不同年资足踝外科医师应用3D打印技术治疗足踝骨折效果的比较

doi:10.3969/j.issn.2095-4344.0306

中国组织工程研究 ›› 2018, Vol. 22 ›› Issue (19): 3061-3066.doi: 10.3969/j.issn.2095-4344.0306

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不同年资足踝外科医师应用3D打印技术治疗足踝骨折效果的比较

朱亚会¹，付炳金¹，尹刚¹，王超²，孙广超¹，邓明明¹，杜瑞¹，杨佳林¹，朱晓东¹

滨州医学院附属医院，¹足踝外科，²神经外科，山东省滨州市 256603

出版日期:2018-07-08 发布日期:2018-07-08
通讯作者: 朱晓东，副教授，硕士生导师，滨州医学院附属医院足踝外科，山东省滨州市 256603
作者简介:朱亚会，男，1991年生，山东省菏泽市人，汉族，滨州医学院在读硕士，主要从事足踝外科方面的研究。
基金资助:
山东省自然科学基金(ZR2017LH033)，课题名称：支架辅助弹簧圈栓塞对基底动脉顶端动脉瘤血流动力学影响的研究

Treatment outcomes of three-dimensional printing technology for foot and ankle fractures by junior versus senior physicians

Zhu Ya-hui¹, Fu Bing-jin¹, Yin Gang¹, Wang Chao², Sun Guang-chao¹, Deng Ming-ming¹, Du Rui¹, Yang Jia-lin¹, Zhu Xiao-dong¹

¹Department of Foot and Ankle Surgery, ²Department of Neurosurgery, Affiliated Hospital of Binzhou Medical University, Binzhou 256603, Shandong Province, China

Online:2018-07-08 Published:2018-07-08
Contact: Zhu Xiao-dong, Associate professor, Master’s supervisor, Department of Foot and Ankle Surgery, Affiliated Hospital of Binzhou Medical University, Binzhou 256603, Shandong Province, China
About author:Zhu Ya-hui, Master candidate, Department of Foot and Ankle Surgery, Affiliated Hospital of Binzhou Medical University, Binzhou 256603, Shandong Province, China
Supported by:
the Natural Science Foundation of Shandong Province, No. ZR2017LH033

摘要/Abstract

摘要：

文章快速阅读：

文题释义：

医学3D打印：通过CT原始数据获取骨折的真实信息，经过mimics软件处理后建立三维数字模型，根据临床需要，借助计算机辅助制造软件进行修改和应用设计，最终将数据输入到3D打印机完成实体转化。3D打印技术在骨科较早应用于脊柱外科和关节外科且取得了满意的临床效果，近年来逐渐应用于足踝外科。

足踝外科3D打印技术：足踝外科医师通过3D打印技术能对骨折部位有更精准的认知、能够根据3D模型进行更好的术前设计、术前手术模拟和术中参照依据，从而减少真正手术时的盲目摸索，尤其对于低年资足踝外科医师可缩短学习曲线。

摘要

背景：3D打印技术在足踝外科中的应用越来越广泛，且取得良好效果，但此技术对足踝外科不同年资医师的影响有无差异尚且未知。

目的：分析3D打印技术对不同年资足踝外科医师的影响有无差异。

方法：滨州医学院附属医院2015年1月至2017年2月收治的足踝部骨折患者随机采用传统手术及3D打印技术辅助手术2种方式，分别由低年资医师和高年资医师完成，分为低年资传统组、低年资3D组、高年资传统组和高年资3D组。记录并对比分析各组患者的手术时间、术中出血量、术中透视次数、术后并发症及末次随访美国足踝骨科协会踝与后足评分。

结果与结论：①符合标准的89例患者纳入研究，其中29例由于各种原因失访，剩下的60例患者获得完整随访记录，所有患者骨折均在术后3个月愈合；②低年资3D组在治疗跟骨骨折及三踝骨折方面，其手术时间、术中出血量、术中透视次数优于低年资传统组，差异有显著性意义(P < 0.05)；③高年资3D组跟骨骨折、跖骨骨折、三踝骨折患者围手术时间、术中出血量、术中透视次数与高年资传统组相比，差异无显著性意义；④共有3例患者发生切口感染，低年资3D组和高年资传统组各1例为浅表组织感染；低年资传统组1例为深部感染；⑤末次随访美国足踝骨科协会踝与后足评分，低年资2组间差异无显著性意义，高年资2组间差异亦无显著性意义(P > 0.05)；⑥表明3D打印技术在手术时间、术中出血量、术中透视次数方面对低年资医师的影响大于高年资医师，在并发症和功能恢复方面对不同年资医师影响差异较小。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节；骨植入物；脊柱；骨折；内固定；数字化骨科；组织工程
ORCID: 0000-0002-4301-1389(朱亚会)

关键词: 3D打印, 足踝外科, 三维重建, 模拟手术, 辅助手术, 跟骨骨折, 踝关节骨折, 跖骨骨折

Abstract:

BACKGROUND: Three-dimensional (3D) printing technology has been extensively applied in foot and ankle surgeries, and it has achieved satisfactory treatment outcomes. However, whether its effect on the physicians with different seniority levels is different remains unknown.

OBJECTIVE: To analyze the difference of 3D printing technology effects on physicians engaged in foot and ankle surgeries with different seniority levels.

METHODS: Patients with a fracture of the foot and ankle admitted in the Affiliated Hospital of Binzhou Medical University from January 2015 to February 2017 were randomly assigned to different groups according to treatment using traditional technique or 3D printing technology by junior physicians and senior physicians, respectively: junior traditional group, junior 3D group, senior traditional group, and senior 3D group. The operation time, intraoperative blood loss, intraoperative fluoroscopy times, postoperative complications, postoperative American Orthopaedic Foot and Ankle Society (AOFAS) scores were recorded and compared.

RESULTS AND CONCLUSION: (1) Eighty-nine eligible patients were included in the study, 29 patients were lost to follow-up for various reasons, and the remaining 60 patients completed the follow-up. All patients fracture healed at 3 months postoperatively. (2) The junior 3D group was significantly superior to the junior traditional group in the operation time, intraoperative bleed loss and intraoperative fluoroscopy time in the treatment of calcaneal fractures and three ankle fractures (P < 0.05). (3) There was no significant difference between senior traditional and senior 3D groups in the operation time, intraoperative bleed loss and intraoperative fluoroscopy time in the treatment of calcaneal fractures, metatarsal fracture and three ankle fractures. (4) Three cases of incision infection were found, including one case of superficial tissue infection in the junior 3D and senior traditional groups, and one case of deep infection in the junior traditional group. (5) There were no significant differences in the AOFAS scores between senior and junior groups (P > 0.05). (6) These results indicate that 3D printing technology plays a significant effect on the junior physicians in the operation time, intraoperative blood loss, and intraoperative fluoroscopy times. While, in terms of complications and functional recovery, the differences are slight between physicians.

中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节；骨植入物；脊柱；骨折；内固定；数字化骨科；组织工程

Key words: Calcaneus, Ankle Joint, Fractures, Bone, Tissue Engineering

中图分类号:

R318

朱亚会，付炳金，尹刚，王超，孙广超，邓明明，杜瑞，杨佳林，朱晓东. 不同年资足踝外科医师应用3D打印技术治疗足踝骨折效果的比较[J]. 中国组织工程研究, 2018, 22(19): 3061-3066.

Zhu Ya-hui, Fu Bing-jin, Yin Gang, Wang Chao, Sun Guang-chao, Deng Ming-ming, Du Rui, Yang Jia-lin, Zhu Xiao-dong. Treatment outcomes of three-dimensional printing technology for foot and ankle fractures by junior versus senior physicians [J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2018, 22(19): 3061-3066.

图/表（结果） 2

2.1 受试者数量分析 滨州医学院附属医院2015年1月至2017年2月收治的253例足踝部骨折患者中包含闭合性跟骨骨折、三踝骨折、跖骨骨折患者共计203例，114例不符合标准给予排除，其中36例患有严重的心脑血管、呼吸系统、血液系统等疾病，78例患者拒绝签署知情同意书。符合标准的89例纳入此研究，其中29例在骨折愈合后(3个月余)拒绝到医院随访及电话随访，余60例得到完整随访数据。试验流程图见图1。

2.2 基本资料比较 各组间基线资料比较差异均无显著性意义，见表1。

2.3 围术期指标及并发症比较分析

2.3.1 围术期指标比较分析 ①低年资3D组中所有患者围术期指标优于低年资传统组，其中跟骨骨折及三踝骨折患者差异有显著性意义(P < 0.05)，对于跖骨骨折患者差异无显著性意义(P > 0.05)；②高年资3D组跟骨骨折、跖骨骨折、三踝骨折患者围术期指标优于高年资传统组，但差异无显著性意义(P > 0.05)；③高年资传统组跟骨骨折、跖骨骨折、三踝骨折患者围术期指标优于低年资传统组，且差异有显著性意义(P < 0.05)；④低年资3D组与高年资3D组跟骨骨折、跖骨骨折、三踝骨折患者差异无显著性意义(P > 0.05)。

结果表明低年资医师应用3D打印技术在治疗跟骨骨折及三踝骨折方面能明显缩短学习曲线，减少术中出血量、手术时间及透视次数；同时3D打印技术对高年资医师影响较小，见表2-4。

2.3.2 并发症比较分析该研究中共有3例患者发生切口感染，低年资3D组和高年资传统组各1例为浅表组织感染，经严格消毒换药后愈合；低年资传统组1例为深部感染，此患者为老年女性糖尿病患者，经严格控制血糖及清除坏死组织、多次换药等处理逐渐愈合。低年资传统组与高年资3D组各1例发生创伤性关节炎。所有患者骨折均在术后3个月左右愈合，无内固定装置移位的发生，除1例跟骨骨折患者及1例跖骨骨折患者因内固定置入处疼痛于术后7个月余去除内固定外，余患者内固定物均于术后12个月去除，见表5。

2.4 患者功能恢复的比较分析 每位来院复查的患者均由未参加此项研究的外科医师进行足踝部全面体格检查及评估，记录AOFAS踝与后足评分，电话随访的患者均由患者本人回答医师提出的问题并做详细记录。根据AOFAS踝与后足评分，低年资传统组患者功能为优者7例(47%)，良者5例(33%)，患者优良率80%。低年资3D组患者功能优者8例(54%)，良者5例(33%)，患者优良率87%。高年资传统组功能优者8例(54%)，良者5例(33%)，患者优良率87%。高年资3D组功能优者8例(54%)，良者5例(33%)，患者优良率87%。

末次随访患者均完成患者满意度调查表(满分100，得分即患者满意度)，各组患者AOFAS踝与后足评分及满意度差异无显著性意义，见表6。

2.5 可能影响结果的因素 ①该研究中符合标准的患者(n=89)中32.6%(n=29)失去或者拒绝随访，减少了样本量的大小，增加了抽样误差的风险；②获得完整随访记录的患者中有13.2%(n=8)未到医院接受全面规范的体格检查，电话随访很难做到精确AOFAS踝与后足评分的每条细目，且患者主观因素及文化水平差异较大；③以AOFAS踝与后足功能评分作为唯一的功能评价指标可能会使结果折中^[13]；④AOFAS踝与后足评分因数学上的缺点而受批判，其可靠性有待进一步证实^[14]。

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引言

足踝部骨骼形态不规则、微动关节较多、韧带结构错综复杂，且中国足踝外科起步晚，缺乏相对完善的足踝外科医师培养体制及专门的足踝外科医师培养院校，故足踝部复杂疾病的明确诊断及治疗一直是对足踝外科医师的挑战^[1-2]。

近年来3D打印技术逐渐应用于足踝外科并取得良好发展。3D打印即快速成型技术，它以三维数字模型文件为基础，运用粉末状或液态的金属或塑料等可黏合材料，通过3D打印机逐层堆叠累积打印出实体的技术^[3-5]。文献报道复杂跟骨关节内骨折患者的3D打印模型与传统二维图像相比，具有更强的可观性及可操作性，在手术设计方面更为实用^[6]。Bagaria等^[7]报道应用3D打印技术制作的1例16岁男性患者跟骨骨折(Sanders ⅡB 型)模型清晰地展示了骨折情况，据此设计的手术获得成功，患者术后恢复良好。章莹等^[8]研究应用3D打印技术辅助治疗三踝骨折，并与常规手术的效果进行比较，发现3D打印技术辅助治的复位与固定时间较短，手术优良率较高。也有文献报道了在治疗复杂跟骨骨折及远端胫腓骨骨折等方面应用3D打印模型，设计钢板置放位置、钉道，并对钢板进行预塑性，使内固定更好地贴合骨面并增加稳固性，术中直视下及X射线透视下以消毒的模型为依据进行复位、植骨及固定，能够明显缩短手术时间、减少术中透视次数、减少术中出血量、提高手术质量^[9-11]。

足踝外科医师通过3D打印技术能对骨折部位有更精准的认知、能够根据3D模型进行更好的术前设计、术前手术模拟和术中参照依据，从而减少真正手术时的盲目摸索^[12]，尤其对于低年资足踝外科医师可缩短学习曲线。国内外很多文献报道主要关注于3D打印技术对医师进行手术带来的种种益处，但迄今为止很少有文章报道此技术对足踝外科不同年资医师的影响。文章回顾性分析比较滨州医学院附属医院2015年1月至2017年2月不同年资足踝外科医师分别采用传统方式及3D打印技术治疗的足踝部骨折患者，旨在分析3D打印技术对不同年资医师的影响。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节；骨植入物；脊柱；骨折；内固定；数字化骨科；组织工程

材料方法

1.1 设计 前瞻性随机对照试验。

1.2 时间及地点 于2015年1月至2017年2月在滨州医学院附属医院足踝外科及神经外科3D打印研究所完成。

1.3 对象 纳入滨州医学院附属医院2015年1月至2017年2月收治的跟骨骨折、跖骨骨折及三踝骨折患者，按照随机数字表法每个医师随机选择患者和手术方式。低年资医师和高年资医师分别采用传统方式和3D打印技术完成足踝部骨折修复手术，最终获得完整随访记录的患者60例，其中低年资传统组、低年资3D组各15例，高年资传统组16例，高年资3D组14例。

患者纳入标准：①无开放性伤口；②跟骨骨折为SandersⅢ和Ⅳ型关节内骨折；③跖骨骨折为跖骨干和基底部骨折，不伴Lisfranc损伤；④患者及家属签署手术知情同意书。

患者排除标准：①受伤时伴有开放性伤口；②不能耐受手术；③拒绝签署手术知情同意书。

低年资传统组男12例，女3例；年龄(43.7±8.53)岁，平均43.7岁；其中跟骨骨折8例，三踝关节骨折2例，跖骨骨折5例。

低年资3D组男11例，女4例；年龄(43.1±10.29)岁，平均43.1岁；其中跟骨骨折9例，三踝关节骨折2例，跖骨骨折4例。

高年资传统组男12例，女4例；年龄(46.7±10.31)岁，平均46.7岁；其中跟骨骨折9例，三踝关节骨折3例，跖骨骨折4例。

高年资3D组男12例，女2例；年龄(45.8±12.20)岁，平均45.8岁；其中跟骨骨折9例，三踝关节骨折2例，跖骨骨折3例。

该研究中低年资医师工作年限为5-10年，共2名；高年资医师工作年限为10年以上，共2名。所有医师均为硕士学历，入职三甲医院工作。所有患者均能耐受手术，无癌性、血液性及传染性疾病等，均签署手术知情同意书。

1.4 方法

1.4.1 术前准备所有患者入院后间断冰敷(受伤24 h内)、患足制动、抬高患肢、静脉输注消肿药物，有张力性水泡者给予抽吸；完善血常规、大生化、血型鉴定等相关检验；患肢给予X射线及CT检查，将CT以DICOM格式刻录光盘，用Mimics软件进行三维重建，链接打印机打印出骨折部位的实物。低年资3D组和高年资3D组应用打印出来的模型进行术前诊断、术前模拟手术及用消毒的模型辅助手术。

1.4.2 修复手术方法患者麻醉成功后，摆好术中所需体位，患肢根部上气压止血带。所有医师均采用相同的常规手术方式进行手术，低年资3D组和高年资3D组可用消毒的3D模型辅助手术。3D打印机使用的材料为天然医用材料、人工合成高分子材料等。记录手术时间、术中出血量、透视次数。

1.4.3 术后处理及随访术后常规使用抗生素预防感染，进行消肿、改善微循环、镇痛等对症治疗，患肢抬高制动，烤灯持续照射，引流管视引流量于术后两至三天拔除，隔天换药1次。除跟骨骨折患者3周拆线外，余患者均2周拆线。

所有患者术后3个月内每月行患处X射线检查，之后每隔3个月复查1次，并由未参加该研究的一位足踝外科医师对复查的患者做足踝部体格检查，评估记录美国足踝骨科协会(American orthopedic foot and ankle society，AOFAS)踝与后足评分(包括对足部形态、疼痛、功能、稳定性、步态、对线及最大行走距离等。优：90-100分；良：75-89分；可：50-74分；差：50分以下)。

患者在末次随访时填写满意度调查表(患者单独在足踝外科示教室完成并放到指定的盒子内，满分100分)。

1.5 主要观察指标 ①手术时间、术中出血量、透视次数；②并发症；③临床效果评价采用末次随访的AOFAS踝与后足评分。

1.6 统计学分析 所有数据均采用SPSS 22.0统计软件进行分析处理，计量资料采用x(_)±s表示，组间比较采用t 检验；计数资料采用χ²检验；等级资料组间比较采用Wilcoxon秩和检验。P < 0.05表示差异有显著性意义。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节；骨植入物；脊柱；骨折；内固定；数字化骨科；组织工程

讨论

医学3D打印通过CT原始数据获取骨折的真实信息，经过mimics软件处理后建立三维数字模型，根据临床需要，借助计算机辅助制造软件进行修改和应用设计，最终将数据输入到3D打印机完成实体转化。3D打印技术在骨科较早应用于脊柱外科和关节外科且取得了满意的临床效果，近年来逐渐应用于足踝外科。足踝部骨骼及关节数量多、形态复杂、体积小，此部位骨折多为暴力损伤所致，一直是骨科领域的难点之一，国内外较多文献报道3D打印技术为解决此类问题提供了新思路和新方法。虽然3D打印技术逐渐为人们熟知，但鲜有报道3D打印技术对足踝外科不同年资医师的影响。

该研究中在治疗跟骨骨折及三踝骨折方面，低年资3D组在手术时间、术中出血量、术中透视次数方面优于低年资传统组，且差异有显著性意义(P < 0.05)。表明低年资医师应用3D打印技术能明显减少术中出血量、手术时间、术中透视次数，对术后并发症及功能恢复影响差异无显著性意义。高年资3D组与高年资传统组各观察指标差异无显著性意义(P > 0.05)，表明3D打印技术对高年资医师影响较小。许可等^[15]表明，3D打印技术使经验不丰富者避免了传统置钉方法的学习曲线及主观性。李明等^[16]也表明3D打印模型对低年资医师的影响明显比高年资医师大。国外有文献报道不同经验的医师由于手术操作方式不同，其置钉误置率差别很大^[17-20]。在3D打印技术应用前，有经验的高年资医师根据二维图像或三维平面图像结合解剖学知识和立体空间构像能力在大脑中还原真实骨折原貌，通过丰富的手术经验取得满意的临床效果^[21]。但对于解剖学知识不扎实、手术路径不熟悉及手术经验不足的低年资医师来说这些手术就显得力不从心了^[22]。3D打印技术具有数字化、精准化、个性化的特点，改变了以往医生需要从传统二维影像信息在脑海中构建骨折的三维形态，同时作为连接二维平面到三维实体转换的桥梁直接介入个性化的骨折评估和术前计划等治疗过程^[23-24]。低年资医师应用3D打印技术能够更加深刻地认识到骨折的形态、部位和细节信息，甚至能够通过在模型上预手术来优化、完善术前设计减少术中不适当的计划偏差^[16]，该研究中低年资医师应用此技术弥补了自身经验不足减少了手术时间、术中出血量及透视次数。Bagaria等^[7]在报道运用3D打印辅助诊断跟骨骨折时指出年轻主刀医师在术前通过对3D打印患处模型的分析能够对患者骨折的分型有更精准的认知，通过不断思考二维影像资料与三维实体模型之间的联系，加速临床经验的积累，缩短学习曲线。

3D打印技术虽然为临床低年资医师提供了近似完美的诊疗方案并明显提高了其医疗水平^[25]，但3D打印技术仍有不足：①3D打印技术需要多学科合作，且对原材料要求高、操作人员专业性强、临床费用较高等客观条件限制了此技术在基层医院的普及^[26]；②3D打印模型的制作时间根据其大小和精度，从几小时到几天不等，这也限制了3D打印技术在急诊手术中的应用^[27]；③纳入该研究的医师均在三甲医院就职且为硕士学历，研究结果是否有普遍适用性仍有待循证医学证据的支持。

总之，3D打印技术提供的精准手术理念和技术体系是毋庸置疑的^[28]，可明显缩短低年资足踝外科医师学习曲线、提高医疗诊治水平，但对临床经验丰富的高年资医师影响较小。虽然3D打印技术在临床中的推广会遇到各种各样的问题，但其应用前景必将十分广阔^[29-31]。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节；骨植入物；脊柱；骨折；内固定；数字化骨科；组织工程

不同年资足踝外科医师应用3D打印技术治疗足踝骨折效果的比较

Treatment outcomes of three-dimensional printing technology for foot and ankle fractures by junior versus senior physicians

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