3D打印技术辅助儿童复杂性扁平足手术临床应用

　　【关键词】扁平足；快速成型；3D打印

　　扁平足习惯上是指足部正常的内侧纵弓塌陷或丧失，同时伴有足跟外翻、距下关节脱位等畸形，若在非负重时内例纵弓就明显低平则为僵硬性扁平足。近年来随着计算机辅助技术和3D打印技术在骨科的临床应用，通过逆向工程技术和3D扣印技术重建出三维足踝畸形模型可准确反映复杂性扁平足的结构特点。我科从2011年7月至2013年10月采用3D打印技术辅助治疗儿童复杂性扁平足手术11例，取得了满意疗效，为手术治疗提供种新的思路和方法。

　　1资料和方法

　　1.1临床资料本组11例，男6例，女5例，年龄3-12岁。左足4例，右足3例，烈足4例。其中2例合并轻度神绎肌肉源性疾病，脑型瘫痪1例，脊髓灰质炎后遗症1例，脊髓脊膜膨出1例。所有患儿下肢肌力均在IV级以上，均因足部疼痛而行走困难，保守治疗无效。患儿均行站立负重位的足正侧位x线片检查及足踝部CT扫描。

　　1.2三维重建和模型制作设备采用西门子公司双源64排螺旋CT进行足踝部轴向断层连续无间隔扫描。扫描条件电压120kV，电流19750mAs，层厚0699mm，扫描矩阵为51.2×51.2，数据结果以DICOM格式数据文件存储。将数据导人到三维重建软件Mimics14.11中，选择无损压缩模式，确定图像的空间方位，完成数据导入，采用阈值分割和区域增长技术重建骨骼和软组织模型，再利用模拟（ Simulation）模块中镜像（Mirror）和布尔运算（Boolean）等功能生成三维模型，以STL文件输出（见图1）。

　　将存储的STL文件，输入到将存储的STL文件，输入到Spectrum ZTM 510快速成型机。该快速成型系统采用三维喷胶打印技术（ 3DP），利用粉末逐层堆积出所需模型，能够进行多种颜色和规格的快速打印。快速成型部件的后处理主要包括部件除粉和部件固化。模型打印完成后，需要一定时间来硬化，一般须在打印机内至少放置2小时左右后再将模型取出。将模型放人数显式电烤箱内烘烤，加强其坚强度，烤箱目标温度设置为92℃，时间设置为2小时，烘烤结束后，放置通风干燥处冷却，实体扁平足模型制作完毕（见图2）。

　　根据扁平足RP模型明确畸形的部位和特点，决定手术方法，同时术前可利用3D打印模型让患儿家属直观了解畸形程度及手术风险，有利于医患交流。

　　1.3手术方法的刹定与模拟麻醉成功后，仰卧位，消毒铺巾。于足外侧跟骰关节处作一横切口，将腓骨长短肌腱牵向跖侧，在跟骰关节近段10-15mm作一与跟骰关节平行的截骨，撑开截骨面后，使前足和跟骨外翻得以矫正，形成正常足弓，术中透视证实距舟和距下关节恢复了正常的解剖力线，用1-2根克氏针固定髂骨块，缝合伤口。其中4例行跟骨外侧延长截骨后，患足不能背屈至中立位，I期行跟

　　腱Z形延长术，使足能够背屈10°。通过3D打印实体扁平足模型，进行术前手术模拟及评估畸形矫正效果。

　　2结果

　　本组所有患儿均获随访，随访时间术后16-26个月（平均20个月），根据三维重建图像及实体扁平足模型，11倒均获得良好矫正，所有患儿术中所见与术前数字化三维重建模型和3D打印模型的畸形结构变化一致。术前的模拟手术使手术时间明显缩短，减少了术中失血。手

　　术疗效：优8足，良2足，中1足。跟骨倾斜度由术前（ 9.5+-2.0）°增加到（ 21.6+-1.8）°；距骨水平角由（ 30.2+-4.5）°减少到（ 16.9+-4.3）°；距骨第一跖骨角由（ 226+-31）°减少到（ 27+-3.8）°。

　　3讨论

　　扁平足以足弓低平或塌陷为特点并伴有前足外展和足跟外翻，是一种小儿常见的足部畸形，其治疗方法常以非手术为主，对于疼痛严重、保守治疗无效的患儿需要手术矫正。扁平足手术治疗的方法很多，大致可分为软组织手术和骨性手术两大类。3D打印技术的出现与发展为现代骨科手术提供了新的思路和解决途径，根据CT数据重建的三维实体模型可以直观、深入地观察手术部位结构特点，并对手术区的结构进行数字化分析，三维立体解剖结构可从任意角度、任意方向上观察。同时模拟手术的定位与操作。这样不仅可以提高骨科手术的精确度，且可提高手术实施的安全性，本研究首次利用数字化技术重建了儿童复杂扁平足的虚拟可视模型，与传统的×线、CT图像比较，能够从多个角度、多个层面进行扁平足畸形的观察并进行术前手术模拟。

　　近年来3D打印技术通过与螺旋CT等三维图像重建功能相结合，目前在骨学领域已府用于复杂创伤、脊柱外科和关节外科等，重建出多种数字化模型，尸设计出椎弓根、髋臼等手术导航模板，初步显示出其在临床、教学工作中良好的应用前景。通过

　　3D打印技术制作出与实体1：1等大的复杂性扁平足模犁，可前瞻性确定理想手术效果与实际操作中的差距，并将术前患儿的畸形情况通过模型与患儿家属进行沟通，不仅用于术前规划和模拟手术，还可制定最佳手术方案。同时可视化的3D打印模型是年轻医师重要的学习工具，在年轻医生执行复杂的矫形手术时，可缩短年轻医师的学习曲线。

　　目前数字化技术的基础研究和临床应用仍属于持续发展的技术革命的起步阶段，3D打印模型能精确显示各部位解剖结构的空间关系和足踝的三维立体形态，特别是对于复杂性扁平足畸形，在制定手术方案方面可缩短手术时司，减少术中出血量和提高手术效率，能全面、直观、精确地显示复杂性扁平足各部位解剖结构的空间关系，对于扁平足的手术治疗有很强的临床指导作用，使手术更精确，值得在临床方面推广应用。