在3-D打印模型基础上微创螺钉及锁定钢板置入内固定修复踝关节骨折

doi:10.3969/j.issn.2095-4344.2015.26.028

中国组织工程研究 ›› 2015, Vol. 19 ›› Issue (26): 4247-4252.doi: 10.3969/j.issn.2095-4344.2015.26.028

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在3-D打印模型基础上微创螺钉及锁定钢板置入内固定修复踝关节骨折

岳勇¹，阿不来提•阿不拉²，杨勇¹，王强³，伊力夏提•阿里甫¹，刘智¹，帕尔哈提•热西提²，徐小雄²，康鹏德⁴

¹新疆克拉玛依市人民医院骨科，新疆维吾尔自治区克拉玛依市 834000；²新疆医科大学第一附属医院骨科，新疆维吾尔自治区乌鲁木齐市 830054；³新疆煤矿医院骨科，新疆维吾尔自治区乌鲁木齐市 830054；4四川大学华西医院骨科，四川省成都市 610041)

收稿日期:2015-03-30 出版日期:2015-06-25 发布日期:2015-06-25
通讯作者: 帕尔哈提?热西提，硕士，副主任医师，新疆医科大学第一附属医院骨科，新疆维吾尔自治区乌鲁木齐市 830054
作者简介:岳勇，男，1968年生，天津市人，汉族，2008年新疆医科大学毕业，硕士，副主任医师，主要从事脊柱、创伤方面的研究。
基金资助:
克拉玛依市级科研项目(JK2014-9)

Minimally invasive screw and locking plate fixation for ankle fracture based on three-dimensional print model

Yue Yong¹, Abulaiti•Abula², Yang Yong¹, Wang Qiang³, Yilixiati•Alifu¹, Liu Zhi¹, Paerhati•Rexiti², Xu Xiao-xiong², Kang Peng-de⁴

¹Department of Orthopedics, Karamay Municipal People’s Hospital, Karamay 834000, Xinjiang Uygur Autonomous Region, China; ²Department of Orthopedics, First Affiliated Hospital, Xinjiang Medical University, Urumqi 830054, Xinjiang Uygur Autonomous Region, China; ³Department of Orthopedics, Xinjiang Coal Mine Hospital, Urumqi 830054, Xinjiang Uygur Autonomous Region, China; 4Department of Orthopedics, West China Hospital of Sichuan University, Chengdu 610041, Sichuan Province, China)

Received:2015-03-30 Online:2015-06-25 Published:2015-06-25
Contact: Paerhati?Rexiti, Master, Associate chief physician, Department of Orthopedics, First Affiliated Hospital, Xinjiang Medical University, Urumqi 830054, Xinjiang Uygur Autonomous Region, China
About author:Yue Yong, Maser, Associate chief physician, Department of Orthopedics, Karamay Municipal People’s Hospital, Karamay 834000, Xinjiang Uygur Autonomous Region, China
Supported by:
the Karamay Municipal Scientific Research Project, No. JK2014-9

摘要/Abstract

摘要：

背景：如何减少踝关节骨折修复的创伤、减少出血，改进操作技术、提高修复效果对临床医生提出了要求，特别是粉碎性骨折，如何在修复前制定详细的方案，多角度观察骨折的具体情况，根据二维的X射线片或者CT的平扫，建立三维立体图像，对每一位医生提出了挑战。
目的：探讨3-D打印、经皮微创螺钉及锁定钢板置入内固定在踝关节骨折修复中的应用效果。
方法：2012年1月至2014年6月共修复26例踝关节骨折，其中双踝关节骨折9例，三踝骨折12例，三踝骨折涉及胫骨下端PILON骨折5例。行踝关节螺旋CT 扫描，以di.com格式储存，经minics软件处理，转换数据为STL格式，输入3-D打印机，制作出与踝关节骨实体1∶1大小的骨折模型，制定修复方案。出院后每月复查X射线片，观察骨折愈合情况；根据Mazur踝关节功能评分标准评定踝关节功能。
结果与结论：26例均获随访，随访时间为6-12个月。所有患者骨折均愈合，骨折愈合时间4-6个月，平均5.5个月。骨折愈合良好，无血管、神经损伤、无钢板断裂。根据Mazur踝关节功能评分标准评定疗效：优11例，良13例，优良率92%。患者手术时间(64±15) min，术中出血(100±15) mL，切口均一期愈合。提示3-D打印骨折模型的模拟训练和操作对踝关节骨折患者具有损伤小、出血少、操作简单、愈合时间短、功能恢复快的优势，尤适宜粉碎性骨折。

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

关键词: 植入物, 骨植入物, 踝关节骨折, 3-D打印, 微创, 螺钉, 锁定钢板, 骨折愈合

Abstract:

BACKGROUND: Clinical physicians should pay attention on how to reduce ankle fracture healing wounds, reduce bleeding, improve operating technique, and improve repair effect, especially for comminuted fracture. It is necessary to understand how to develop a detailed plan before repair, observe specific circumstances of the fracture from multiple angles, and establish three-dimensional images using two-dimensional X-ray films or CT scan. These raise a challenge for each physician.
OBJECTIVE: To explore the application effect of three-dimensional print, minimally invasive percutaneous screw
and locking plate fixation in the repair of ankle fractures.
METHODS: A total of 26 cases of fracture of ankle joint were treated from January 2012 to June 2014. There were 9 cases of double ankle fracture, 12 cases of three ankle fractures, and 5 cases of three ankle fractures involved PILON fracture on the lower tibia. They received spiral CT scanning on the ankle joint, and stored in the format of di.com. After processing with minics software, data were converted into STL format, and then input into the three-dimensional printer. Thus, models of ankle joint were made at the ratio of 1:1. The repair scheme was made. After discharge, X-ray films were checked every month to observe the healing condition of fractures. According to Mazur ankle score standard, ankle joint function was assessed.
RESULTS AND CONCLUSION: All 26 cases were followed up for 6-12 months. The fractures were healed. The healing time was 4-6 months, averagely 5.5 months. The healing was good, without vascular and nerve damage, or plate breakage. In accordance with the Mazur ankle score standard, there were excellent in 11 cases, good in 13 cases with an excellent and good rate of 92%. The operation time was (64±15) minutes, and intraoperative blood loss was (100±15) mL. The incision was healed in stage one. These findings confirm that the simulation training and operation in fracture models of three-dimensional print have small injuries to patients with ankle fracture. The bleeding was less, the operation was simple, the healing time was short, and the functional recovery was rapid, especially for comminuted fracture.

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: Ankle Joint, Fractures, Bone, Bone Nails, Fracture Healing, Follow-Up Studies

中图分类号:

R318

岳勇，阿不来提•阿不拉，杨勇，王强，伊力夏提•阿里甫，刘智，帕尔哈提•热西提，徐小雄，康鹏德. 在3-D打印模型基础上微创螺钉及锁定钢板置入内固定修复踝关节骨折[J]. 中国组织工程研究, 2015, 19(26): 4247-4252.

Yue Yong, Abulaiti•Abula, Yang Yong, Wang Qiang, Yilixiati•Alifu, Liu Zhi, Paerhati•Rexiti, Xu Xiao-xiong, Kang Peng-de. Minimally invasive screw and locking plate fixation for ankle fracture based on three-dimensional print model[J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2015, 19(26): 4247-4252.

图/表（结果） 1

参考文献

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引言

材料方法

设计：回顾性病例分析。
时间及地点：于2012年1月至2014年6月在新疆维吾尔自治区克拉玛依市人民医院骨科完成。
对象：
诊断标准^[6]：①病史：外伤史。②体检有明确体征：患侧踝关节肿胀、疼痛、活动受限。③辅助检查：踝关节X射线片显示踝关节骨折。
纳入标准：符合踝关节骨折的诊断标准者；不稳定的单踝、双踝、三踝骨折患者；患者对治疗及试验方案知情同意，且得到医院伦理委员会批准。
排除标准：心、肺、肝、肾功能不全，无法耐受手术者；不愿意参加临床试验者；病理性骨折患者。
本组26例患者，男17例，女9例；年龄34-68岁，平均 53.7岁；致伤原因：车祸伤9例，摔伤10例，扭伤4例，高处坠落伤3例；合并桡骨远端骨折骨折2例，髌骨骨折1例，锁骨骨折1例，多发肋骨骨折2例，头部外伤、脑挫裂1例；患者既往有高血压4例，糖尿病3例，肺心病1例，冠心病1例。修复前行正侧位片及3-D打印CT平扫+三维重建，了解骨折移位情况。骨折类型按照AO分型：双踝骨折9例，三踝骨折12例，三踝骨折涉及胫骨下端PILON骨折5例。受伤至手术时间7-15 d，平均8.9 d。采用内、后踝螺钉固定；外踝锁定钢板、胫骨下段内侧锁定钢板等固定(国产锁定钢板)。
材料：本研究中所使用的锁定钢板由常州市华森医疗器械有限公司提供，钢板其材质为TA3纯钛材料组成；锁定螺钉和加压螺钉为TC4钛合金材料制成；均符合GB/T13810标准规定。型号：YSD35/36腓骨远端外侧解剖锁定板；YSD23/24胫骨远端锁定接骨板(图1)。均具有较好的抗氧化性及腐蚀性，能够生物体内的组织和血液中的生化成分相容，材料不被腐蚀且对生物体不产生毒副作用的特性与能力。

方法：
3-D打印模型的准备：修复前行踝关节螺旋CT扫描，层距1 mm，CT的数据以di.com格式储存，经 minics 软件处理、转换成STL数据后，输入3D打印机，制作出与踝关节实体的1∶1大小骨折模型。
修复前准备：①明确骨折的情况：明确骨折的位置、类型、形状、骨折片的数量、骨折线的走行、有无骨的缺损。②制定个性化的修复方案，体外模拟固定方案：根据骨折的具体情况，粉碎性的部位、骨折块的情况，决定复位的方法(纵向牵引、局部的横向的撬拨)；判断骨折块在
手术中的显露情况，骨折块与胫神经、血管的位置关系；钢板的长度和骨折块的关系，预判手术中的困难；临时固定针的位置、针的粗细、数量；选用合适的内固定物(长短、位置、螺钉)，在什么位置采用皮质骨钉或者锁定钉；是否可以采用以骨块复位到解剖钢板的方法来进行复位；术中如何解决踝关节骨块的旋转方向、程度以及复位以后的图像的问题。在手术以前，模拟手术中的复位顺序、固定方案，在模型上完成模拟手术，以检查手术的正确。③个性化的修复前谈话：根据上述的情况，修复以前与患者本人和家属进行详细的谈话，包括修复手术的必要性、如何做手术、固定以后的样子、危险性以及并发症(骨不连、畸形愈合、内固定断裂、植骨的可能、骨折块的缺血坏死等等)。
修复方法：全麻，平卧位，大腿中部上止血带。手法牵引复位。
外踝骨折修复：取外踝及腓骨中段分别2个3 cm的小切口，骨膜外塞入腓骨锁定板，复位，透视良好后，上钉固定；如果复位困难，取外踝纵形切口7-10 c m，切开皮肤、皮下和筋膜，达外踝、腓骨骨膜。牵引、撬拨复位，上锁定钢板固定。
后踝骨折修复，同一外踝切口完成后踝的螺钉固定，完成内踝的螺钉固定，C型臂X射线机确认复位良好后，固定，结束手术。
内踝骨折线延伸前踝骨折修复：取前内侧小切口复位，上螺钉固定，取内踝及胫骨下段分别2个3 cm的小切口，骨膜外塞入锁定板，复位，透视良好后，上钉固定。
特殊的内踝骨折线延伸后踝骨折修复：取俯卧位，取内踝后方纵形切口7-10 cm，切开皮肤、皮下和筋膜，达内踝、胫骨骨膜。牵引、撬拨复位，上胫骨内侧锁定钢板固定。
涉及到踝关节的胫骨下端骨折修复：首先按照上速方法完成外踝和后踝的手术，牵引下，手法复位胫骨骨折，用克氏针、大号复位钳临时固定。在骨折的上下端各做 3 cm的小切口，在骨膜与肌层间剥离，经内踝切口塞入锁定解剖钢板，以钢板作为复位的模板，将骨折块复位至钢板上。另在近端钢板位置纵行切开约3 cm切口，显露近端钢板，先于中间1个螺孔打入1枚皮质骨螺钉加压，将钢板与胫骨拉近，C型臂X射线机透视确定骨折复位、钢板位置良好时，依次打入螺钉，远端3枚，近端4-6枚锁定钉，放置引流，缝合，结束手术。
修复后处理：术后24 h内停止抗感染治疗，术后第2天，患者适度活动患侧膝、踝关节；1周后加强踝关节主动、被动功能锻炼。定期复查X射线片。
指标测定：
骨折愈合标准：骨折大于5个月未愈合者为延迟愈合；骨折大于8个月未愈合者为不愈合。根据骨折临床愈合标准及骨性愈合标准，骨折临床愈合标准及骨性愈合标准骨折愈合过程是一个动态过程，需要定期行X射线检查，结合临床症状，对骨折的修复过程作出正确的判断。
骨折的临床愈合标准^[6]：①局部无压痛，无纵向叩击痛。②局部无异常活动。③X射线片显示骨折线模糊，有连续性骨痂通过骨折线。④在解除外固定情况下，上肢能平举1 kg重物达1 min。⑤连续观察2周骨折处不变形。其中2、4两项的测定必须慎重，以不发生变形或再骨折为原则。
骨折的骨性愈合标准^[6]：①具备临床愈合标准的条件。②X射线片显示骨小梁通过骨折线，骨折线消失。
Mazur(1979)踝关节评价分级系统[7]：根据疼痛、功能、行走距离、扶拐、上山、下山、上楼、下楼、提踵、跑步、背屈、跖屈等方面评分。满分100分，优> 92分，踝关节无肿痛，步态正常，活动自如；良：87-92分，踝关节轻微肿痛，正常步态，活动度可达正常的3/4；可：65-86分，活动时疼痛，活动度仅为正常的1/2，正常步态，需服用非类固醇抗炎药；差：< 65分，行走或静息痛，活动度仅为正常的1/2，跛行，踝关节肿胀。
主要观察指标：修复前、后行X射线片检查，出院后每月复查X射线片，观察骨折愈合情况；根据Mazur踝关节功能评分标准评定踝关节功能。

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

3.1 修复入路 内、外踝骨折切口的选择，一般是直接切开显露，后踝关节骨块的显露常常采用同一外踝后方切口完成后踝的螺钉固定；但是，对于特殊的内踝骨折线延伸后踝的骨折，为了避免切口暴露不良，取内踝后方纵形切口7-10 cm达内踝、胫骨骨膜。可以清晰得到手术的显露，特别是对于有中央骨块塌陷，牵引、撬拨复位，上胫骨内侧锁定钢板固定；内踝、腓骨下段骨折的，也可以在腓骨骨折的上下两端做切口，采用微创钢板置入、固定，然后，再完成内踝的固定；涉及到踝关节的胫骨下端的骨折，完成外踝和后踝的手术后，采用微创锁定钢板治疗胫骨骨折，在骨折的上下端各做3 cm的小切口，经内踝切口塞入锁定解剖钢板，以钢板作为复位的模板，将骨折块复位至钢板上。与常规手术相比，避免了切口大、损伤大、破坏组织多，易于造成骨折不连，手术后恢复时间长的特点，具有微创、损伤小、出血少的特点^[8-32]。

3.2 锁定解剖钢板的应用 间接复位骨折，通过远离骨折部位的微创2个切口^[32]，插入钢板固定骨折，采用生物学固定的原理，尽可能保护骨折端的血供以促进骨折愈合。本组患者均未见胫骨骨不连。需要注意的是，钢板放置的位置，不要太低，本组1例患者的钢板略低于内踝下方，透视时发现，及时调整，恢复正常。打入关节附近锁定螺钉的长度，一般要比测量的长度减少5 mm，同时要与手术前的模拟手术螺钉的长度比较，多个旋转方向的透视，以防止打入关节，固定完成后，要做大范围的踝关节的活动，以观察有无关节的弹跳、撞击、摩擦。
3.3 修复过程中的复位技术和复位要求 踝关节骨折涉及胫骨干骺端的间接复位是手术的重点。修复过程中的切口是看不见胫骨干骺端骨折断端的。首先是对线的复位，手法牵引足部，通过绷紧的软组织的向心压力，使骨折块复位。以骨钩或者小号顶棒在骨折端顶、撬、拨复位；也可以在胫骨的内侧，用消毒的小治疗巾U型套入，向外牵引，以纠正骨折远端外翻畸形；骨折断端的向后成角，可以采用在小腿后方，垫入消毒、叠块的小治疗巾，以抬高局部，纠正成角畸形；骨折局部也可以上大号的复位钳钳夹复位；先大致复位以后，塞入锁定钢板，在远端的3个螺孔中间的螺孔打入皮质骨螺钉，利用螺钉的加压作用复位骨折的远端到钢板上；为了防止伤后组织挛缩、减少手术中的复位困难，建议手术时间距离骨折时间不要超过1周，本组2例患者因为合并伤，待其他伤情恢复后再手术，距离受伤时间分别为14，15 d，修复过程中软组织挛缩、复位极为困难，复位后的位置均不太理想。

3.4 修复前的3-D打印模型 对于医生，希望明确骨折的详细情况，由二维图像转换为三维的模型，直观的展现在眼前^{[30-31，33-40]}。

本组中原先由图像设计的修复方案前内、后外侧切口改为后内、前外切口1例；踝关节中央塌陷的骨块的复位，采用前侧入路显露，更改为后内侧入路2例；为了复位中央骨块，必须翻转前侧或者后侧的骨折块，显露出中央骨折块，直视下复位，确保关节面的平整，改变了原有的修复方案(仅复位外部的骨折块，用透视的方法来判断骨块的复位)1例；骨质缺损过大、有可能需要植骨的改为肯定植骨2例；复位方法、复位程序、临时固定针的位置和最终固定预期的效果，螺钉的长度可以在修复术前知道，螺钉的种类，由原先的设计后踝螺钉的空心钉改为普通松质骨螺钉，减少费用约5 000元；无钢板的塑形，减少手术中的时间，把钢板作为复位的标尺，将骨折块向钢板上复位，而不再是骨折块之间的复位，然后再上钢板，这是复位方式的改变；通过修复术前的模拟训练，操作难易程度的把握，加强了操作技巧的训练，人员之间的配合，可以使医生迅速取得修复经验，避免医源性差错，提高了手术的精度，加强了安全性，加快了人员的技术培养对于患者来讲，修复术前的模型可使患者充分了解修复治疗的必要性、治疗方案、固定方式、疾病预后以及修复后的康复计划，增加医患之间的配合。

综上所述，微创入路、锁定解剖钢板的生物学固定、3-D打印模型的模拟训练和操作，发挥以上三方面的优势修复踝关节骨折，具有损伤小、出血少、操作简单、手术时间短、骨折愈合时间短、功能恢复快的优势，特别是对于粉碎性骨折。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

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本文评价

[1]	胡凯, 乔晓红, 张永红, 王栋, 秦泗河. 空心螺钉和钢板内固定修复移位型跟骨关节内骨折：基于15篇随机对照试验的Meta分析[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(9): 1465-1470.
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[3]	姚汝斌, 王仕永, 杨开舜. 微创经椎间孔椎间融合治疗单节段腰椎管狭窄症对腰椎-骨盆平衡的改善作用[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(9): 1387-1392.
[4]	侯广原, 张继学, 张志军, 孟祥晖, 段文, 高维陆. 骨水泥强化椎弓根螺钉内固定治疗伴骨质疏松腰椎退行性疾病的1年随访[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(6): 878-883.
[5]	杨卫强, 丁童, 杨卫可, 蒋振刚. 组合式可变应力接骨板内固定干预山羊股骨骨折断端的骨组织细胞功能及骨密度变化[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(6): 890-894.
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[11]	李兴平, 肖东琴, 赵桥, 陈硕, 白亦光, 刘康, 冯刚, 段可. 钛表面载铜抗菌功能膜的制备及性能[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(4): 553-557.
[12]	聂少波, 李建涛, 孙基恩, 赵喆, 赵燕鹏, 张里程, 唐佩福. 内侧支撑髓内钉置入支撑治疗严重骨质疏松性股骨转子间骨折的力学稳定性[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(3): 329-333.
[13]	陈路, 张建光, 邓长弓, 严才平, 张伟, 张袁. 锁定螺钉辅助髋臼杯不同固定方式的有限元分析[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(3): 356-361.
[14]	成世高, 王万春, 蒋栋, 李腾飞, 李洵, 任炼. 标准柄与加长柄骨水泥型假体置换治疗高龄转子间骨折的比较[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(3): 362-367.
[15]	吕泽祥, 吴居泰, 蒋健, 冯骁, 李腾飞, 王业华. 氨甲环酸联合卡络磺钠干预全膝关节置换的失血及安全性[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(3): 386-390.