引用本文： 石維祥, 羅曉中, 吳剛, 丁勇, 周欣. 3D 打印技術在內外踝尖部撕脫骨折治療中的應用. 中國修復重建外科雜志, 2018, 32(2): 187-191. doi: 10.7507/1002-1892.201710086 復制
踝關節是人體主要負重關節之一，脛骨下關節面及內、外踝關節面共同組成“冂”形關節窩，容納距骨滑車，由于滑車關節面前寬后窄，跖屈時踝關節極易發生扭傷，常導致踝部骨折。由于踝部骨折累及關節，若不及時治療會導致行走時疼痛，甚至發生嚴重功能障礙。解剖復位、堅強有效的內固定和早期功能鍛煉是治療成功的關鍵[1-3]。對于內、外踝撕脫骨折，常為粉碎性或骨折塊較小，臨床常用的各種螺釘、克氏針張力帶、帶線錨釘、縫線以及鋼板等難以牢固固定骨折[4-10]。因此臨床常采用單純石膏固定，但固定時間過長、術后不能早期功能鍛煉，易發生骨折不愈合、行走時疼痛、關節功能障礙等并發癥[11-15]。近年來，3D 打印技術已成功應用于臨床骨科疾病治療。3D 打印技術能為術前材料準備、準確規劃手術入路及術中確定內固定物的有效位置提供依據[16-19]。2015 年 1 月—2017 年 1 月，我們采用塑形阻擋鋼板內固定術治療 20 例內、外踝尖部撕脫骨折患者，術前均采用 3D 打印骨折模型指導鋼板塑形（A 組），并與同期采用傳統石膏外固定治療的 18 例患者（B 組）進行比較，分析 3D 打印技術用于此類骨折治療的優勢。報告如下。
1 臨床資料
1.1 一般資料
A 組：男 9 例，女 11 例；年齡 36～62 歲，平均 47.5 歲。致傷原因：交通事故傷 8 例，跌傷 8 例，高處墜落傷 4 例。受傷至手術時間 42～92 h，平均 74.5 h。左側 11 例，右側 9 例。按照 Lauge-Hansen 分型：旋后內收型 12 例、旋后外旋型 3 例、旋前外旋型 4 例、旋前外展型 1 例。其中內踝撕脫骨折 7 例，外踝撕脫骨折 13 例。
B 組：男 8 例，女 10 例；年齡 32～62 歲，平均 47.5 歲。致傷原因：交通事故傷 5 例，跌傷 6 例，高處墜落傷 7 例。受傷至手術時間 48～106 h，平均 82.5 h。左側 9 例，右側 9 例。按照 Lauge-Hansen 分型：旋后內收型 10 例、旋后外旋型 3 例、旋前外旋型 3 例、旋前外展型分型 1 例。其中內踝撕脫骨折 6 例，外踝撕脫骨折 12 例。
兩組患者性別、年齡、致傷原因、受傷至手術時間、側別及骨折類型等一般資料比較，差異均無統計學意義（P>0.05），具有可比性。
1.2 治療方法
A 組：① 術前 3D 打印骨折模型并制備鋼板：患者踝關節均行 CT 掃描并三維重建，將原始數據以 DICOM 格式導入 Minics19.0 軟件（Matalize 公司，瑞士），選取骨閾值分割踝關節模板，再運用多層編輯模板和區域增長功能重建踝關節骨折三維模型，將模型以 STL 格式輸出。采用光敏樹脂材料打印骨折實體模型，于實體模型上制備塑形阻擋鋼板，并設計手術切口、確定鋼板及螺釘植入位置及方向。塑形阻擋鋼板為網孔型，厚度為 0.8 mm，網孔直徑 1.5 mm，兩尖部也有網孔。
② 手術方法：全麻下患者取仰臥位，以踝關節尖部骨折端為中心作縱切口，長 3～5 cm。逐層切開，探查骨折斷端，清理血腫，保持踝關節內翻或外翻位，預復位撕脫骨折塊，復位成功后在骨折塊下方參照鋼板尖部位置，在撕脫骨折塊附著的三角韌帶或外側副韌帶上作兩個縱形小切口，將塑形阻擋鋼板尖部插入切口，使撕脫骨折塊緊貼斷端并被鋼板牢固包裹，固定鋼板螺釘及尖部螺釘。如骨折塊較大，尖部螺釘可直接固定于其上；如骨折塊較小，尖部螺釘固定在其周圍正常骨上，起到包裹阻擋作用，使鋼板與骨組成穩定的立體框架結構，并將骨折塊遠端的副韌帶縫合固定于塑形阻擋鋼板網孔上。對于與骨塊不相連的撕脫韌帶，同樣用縫線縫合修復并固定于塑形阻擋鋼板網孔上并與骨相連，達到雙重固定。C 臂 X 線機透視明確骨折對位對線好、螺釘位置佳，被動活動內、外踝尖部骨折無移位后，沖洗切口，逐層縫合關閉切口，紗布棉墊加壓包扎。術后即可行踝關節肌肉收縮活動，2 周后行踝關節主動功能鍛煉。術后每月復查踝關節正側位 X 線片，根據骨折愈合情況指導患者功能鍛煉。
B 組：采用石膏托將踝關節固定于功能位 4～6 周，每月復查踝關節正側位 X 線片，并根據復查情況決定拆除石膏及開始負重的時間；石膏拆除后開始踝關節主動功能鍛煉。
1.3 療效評價指標
記錄兩組患者骨折愈合率以及骨折愈合時間、術后開始踝關節功能鍛煉時間、術后踝關節殘留疼痛情況，采用美國矯形足踝協會（AOFAS）評分評價踝關節功能恢復情況。
1.4 統計學方法
采用 SPSS19.0 統計軟件進行分析。計量資料以均數±標準差表示，組間比較采用獨立樣本 t 檢驗；計數資料以率表示，組間比較采用 χ2 檢驗；檢驗水準 α=0.05。
2 結果
患者均獲隨訪，隨訪時間 8～24 個月，平均 15.5 個月。A 組術后切口均Ⅰ期愈合，無切口感染、內固定松動、內固定斷裂、關節僵硬等并發癥發生；開始踝關節功能鍛煉時間為（14±3）d；骨折均愈合，無骨折不愈合及延遲愈合發生，愈合率為 100%，骨折愈合時間為（10.15±2.00）周。隨訪期間均未出現踝關節殘留疼痛及功能障礙。術后 6 個月踝關節 AOFAS 評分為（90.35±4.65）分，獲優 13 例、良 7 例。術后 18 例取出內固定物，隨訪期間均無再骨折發生。見圖 1。
B 組：開始踝關節功能鍛煉時間為（40±10）d； 1 例骨折未愈合，患者拒絕進一步治療；骨折愈合率為 94.44%，骨折愈合時間為（13.83±7.49）周；隨訪期間 3 例 （16.67%）患者存在不同程度踝關節殘留疼痛。術后 6 個月踝關節 AOFAS 評分為（79.28±34.28）分，獲良 15 例、中 2 例、差 1 例。
兩組患者術后骨折愈合率、骨折愈合時間、開始踝關節功能鍛煉時間以及 AOFAS 評分比較，差異均有統計學意義（χ2=4.976，P=0.026；t=–2.118，P=0.041；t=–20.551，P=0.000；t=4.252，P=0.000）。
圖1
患者，男，44 歲，右側外踝尖部撕脫骨折
a. 術前正側位 X 線片；b. 術前 CT；c. 3D 打印骨折模型及塑形阻擋鋼板；d．術后第 1 天正側位 X 線片；e. 術后 3 個月正側位 X 線片；f. 術后 5 個月取出內固定物后正側位 X 線片；g. 術后 5 個月踝關節功能位
Figure1. A 44-year-old male patient with right external ankle distal avulsed fracturea. Preoperative anteroposterior and lateral X-ray films; b. Preoperative CT; c. 3D printing fracture model and the shape-blocking steel plate; d. Anteroposterior and lateral X-ray films at 1 day after operation; e. Anteroposterior and lateral X-ray films at 3 months after operation; f. Anteroposterior and lateral X-ray films at 5 months after operation (after internal fixator removal); g. Functional images of ankle at 5 months after operation
3 討論
隨著臨床診斷技術的不斷進步，內、外踝尖部撕脫骨折臨床確診病例呈逐年上升趨勢[20-23]。但國內外對此類骨折治療的報道較少，為此我們進行了回顧性比較研究，以期為臨床治療方法選擇提供參考。研究結果顯示，塑形阻擋鋼板內固定治療后患者骨折愈合率、骨折愈合時間以及踝關節 AOFAS 評分均優于傳統石膏外固定治療。我們分析可能與以下因素有關：① 術前采用 3D 打印骨折模型指導鋼板塑形，可準確定位鋼板及螺釘安放位置，使骨折固定更牢靠；塑形阻擋鋼板的兩尖部可“包裹阻擋”撕脫骨折塊，并用螺釘固定，骨折塊遠端副韌帶縫合于網孔上，達到雙重固定。術后患者無需外固定，可早期功能鍛煉，根據骨折愈合情況適時進行部分負重至完全負重功能鍛煉，避免了關節僵硬的發生。術后均未出現內固定物松動、斷裂，表明塑形阻擋鋼板固定內、外踝尖部撕脫骨折牢靠、有效，能滿足踝關節主動伸、屈等活動的應力要求。② 3D 打印技術指導下個性化操作，減少了皮膚軟組織創傷以及對骨折周圍組織血循環的破壞，減少了周圍軟組織粘連，有利于功能康復[24-31]。此外，A 組患者術后均未發生切口感染、皮膚壞死，考慮原因為：① 塑形阻擋鋼板厚度為 0.8 mm，易塑形，貼附好，避免了皮膚軟組織受壓；② 塑形阻擋鋼板為鈦合金材料，組織相容性好。
通過本組治療，我們對 3D 打印技術用于內、外踝尖部撕脫骨折治療有以下體會。 ① 術前患者均需行 CT 三維重建，獲取原數據并在軟件中重建骨折三維模型，然后 3D 打印骨折實體模型，設計個性化塑形阻擋鋼板及精準規劃手術切口及鋼板、螺釘安放位置；② 術中骨折復位成功后，在骨折塊下方參照鋼板尖部位置，在撕脫骨折塊附著的三角韌帶或外側副韌帶上作兩個縱形小切口，保持韌帶松弛位插入兩尖部，再固定鋼板螺釘。應注意檢查骨折塊周圍是否有與其不相連的韌帶撕脫，若有則需重建韌帶并縫合固定于阻擋鋼板的網孔上并與骨相連，進而達到雙重固定效果；③ 若撕脫骨折塊較大時，復位骨折塊后可在鋼板的尖部網孔處直接植入 1～2 枚螺釘，進一步加強骨折固定的牢靠性；若撕脫骨折塊較小或粉碎，則將尖部網孔處螺釘固定在周圍正常骨上，以起到包裹阻擋作用。
綜上述，3D 打印技術用于治療內、外踝尖部撕脫性骨折，具有簡化手術操作、提高手術安全性、固定牢靠等優勢，尤其適用于骨折塊較小或粉碎性撕脫骨折。但是本研究僅與傳統石膏外固定治療進行了比較，且樣本量相對較少，因此仍需大樣本臨床試驗以及與其他內固定方式進行比較，以進一步明確療效。此外，塑形阻擋鋼板僅適用于內、外踝撕脫骨折，而且塑形阻擋鋼板尖部由于受力原因相對較寬。下一步我們將對 CT 三維數據及標本解剖數據進行深入研究，著力于研發一種可根據不同骨骼解剖特點塑形，并能適用于不同部位撕脫骨折，尤其適用于骨折塊較小或粉碎性骨折的新型內固定器械。
踝關節是人體主要負重關節之一，脛骨下關節面及內、外踝關節面共同組成“冂”形關節窩，容納距骨滑車，由于滑車關節面前寬后窄，跖屈時踝關節極易發生扭傷，常導致踝部骨折。由于踝部骨折累及關節，若不及時治療會導致行走時疼痛，甚至發生嚴重功能障礙。解剖復位、堅強有效的內固定和早期功能鍛煉是治療成功的關鍵[1-3]。對于內、外踝撕脫骨折，常為粉碎性或骨折塊較小，臨床常用的各種螺釘、克氏針張力帶、帶線錨釘、縫線以及鋼板等難以牢固固定骨折[4-10]。因此臨床常采用單純石膏固定，但固定時間過長、術后不能早期功能鍛煉，易發生骨折不愈合、行走時疼痛、關節功能障礙等并發癥[11-15]。近年來，3D 打印技術已成功應用于臨床骨科疾病治療。3D 打印技術能為術前材料準備、準確規劃手術入路及術中確定內固定物的有效位置提供依據[16-19]。2015 年 1 月—2017 年 1 月，我們采用塑形阻擋鋼板內固定術治療 20 例內、外踝尖部撕脫骨折患者，術前均采用 3D 打印骨折模型指導鋼板塑形（A 組），并與同期采用傳統石膏外固定治療的 18 例患者（B 組）進行比較，分析 3D 打印技術用于此類骨折治療的優勢。報告如下。
1 臨床資料
1.1 一般資料
A 組：男 9 例，女 11 例；年齡 36～62 歲，平均 47.5 歲。致傷原因：交通事故傷 8 例，跌傷 8 例，高處墜落傷 4 例。受傷至手術時間 42～92 h，平均 74.5 h。左側 11 例，右側 9 例。按照 Lauge-Hansen 分型：旋后內收型 12 例、旋后外旋型 3 例、旋前外旋型 4 例、旋前外展型 1 例。其中內踝撕脫骨折 7 例，外踝撕脫骨折 13 例。
B 組：男 8 例，女 10 例；年齡 32～62 歲，平均 47.5 歲。致傷原因：交通事故傷 5 例，跌傷 6 例，高處墜落傷 7 例。受傷至手術時間 48～106 h，平均 82.5 h。左側 9 例，右側 9 例。按照 Lauge-Hansen 分型：旋后內收型 10 例、旋后外旋型 3 例、旋前外旋型 3 例、旋前外展型分型 1 例。其中內踝撕脫骨折 6 例，外踝撕脫骨折 12 例。
兩組患者性別、年齡、致傷原因、受傷至手術時間、側別及骨折類型等一般資料比較，差異均無統計學意義（P>0.05），具有可比性。
1.2 治療方法
A 組：① 術前 3D 打印骨折模型并制備鋼板：患者踝關節均行 CT 掃描并三維重建，將原始數據以 DICOM 格式導入 Minics19.0 軟件（Matalize 公司，瑞士），選取骨閾值分割踝關節模板，再運用多層編輯模板和區域增長功能重建踝關節骨折三維模型，將模型以 STL 格式輸出。采用光敏樹脂材料打印骨折實體模型，于實體模型上制備塑形阻擋鋼板，并設計手術切口、確定鋼板及螺釘植入位置及方向。塑形阻擋鋼板為網孔型，厚度為 0.8 mm，網孔直徑 1.5 mm，兩尖部也有網孔。
② 手術方法：全麻下患者取仰臥位，以踝關節尖部骨折端為中心作縱切口，長 3～5 cm。逐層切開，探查骨折斷端，清理血腫，保持踝關節內翻或外翻位，預復位撕脫骨折塊，復位成功后在骨折塊下方參照鋼板尖部位置，在撕脫骨折塊附著的三角韌帶或外側副韌帶上作兩個縱形小切口，將塑形阻擋鋼板尖部插入切口，使撕脫骨折塊緊貼斷端并被鋼板牢固包裹，固定鋼板螺釘及尖部螺釘。如骨折塊較大，尖部螺釘可直接固定于其上；如骨折塊較小，尖部螺釘固定在其周圍正常骨上，起到包裹阻擋作用，使鋼板與骨組成穩定的立體框架結構，并將骨折塊遠端的副韌帶縫合固定于塑形阻擋鋼板網孔上。對于與骨塊不相連的撕脫韌帶，同樣用縫線縫合修復并固定于塑形阻擋鋼板網孔上并與骨相連，達到雙重固定。C 臂 X 線機透視明確骨折對位對線好、螺釘位置佳，被動活動內、外踝尖部骨折無移位后，沖洗切口，逐層縫合關閉切口，紗布棉墊加壓包扎。術后即可行踝關節肌肉收縮活動，2 周后行踝關節主動功能鍛煉。術后每月復查踝關節正側位 X 線片，根據骨折愈合情況指導患者功能鍛煉。
B 組：采用石膏托將踝關節固定于功能位 4～6 周，每月復查踝關節正側位 X 線片，并根據復查情況決定拆除石膏及開始負重的時間；石膏拆除后開始踝關節主動功能鍛煉。
1.3 療效評價指標
記錄兩組患者骨折愈合率以及骨折愈合時間、術后開始踝關節功能鍛煉時間、術后踝關節殘留疼痛情況，采用美國矯形足踝協會（AOFAS）評分評價踝關節功能恢復情況。
1.4 統計學方法
采用 SPSS19.0 統計軟件進行分析。計量資料以均數±標準差表示，組間比較采用獨立樣本 t 檢驗；計數資料以率表示，組間比較采用 χ2 檢驗；檢驗水準 α=0.05。
2 結果
患者均獲隨訪，隨訪時間 8～24 個月，平均 15.5 個月。A 組術后切口均Ⅰ期愈合，無切口感染、內固定松動、內固定斷裂、關節僵硬等并發癥發生；開始踝關節功能鍛煉時間為（14±3）d；骨折均愈合，無骨折不愈合及延遲愈合發生，愈合率為 100%，骨折愈合時間為（10.15±2.00）周。隨訪期間均未出現踝關節殘留疼痛及功能障礙。術后 6 個月踝關節 AOFAS 評分為（90.35±4.65）分，獲優 13 例、良 7 例。術后 18 例取出內固定物，隨訪期間均無再骨折發生。見圖 1。
B 組：開始踝關節功能鍛煉時間為（40±10）d； 1 例骨折未愈合，患者拒絕進一步治療；骨折愈合率為 94.44%，骨折愈合時間為（13.83±7.49）周；隨訪期間 3 例 （16.67%）患者存在不同程度踝關節殘留疼痛。術后 6 個月踝關節 AOFAS 評分為（79.28±34.28）分，獲良 15 例、中 2 例、差 1 例。
兩組患者術后骨折愈合率、骨折愈合時間、開始踝關節功能鍛煉時間以及 AOFAS 評分比較，差異均有統計學意義（χ2=4.976，P=0.026；t=–2.118，P=0.041；t=–20.551，P=0.000；t=4.252，P=0.000）。
圖1
患者，男，44 歲，右側外踝尖部撕脫骨折
a. 術前正側位 X 線片；b. 術前 CT；c. 3D 打印骨折模型及塑形阻擋鋼板；d．術后第 1 天正側位 X 線片；e. 術后 3 個月正側位 X 線片；f. 術后 5 個月取出內固定物后正側位 X 線片；g. 術后 5 個月踝關節功能位
Figure1. A 44-year-old male patient with right external ankle distal avulsed fracturea. Preoperative anteroposterior and lateral X-ray films; b. Preoperative CT; c. 3D printing fracture model and the shape-blocking steel plate; d. Anteroposterior and lateral X-ray films at 1 day after operation; e. Anteroposterior and lateral X-ray films at 3 months after operation; f. Anteroposterior and lateral X-ray films at 5 months after operation (after internal fixator removal); g. Functional images of ankle at 5 months after operation
3 討論
隨著臨床診斷技術的不斷進步，內、外踝尖部撕脫骨折臨床確診病例呈逐年上升趨勢[20-23]。但國內外對此類骨折治療的報道較少，為此我們進行了回顧性比較研究，以期為臨床治療方法選擇提供參考。研究結果顯示，塑形阻擋鋼板內固定治療后患者骨折愈合率、骨折愈合時間以及踝關節 AOFAS 評分均優于傳統石膏外固定治療。我們分析可能與以下因素有關：① 術前采用 3D 打印骨折模型指導鋼板塑形，可準確定位鋼板及螺釘安放位置，使骨折固定更牢靠；塑形阻擋鋼板的兩尖部可“包裹阻擋”撕脫骨折塊，并用螺釘固定，骨折塊遠端副韌帶縫合于網孔上，達到雙重固定。術后患者無需外固定，可早期功能鍛煉，根據骨折愈合情況適時進行部分負重至完全負重功能鍛煉，避免了關節僵硬的發生。術后均未出現內固定物松動、斷裂，表明塑形阻擋鋼板固定內、外踝尖部撕脫骨折牢靠、有效，能滿足踝關節主動伸、屈等活動的應力要求。② 3D 打印技術指導下個性化操作，減少了皮膚軟組織創傷以及對骨折周圍組織血循環的破壞，減少了周圍軟組織粘連，有利于功能康復[24-31]。此外，A 組患者術后均未發生切口感染、皮膚壞死，考慮原因為：① 塑形阻擋鋼板厚度為 0.8 mm，易塑形，貼附好，避免了皮膚軟組織受壓；② 塑形阻擋鋼板為鈦合金材料，組織相容性好。
通過本組治療，我們對 3D 打印技術用于內、外踝尖部撕脫骨折治療有以下體會。 ① 術前患者均需行 CT 三維重建，獲取原數據并在軟件中重建骨折三維模型，然后 3D 打印骨折實體模型，設計個性化塑形阻擋鋼板及精準規劃手術切口及鋼板、螺釘安放位置；② 術中骨折復位成功后，在骨折塊下方參照鋼板尖部位置，在撕脫骨折塊附著的三角韌帶或外側副韌帶上作兩個縱形小切口，保持韌帶松弛位插入兩尖部，再固定鋼板螺釘。應注意檢查骨折塊周圍是否有與其不相連的韌帶撕脫，若有則需重建韌帶并縫合固定于阻擋鋼板的網孔上并與骨相連，進而達到雙重固定效果；③ 若撕脫骨折塊較大時，復位骨折塊后可在鋼板的尖部網孔處直接植入 1～2 枚螺釘，進一步加強骨折固定的牢靠性；若撕脫骨折塊較小或粉碎，則將尖部網孔處螺釘固定在周圍正常骨上，以起到包裹阻擋作用。
綜上述，3D 打印技術用于治療內、外踝尖部撕脫性骨折，具有簡化手術操作、提高手術安全性、固定牢靠等優勢，尤其適用于骨折塊較小或粉碎性撕脫骨折。但是本研究僅與傳統石膏外固定治療進行了比較，且樣本量相對較少，因此仍需大樣本臨床試驗以及與其他內固定方式進行比較，以進一步明確療效。此外，塑形阻擋鋼板僅適用于內、外踝撕脫骨折，而且塑形阻擋鋼板尖部由于受力原因相對較寬。下一步我們將對 CT 三維數據及標本解剖數據進行深入研究，著力于研發一種可根據不同骨骼解剖特點塑形，并能適用于不同部位撕脫骨折，尤其適用于骨折塊較小或粉碎性骨折的新型內固定器械。
