術和切開復位內固定手術兩種治療方法的療效，結果顯示兩組患者的骨折復位和術后功能無明顯差異，但切開復位組的傷口感染率為14.3%，而微創手術組無傷口并發癥的發生。Abdelgaid等[11]指出通過撬撥復位和空心螺釘固定的方法治療跟骨骨折，骨折復位效果良好，但有部分患者復位丟失。所以，微創手術可以獲得良好的骨折復位，且切口并發癥發生率較低。但使用克氏針或螺釘固定的強度較差，術后易復位丟失；切開復位手術的骨折復位和固定效果較好，但切口并發癥的發生率較高。因此，我們選擇小切口復位加上鋼板內固定治療跟骨骨折，以期達到穩定的復位、減少并發癥。
3D打印技術利用光固化和紙層疊等，即將目標物的CAD模型，通過分層離散和數控成型系統，將材料逐層堆積成三維實體部件，最終打印出需要形狀的物體。作為一種新型制造技術，3D打印技術具有可操控性好、高效快捷等優勢，已開始應用于醫療、航空、制造等領域，逐漸顯露其優勢。目前3D打印的使用越來越廣泛[6]，而應用于骨科領域，其仿真模型可用于詳細了解骨折情況、鋼板預塑形等[12]。3D打印用于評價跟骨骨折于1997年首次提出，2位影像學醫師將3D打印的模型與三維CT比較診斷的準確性，結論認為兩者無差異[13]。但我們認為，對于不熟悉解剖的低年資醫師和手術醫師來說，3D打印更為直觀，可模擬骨折復位，且可進行鋼板預塑形。Kozakiewicz等[14]利用3D打印模型預彎鋼板治療眶底骨折，獲得了滿意的效果。因此，本研究使用3D打印輔助小切口復位內固定治療跟骨骨折，模擬骨折復位及鋼板預塑形，結果表明可縮短手術時間，利于術中骨折的復位和鋼板的置入，且臨床療效尚可。
微創技術應用于跟骨骨折，旨在降低傳統手術后所出現的傷口或軟組織相關并發癥的發生率，但是其復位準確性低于傳統術式，且使得安置的鋼板獲得良好貼附較為困難。本研究使用3D打印輔助跟骨小切口復位內固定，術后結果顯示骨折復位良好，術后功能優良率達83.3%。其鋼板安放的位置預先在3D打印模型上確定，且已預塑形獲得良好的貼附，既利于小切口治療跟骨骨折，又減少了軟組織暴露的時間，從而降低了切口并發癥的風險。
使用3D打印輔助小切口治療跟骨的缺點為需要一定的時間制造模型。但是對于跟骨骨折來說，推薦延遲至少3～5 d待腫脹消退后再行手術[3]。我們推薦使用皮膚皺紋試驗進行判斷，即背伸踝關節，如果足背部出現皺紋即為陽性，可以進行手術，一般需1周以上。本研究中，納入患者均等待局部腫脹消退后再實施的手術，從入院至手術時間為6～15 d，平均7 d。而3D打印模型3～5 d，平均4 d即可完成制作。故我們認為使用3D打印輔助治療跟骨骨折尚不會延誤對患者的治療
綜上所述，3D打印輔助小切口治療跟骨骨折，術前可模擬骨折復位、鋼板預塑形，有利于骨折復位，并簡化術中操作。其手術效果良好，具有推廣價值，相信其應用會越來越成熟，其不足之處會隨著技術的發展逐漸得到解決。今后我們將進行更高質量的隨機對照研究，且進一步擴大樣本量。
跟骨骨折占全身骨折的2%，跗骨骨折的60%[1]。L形外側切口為治療跟骨骨折的最常用入路[2]，其優點是可充分顯露骨折以便復位、降低肌腱炎、保護腓腸神經等，但合并較多軟組織并發癥，如皮瓣壞死、傷口感染等[3]。如何保護軟組織血液供應、降低術后并發癥發生率成為跟骨治療的熱點。因此，出現了微創入路治療跟骨骨折。有報道指出微創治療僅使用螺釘治療，但前關節面有多塊骨折時僅靠螺釘不能提供足夠的力學穩定性[4]。當使用小切口安置鎖定鋼板治療跟骨骨折時，由于跟骨顯露不充分，鋼板的塑形比較困難，則術者可能考慮較小的鋼板，但無法固定更多的骨折塊[5]。3D打印又稱為快速成型技術[6]，最早出現于20世紀80年代，是以數字模型文件為基礎，運用粉末狀塑料或金屬等可粘合材料制作三維物體的技術，目前應用于骨科尤其是創傷骨科越來越廣泛。雖然計算機導航可提高手術精準性，但其操作復雜，難以得到廣泛應用。而3D打印既直觀又操作簡便，應用范圍主要涉及術前評估、手術規劃和術中導航。因此，本研究使用1︰1仿真3D打印的跟骨模型作為術前和術中的指導工具，具體為行CT時掃描雙側跟骨，并及時打印出健側和患側的3D打印模型。在健側3D打印模型上進行跟骨鎖定鋼板預塑形，并借助患側3D打印模型模擬骨折復位，研究其輔助小切口復位內固定治療跟骨骨折的臨床療效。
1 資料與方法
1.1 一般資料
納入標準：2014年10月－2015年5月收治的閉合單側跟骨骨折患者。排除標準：對側跟骨有骨折、畸形、既往手術史，陳舊性跟骨骨折，Sanders 4型骨折。
共納入符合標準的患者12例。其中男7例，女5例；年齡19～48歲，平均36歲；左足5例，右足 7例。致傷原因：車禍傷5例，高處墜落傷7例。骨折類型：均為閉合型跟骨關節內移位骨折，根據Sanders分型[7]：Ⅱ型6例，Ⅲ型6例。受傷至入院時間1～3 d，平均2 d；入院后患肢抬高制動，間斷冷敷，待患處腫脹消退、皮膚出現皺褶后進行手術。入院至手術時間為6～15 d，平均7 d。
1.2 術前攝片X線及制造3D打印模型
術前對患足攝正、側位X線片及CT掃描。并行雙側跟骨掃描，層厚1 mm，文件以醫學數字成像和通信（DICOM）格式保存，再轉換成光固化立體造型術（STL）格式，便于3D打印機器的軟件（MIMICS-Materialise Interactive Medical Image Control System Software，Materialise，Leuven，Belgium）可識別。將數據送至四川大學制造學院完成3D打印模型的制造（圖 1）。
1.3 3D打印模型輔助治療
獲得患者患側和健側1︰1仿真3D打印模型后，使用患側模型模擬骨折復位，并借助模型輔助術中判斷復位情況。鋼板的大小和形狀根據健側模型的貼附情況決定，將鋼板預塑形與健側模型貼附（圖 2），同時確保骨折塊的固定。
1.4 手術操作
手術均在持續硬膜外麻醉下進行，患者取仰臥位，下肢上止血帶。切口從外踝尖部的遠后各1 cm開始，朝向第4跖骨基底部行長約5 cm切口（圖 3、4）。腓肌腱與跗骨竇之間的間隔需注意保護腓腸神經。切開腓骨短肌的部分筋膜顯露跟骨的前關節面。牽拉腓肌腱向下顯露后關節面，向上顯露外側壁突出部分。使用骨膜剝離器在骨膜上方全層剝離跟骨外側軟組織，同時按壓跟骨外側骨折塊，在跟骨和軟組織之間形成一通道，以便之后放入預塑形的鋼板。術中C臂透視了解骨折復位情況。復位良好后放置鋼板，先順切口放置鋼板后部，再放置鋼板前部，必須確定腓骨肌腱在鋼板的淺層。術中透視決定鋼板位置是否合適，可使用1～2枚克氏針臨時固定鋼板位置。一般說來，前部鎖定螺釘和后關節面周圍鎖定螺釘可通過切口置入，后部鎖定螺釘則需另一長約0.5 cm小切口置入。術后放置負壓引流，跟骨加壓包扎。
1.5 術后處理及療效評價
術后抬高患肢，繼續間斷冰敷，術后第1天開始功能鍛煉，行主動和被動踝關節、足趾屈伸活動，術后8周開始部分負重行功能鍛煉。術后1、2、3、6、12個月隨訪，攝正、側位X線片了解骨折愈合情況，根據美國足踝外科學會（AOFAS）評分系統的踝-后足評分[8]評價功能恢復情況。優：90～100分；良：75～89分；可：50～74分；差：50分以下。
1.6 統計學方法
使用SPSS 19.0軟件進行統計學分析。計量資料以均數±標準差表示，連續數據的正態性檢驗采用Kolmogorov-Smirnov檢驗，符合正態分布的數據手術前后比較采用t檢驗。檢驗水準α=0.05。
2 結果
3D打印模型制作時間為3～5 d，平均4 d。手術時間45～85 min，平均57 min。術后患者均無切口感染或切口不愈合的并發癥，切口甲級愈合（圖 4、5）。所有患者均獲得隨訪，隨訪時間6個月～1年，平均9個月。術后無患者出現神經血管損傷、活動后摩擦感等，無復位丟失或內固定失效等情況。術后隨訪骨折愈合良好，愈合時間為7～12周。術前術后Bohler角、跟骨Gissane角差異有統計學意義（P＜0.05），見表 1。AOFAS評分：優5例，良5例，可2例，優良率達83.3%。
表1
跟骨骨折術前術后的相關數據（n=12，3 討論
對于跟骨骨折手術治療，目前許多學者均在探索如何既保證治療效果，又降低傷口并發癥的發生。傳統L型切口騎跨于足部2套供血系統交界處，皮膚軟組織血循環較差，并且手術時再掀起一個三角形皮瓣，使血供進一步減弱，容易發生傷口感染、皮緣壞死等并發癥。Yu等[9]進行了Meta分析，共 2 046例跟骨骨折患者納入研究，采用傳統切開復位內固定治療，切口并發癥的平均發生率為13.6%。DeWall等[10]的研究比較微創手術和切開復位內固定手術兩種治療方法的療效，結果顯示兩組患者的骨折復位和術后功能無明顯差異，但切開復位組的傷口感染率為14.3%，而微創手術組無傷口并發癥的發生。Abdelgaid等[11]指出通過撬撥復位和空心螺釘固定的方法治療跟骨骨折，骨折復位效果良好，但有部分患者復位丟失。所以，微創手術可以獲得良好的骨折復位，且切口并發癥發生率較低。但使用克氏針或螺釘固定的強度較差，術后易復位丟失；切開復位手術的骨折復位和固定效果較好，但切口并發癥的發生率較高。因此，我們選擇小切口復位加上鋼板內固定治療跟骨骨折，以期達到穩定的復位、減少并發癥。
3D打印技術利用光固化和紙層疊等，即將目標物的CAD模型，通過分層離散和數控成型系統，將材料逐層堆積成三維實體部件，最終打印出需要形狀的物體。作為一種新型制造技術，3D打印技術具有可操控性好、高效快捷等優勢，已開始應用于醫療、航空、制造等領域，逐漸顯露其優勢。目前3D打印的使用越來越廣泛[6]，而應用于骨科領域，其仿真模型可用于詳細了解骨折情況、鋼板預塑形等[12]。3D打印用于評價跟骨骨折于1997年首次提出，2位影像學醫師將3D打印的模型與三維CT比較診斷的準確性，結論認為兩者無差異[13]。但我們認為，對于不熟悉解剖的低年資醫師和手術醫師來說，3D打印更為直觀，可模擬骨折復位，且可進行鋼板預塑形。Kozakiewicz等[14]利用3D打印模型預彎鋼板治療眶底骨折，獲得了滿意的效果。因此，本研究使用3D打印輔助小切口復位內固定治療跟骨骨折，模擬骨折復位及鋼板預塑形，結果表明可縮短手術時間，利于術中骨折的復位和鋼板的置入，且臨床療效尚可。
微創技術應用于跟骨骨折，旨在降低傳統手術后所出現的傷口或軟組織相關并發癥的發生率，但是其復位準確性低于傳統術式，且使得安置的鋼板獲得良好貼附較為困難。本研究使用3D打印輔助跟骨小切口復位內固定，術后結果顯示骨折復位良好，術后功能優良率達83.3%。其鋼板安放的位置預先在3D打印模型上確定，且已預塑形獲得良好的貼附，既利于小切口治療跟骨骨折，又減少了軟組織暴露的時間，從而降低了切口并發癥的風險。
使用3D打印輔助小切口治療跟骨的缺點為需要一定的時間制造模型。但是對于跟骨骨折來說，推薦延遲至少3～5 d待腫脹消退后再行手術[3]。我們推薦使用皮膚皺紋試驗進行判斷，即背伸踝關節，如果足背部出現皺紋即為陽性，可以進行手術，一般需1周以上。本研究中，納入患者均等待局部腫脹消退后再實施的手術，從入院至手術時間為6～15 d，平均7 d。而3D打印模型3～5 d，平均4 d即可完成制作。故我們認為使用3D打印輔助治療跟骨骨折尚不會延誤對患者的治療
綜上所述，3D打印輔助小切口治療跟骨骨折，術前可模擬骨折復位、鋼板預塑形，有利于骨折復位，并簡化術中操作。其手術效果良好，具有推廣價值，相信其應用會越來越成熟，其不足之處會隨著技術的發展逐漸得到解決。今后我們將進行更高質量的隨機對照研究，且進一步擴大樣本量。
