3D打印截骨導(dǎo)板輔助股骨內(nèi)側(cè)髁上閉合楔形截骨治療膝外翻

王斌，韓守江，張合，張昭軍，高小康，李江濤

(華北醫(yī)療集團(tuán)峰峰總院邯鄲院區(qū)骨三科，河北 邯鄲 056002)

膝關(guān)節(jié)內(nèi)外翻畸形均會(huì)導(dǎo)致膝關(guān)節(jié)軟骨受力不均，長(zhǎng)期磨損導(dǎo)致的軟骨缺損也會(huì)增加內(nèi)外翻程度，形成惡性循環(huán)，從而加快膝關(guān)節(jié)炎的發(fā)生。相對(duì)外翻畸形，膝關(guān)節(jié)內(nèi)翻畸形臨床更為常見。當(dāng)下國(guó)內(nèi)流行3D打印截骨導(dǎo)板用于脛骨高位開放截骨治療膝內(nèi)翻，同樣也可應(yīng)用于股骨內(nèi)側(cè)髁上閉合楔形截骨，將下肢力線從外側(cè)間室恢復(fù)到膝關(guān)節(jié)中心或與健側(cè)肢體相同[1]，從而預(yù)防骨關(guān)節(jié)炎的作用。本文選取2017年2月至2019年5月，華北醫(yī)療集團(tuán)峰峰總院邯鄲院區(qū)膝外翻行3D打印截骨導(dǎo)板輔助下股骨內(nèi)側(cè)髁上閉合楔形截骨的16例患者資料，結(jié)果矯正滿意，療效可靠，現(xiàn)報(bào)告如下。

1 資料與方法

1.1 臨床資料 本研究包括膝外翻患者16例，男性10例，女性6例；年齡18～34歲，平均25.25歲。膝外翻原因：5例兒童期外傷手術(shù)后，3例外傷及石膏固定術(shù)后，2例疑似外傷未曾治療，6例無明顯外傷病史。入選標(biāo)準(zhǔn)：a)單膝關(guān)節(jié)外翻畸形，且健側(cè)無明顯外傷或手術(shù)病史；b)患膝關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)間室無關(guān)節(jié)炎表現(xiàn)及癥狀，和或外側(cè)間室輕度骨關(guān)節(jié)炎表現(xiàn)及癥狀(根據(jù)Kellgren-Lawrence分級(jí)<Ⅱ級(jí))；c)患膝無韌帶重建及半月板手術(shù)病史，同時(shí)患側(cè)髖踝關(guān)節(jié)無畸形及手術(shù)病史。排除3例，1例女性患者術(shù)中截骨+外側(cè)盤狀半月板切除，2例男性患者股骨脛骨同時(shí)截骨，糾正外翻畸形。本研究已獲得華北醫(yī)療峰峰總醫(yī)院倫理委員會(huì)批準(zhǔn)(201702)，所有患者均知情同意并簽署知情同意書。

1.2 目標(biāo)力線及3D截骨導(dǎo)板制作

1.2.1 術(shù)前目標(biāo)力線及截骨角度設(shè)計(jì) a)患膝無關(guān)節(jié)炎表現(xiàn)，或患膝內(nèi)側(cè)平臺(tái)X線片有骨關(guān)節(jié)炎表現(xiàn)則將其力線設(shè)計(jì)為50%；b)如果患側(cè)膝關(guān)節(jié)外側(cè)平臺(tái)X線片有骨關(guān)節(jié)炎表現(xiàn)，則將其力線設(shè)計(jì)為45%。(本文參考國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)將最內(nèi)側(cè)脛骨平臺(tái)設(shè)定為0%，最外側(cè)脛骨平臺(tái)為100%)；c)依據(jù)Miniaci測(cè)量法[2]：測(cè)量患膝關(guān)節(jié)力線及各個(gè)角度，明確患膝外翻原因?yàn)閙LDFA<85°。于股骨髁外上側(cè)皮質(zhì)選取合頁點(diǎn)，測(cè)量合頁點(diǎn)到髖關(guān)節(jié)中心點(diǎn)的線段長(zhǎng)度，以合頁點(diǎn)為圓心，以該線段為半徑旋轉(zhuǎn)，與設(shè)計(jì)目標(biāo)力線相交后所旋轉(zhuǎn)的角度即截骨角度。

1.2.2 定制截骨導(dǎo)板 術(shù)前患者進(jìn)行雙源CT(電壓為120 kV，電流為209.3 mAs)掃描，掃描層厚1 mm，層間隔2 mm。將掃描的數(shù)據(jù)以DICOM格式保存，將數(shù)據(jù)導(dǎo)入Mimics10.0建模軟件，重建出膝關(guān)節(jié)的三維模型，定做3D截骨導(dǎo)板，配套使用股骨遠(yuǎn)端內(nèi)側(cè)截骨鋼板(鋼板型號(hào)0502-0000-06)，鎖定螺釘直徑5 mm(見圖1～2)。

圖1 定制的3D截骨導(dǎo)板 圖2 配套的股骨內(nèi)側(cè)截骨鋼板

1.3 手術(shù)方法 患者使用腰麻+硬膜外麻醉，患肢捆扎止血帶，下肢碘酒酒精消毒皮膚，鋪無菌手術(shù)巾單。術(shù)中取大腿遠(yuǎn)端內(nèi)側(cè)入路，切開皮膚、深筋膜，鈍性分離股內(nèi)側(cè)肌和大收肌之間的間隙，暴露股骨遠(yuǎn)端及股骨內(nèi)髁。鈍性分離股骨后側(cè)肌群，插入肌肉擋板，術(shù)中充分暴露股骨內(nèi)側(cè)髁部分，將3D打印截骨模板在股骨內(nèi)側(cè)髁滑動(dòng)，使模板位于股骨最貼合處或勢(shì)能最低、最穩(wěn)定處。僅鉆入截骨導(dǎo)向槽遠(yuǎn)側(cè)截骨面定位克氏針，觸摸解剖標(biāo)志，使克氏針滿足以下要求：冠狀面，髕骨上極水平與克氏針進(jìn)針點(diǎn)水平高度差約2 cm。矢狀面，內(nèi)側(cè)股骨髁最遠(yuǎn)端與克氏針進(jìn)針點(diǎn)高度約5 cm。術(shù)中透視見：克氏針標(biāo)定截骨平面，使截骨線起自股骨遠(yuǎn)端內(nèi)側(cè)的髁上區(qū)域，向遠(yuǎn)端外側(cè)斜行，與關(guān)節(jié)線約成20°夾角，經(jīng)過髕骨滑車軟骨近端約1cm的距離，止于股骨外側(cè)髁上緣[3]，然后鉆入其他克氏針固定截骨導(dǎo)板。擺據(jù)通過3D截骨板導(dǎo)向槽截?cái)喙晒牵Ａ艏s1 cm合頁，取出楔形骨塊后閉合股骨，克氏針由遠(yuǎn)端股骨髁向股骨近端臨時(shí)固定，取下截骨導(dǎo)板，將配套的截骨鋼板放置合適位置，依次鉆孔、測(cè)深，擰入合適螺釘，將楔形骨塊修剪成骨顆粒，予股骨后側(cè)植骨。留置引流管1根，依次逐層縫合傷口，棉墊及彈力繃帶加壓包扎。

1.4 術(shù)后處理 術(shù)后6 h后，即開始功能鍛煉，引流管24～48 h后拔出。同時(shí)下肢足底氣壓反射治療及低分子肝素治療，防止血栓。24 h后可扶雙拐下地活動(dòng)，持續(xù)10～12周，同時(shí)行X線檢查，觀察骨折愈合情況。

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理 使用SPSS 18.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。使用配對(duì)t檢驗(yàn)對(duì)術(shù)前和術(shù)后的下肢力線比率(weight bearing lineratio，WBLR)、股脛角(femorotibial angle，F(xiàn)TA)、股骨外側(cè)機(jī)械軸角(mechanical lateral distal femoral angle，mLDFA)和美國(guó)特種外科醫(yī)院(the hospital special surgery，HSS)膝關(guān)節(jié)評(píng)分進(jìn)行比較。P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié) 果

2.1 一般情況 患者獲得5～22個(gè)月隨訪。術(shù)后12～14 d均一期愈合，順利拆線出院，關(guān)節(jié)活動(dòng)范圍0°～120°。3個(gè)月時(shí)，1例愈合不良，6個(gè)月后時(shí)延遲愈合，其他12例截骨均取得臨床愈合，棄拐行走。

2.2 術(shù)后測(cè)量及評(píng)價(jià) WBLR：最內(nèi)側(cè)脛骨平臺(tái)至外側(cè)脛骨平臺(tái)，平均分成100份，內(nèi)側(cè)起始0%，最外側(cè)結(jié)束100%，超出脛骨平臺(tái)外側(cè)則大于100%?；颊咝g(shù)前WBLR均值83.5%(75%～114%)，術(shù)后均值48.5%(45.8%～49.7%)，平均改善35%(25.3%～68.2%)。FTA：股骨解剖軸與脛骨解剖軸之間的夾角，正常為173°～175°。本組患者術(shù)前FTA均值161.2°(155°～168°)，術(shù)后均值175.4°(170°～178.2°)，平均改善13.4°(9°～15°)。mLDFA：股骨機(jī)械軸與股骨關(guān)節(jié)面的外側(cè)夾角，正常值為85°～90°。本組患者術(shù)前mLDFA均值76.2°(67°～78°)，術(shù)后均值88.7°(85.2°～91.5°)，平均改善12.6°(7.2°～24.5°)。術(shù)前、術(shù)后各項(xiàng)數(shù)值比較，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。13例患者中6例合頁斷裂，其中5例術(shù)中見合頁斷裂，術(shù)后扶雙拐2周內(nèi)復(fù)查；有1例患者術(shù)后出現(xiàn)合頁斷裂。HSS膝關(guān)節(jié)功能評(píng)分從術(shù)前90.6分(76～97分)改善至術(shù)后94.6分(88～99分)，但差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。13膝中12例3個(gè)月時(shí)骨折愈合，1例膝6個(gè)月后延遲愈合，均無感染等其他并發(fā)癥。

表1 術(shù)前術(shù)后各項(xiàng)數(shù)值比較

典型病例為一23歲男性患者，因下肢外觀畸形需要手術(shù)改善入院。術(shù)前診斷：右膝外翻畸形(股骨遠(yuǎn)端外翻畸形)；右膝習(xí)慣性髕骨脫位。患者因經(jīng)濟(jì)條件所限，要求僅行3D打印截骨導(dǎo)板股骨遠(yuǎn)端閉合截骨，矯正外翻畸形。術(shù)后患者滿意度高，3個(gè)月復(fù)查時(shí)截骨端愈合良好(見圖3～11)。

圖3 術(shù)前mLDFA及FTA測(cè)量示意 圖4 根據(jù)Miniaci法測(cè)量截骨矯正角度 圖5 截骨效果模擬圖

圖6 克氏針標(biāo)定截骨平面位置，固定截骨模板 圖7 截骨完成后，克氏針臨時(shí)固定 圖8 去除導(dǎo)板，鋼板固定截骨端

圖9 矯形前外側(cè)骨皮質(zhì)壓力為壓應(yīng)力 圖10 矯形后外側(cè)骨皮質(zhì)壓力為張應(yīng)力

圖11 術(shù)后3個(gè)月復(fù)查X線片示截骨端愈合良好

3 討 論

3.1 精準(zhǔn)度滿意 膝關(guān)節(jié)外翻畸形矯正范圍與膝關(guān)節(jié)內(nèi)翻比較，無國(guó)際公認(rèn)的截骨標(biāo)準(zhǔn)。但明確的是當(dāng)膝關(guān)節(jié)力線位于膝關(guān)節(jié)中心時(shí)，大部分壓力就已經(jīng)轉(zhuǎn)移到內(nèi)側(cè)關(guān)節(jié)間隙。只有當(dāng)外側(cè)關(guān)節(jié)間隙有關(guān)節(jié)炎表現(xiàn)時(shí)才會(huì)考慮增加力線內(nèi)移，認(rèn)同度較高的標(biāo)準(zhǔn)為45%。同時(shí)膝外翻患者主要為青壯年人群，就診的主要目的為改善跛行步態(tài)，改善下肢外觀，預(yù)防關(guān)節(jié)炎，解決運(yùn)動(dòng)后輕度疼痛。所以術(shù)后將下肢力線調(diào)整到45%～50%，對(duì)提高患者滿意度同時(shí)改善疼痛癥狀來說是明智的選擇[3]。過度矯正防止外側(cè)關(guān)節(jié)炎沒有必要，矯正不足則大大降低患者滿意率，5%的力線滿意空間對(duì)手術(shù)精度提出了更高的要求。我科以往開展術(shù)中徒手截骨，術(shù)前雖有測(cè)量，但在術(shù)中截骨完成以及閉合截骨面，透視髖膝踝關(guān)節(jié)中心時(shí)，發(fā)現(xiàn)力線矯正不足，則需要再次增加截骨量，這很容易導(dǎo)致截骨量過多，反而增加出現(xiàn)過度矯正風(fēng)險(xiǎn)[4]。3D打印技術(shù)，術(shù)前完成設(shè)計(jì)，制作成3D模板，安放膝關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)正確位置后，依據(jù)設(shè)計(jì)好的卡槽截骨，保證兩刀就可達(dá)到術(shù)前設(shè)計(jì)角度，避免“第三刀”，從根本上減少過度矯正的風(fēng)險(xiǎn)，更加容易使術(shù)后力線位于5%的滿意空間。陳國(guó)仙等[5]指出，3D打印技術(shù)制備的截骨導(dǎo)航模板可以輔助股骨遠(yuǎn)端截骨術(shù)(distal femur osteotomy，DFO)術(shù)中截骨，避免多次截骨，減少截骨周圍組織損傷，提高精度同時(shí)減少合頁損傷概率。本研究病例的WBLR由術(shù)前75%～114%，進(jìn)入術(shù)后45.8%～49.7%滿意空間，手術(shù)效果理想。

3.2 合頁斷裂 本組13例患者中有6例合頁斷裂，其中5例術(shù)中見合頁斷裂，術(shù)后扶雙拐2周內(nèi)復(fù)查；有1例患者術(shù)后出現(xiàn)合頁斷裂。合頁斷裂分析：a)應(yīng)力改變?；枷LDFA大于正常值，根據(jù)力學(xué)分析，股骨遠(yuǎn)端外側(cè)皮質(zhì)受到的應(yīng)為“壓應(yīng)力”，此處骨小梁等顯微結(jié)構(gòu)塑形必然適應(yīng)壓應(yīng)力[6]。當(dāng)進(jìn)行楔形截骨以及閉合截骨端，mLDFA恢復(fù)正常值后，骨遠(yuǎn)端外側(cè)皮質(zhì)合頁受到張應(yīng)力。應(yīng)力方向急劇改變以及顯微骨小梁結(jié)構(gòu)的不適張應(yīng)力可能是合頁斷裂的主要力學(xué)及生理原因。b)合頁損傷。相比較開放性截骨，閉合截骨需要2刀，同時(shí)使用骨鑿去除截骨間隙內(nèi)殘留骨質(zhì)，防止截骨端閉合不全時(shí)，導(dǎo)致糾正不足。雖有保留1 cm厚合頁，但骨鑿使用增加合頁斷裂風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)無法完全清理的截骨殘?jiān)蚪毓菙嗝姘纪共徽?，在閉合截骨面時(shí)形成支點(diǎn)，產(chǎn)生“蹺蹺板效應(yīng)”導(dǎo)致合頁斷裂。相比較“一刀流”的開放截骨，即使應(yīng)用精確的3D模板引導(dǎo)，閉合截骨這種缺陷也無法避免[7-8]。Nha等[9]在股骨遠(yuǎn)端閉合截骨治療髕骨脫位的研究中發(fā)現(xiàn)，合頁斷裂概率較高。Forkel等[10]通過對(duì)32例中青年膝關(guān)節(jié)外翻患者行股骨遠(yuǎn)端內(nèi)側(cè)閉合楔形截骨術(shù)，并使用鋼板內(nèi)固定，平均隨訪3.5年，主要并發(fā)癥為外側(cè)合頁皮質(zhì)骨折，但并不影響截骨愈合。同樣對(duì)比脛骨高位閉合及開放截骨，也存在此問題，Sun等[11]在脛骨高位開放性及閉合性截骨治療膝內(nèi)翻研究中指出，脛骨閉合截骨導(dǎo)致合頁斷裂的概率升高明顯[12]。因此，閉合截骨可能是導(dǎo)致合頁斷裂的重要原因，但并不影響骨愈合率。我們對(duì)此進(jìn)行了改進(jìn)：a)提高手術(shù)操作技巧，取1.5 mm克氏針于外側(cè)合頁鉆孔、減張，緩慢折疊合頁等；b)增加合頁寬度(可能導(dǎo)致截骨精度下降)；c)減少截骨閉合角度(可能會(huì)限制矯正范圍)，應(yīng)對(duì)保護(hù)合頁有所幫助。張永強(qiáng)等[13]采用股骨遠(yuǎn)端內(nèi)側(cè)閉合截骨術(shù)治療15例膝關(guān)節(jié)外側(cè)間室骨關(guān)節(jié)炎，截骨端采用股骨遠(yuǎn)端鎖定接骨板固定，15例均獲得2年以上隨訪，術(shù)后3個(gè)月14例截骨處骨性愈合，1例因術(shù)中截骨合頁處骨皮質(zhì)斷裂而延遲至術(shù)后6個(gè)月愈合，這說明我科截骨治療水平仍有很大提升空間。

3.3 愈合率 本組患者共13例，12例3個(gè)月時(shí)愈合，1例出現(xiàn)延遲愈合，第6個(gè)月時(shí)愈合。閉合截骨相對(duì)開放截骨的優(yōu)勢(shì)就是截骨面的完全對(duì)合以及骨折端的應(yīng)力傳導(dǎo)，這些都可提高骨折愈合概率。但筆者個(gè)人認(rèn)為，閉合截骨的最大優(yōu)勢(shì)為：必然植骨。所謂必然植骨，是醫(yī)師將截骨完成后產(chǎn)生的楔形骨塊修剪成骨顆粒，在截骨平面植入自體骨，這也極大地促進(jìn)了骨折愈合。相比較開放性截骨，沒有剩余骨產(chǎn)生，要想植骨必然產(chǎn)生費(fèi)用，所以開放截骨間隙一般大于15 mm才進(jìn)行植骨[14]，即便植入同種異體骨，也勢(shì)必會(huì)影響截骨面的愈合時(shí)間及愈合概率。黃德勇等[15]對(duì)57例膝內(nèi)側(cè)閉合截骨，末次隨訪時(shí)截骨愈合良好，2膝在術(shù)后6個(gè)月隨訪時(shí)存在延遲愈合。鄧翔天等[16]24例股骨內(nèi)髁截骨均一期愈合，這也充分佐證閉合截骨愈合率高的普遍性。同時(shí)不可忽略的重要因素為膝外翻患者多為青壯年，骨愈合能力相對(duì)較強(qiáng)，張豐經(jīng)等[17]股骨遠(yuǎn)端外側(cè)開放楔形截骨與內(nèi)側(cè)閉合楔形截骨治療膝外翻的療效比較中，50例均為中青年患者，同時(shí)得出結(jié)論：股骨遠(yuǎn)端外側(cè)開放楔形截骨術(shù)與內(nèi)側(cè)閉合楔形截骨術(shù)矯正膝關(guān)節(jié)外翻畸形均可取得較理想的治療效果，內(nèi)側(cè)閉合楔形截骨骨折愈合較快，但外側(cè)開放楔形截骨術(shù)骨量丟失少。閉合性截骨手術(shù)本身以及膝外翻患者年輕化，使得術(shù)后骨折愈合率較高，3D打印截骨模板并未起到明顯作用。

3.4 關(guān)節(jié)評(píng)分及滿意度調(diào)查 因本組患者均為年青患者，術(shù)前膝關(guān)節(jié)評(píng)分普遍偏高，無明顯功能受限，也無明顯疼痛，僅運(yùn)動(dòng)后輕度疼痛不適。HSS膝關(guān)節(jié)功能評(píng)分從術(shù)前平均90.6分改善至術(shù)后平均94.6分，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。同樣Saragaglia等[18]對(duì)于42例患者行股骨遠(yuǎn)端閉合楔形截骨并予以鋼板固定，術(shù)后22例患者感到滿意，18例患者感覺非常滿意，術(shù)后優(yōu)良率高達(dá)95.2%。雖然3D打印制作需要額外費(fèi)用，但患者能看到清晰的手術(shù)計(jì)劃及定制化的3D截骨導(dǎo)板時(shí)，滿意度就已經(jīng)開始提升，尤其術(shù)后當(dāng)患者看到下肢外觀明顯改變時(shí)，主觀滿意度達(dá)到最高。

于強(qiáng)等[19]指出盡管利用3D打印技術(shù)能夠更精準(zhǔn)地輔助手術(shù)、縮短手術(shù)時(shí)間，取得良好效果，但3D打印技術(shù)也有其自身的缺陷，限制了其廣泛應(yīng)用。3D打印流程較為復(fù)雜，包括鋪撒粉末、單層印刷、活塞下降、往復(fù)運(yùn)動(dòng)和印刷形成5個(gè)階段，在一定程度上增加了治療時(shí)間及醫(yī)療成本。

本文存在不足：a)無系統(tǒng)回顧性研究。我科在3D熱潮興起前，曾開展徒手閉合截骨，但數(shù)量較少，無法形成有說服力的對(duì)比研究。b)例數(shù)較少，膝外翻患者數(shù)量遠(yuǎn)少于關(guān)節(jié)炎內(nèi)翻患者，同時(shí)因患者下肢疼痛癥狀輕，手術(shù)治療決心不強(qiáng)烈，仍需積攢病例，觀察臨床療效。c)隨訪時(shí)間較短?；颊呔驮\目的多為外觀因素，短期內(nèi)患者滿意度度高。Chahla等[20]在系統(tǒng)回顧股骨遠(yuǎn)端開放及閉合截骨治療外翻膝伴關(guān)節(jié)炎患者滿意率中指出，隨著手術(shù)后時(shí)間延長(zhǎng)，截骨生存率下降，其中一項(xiàng)研究報(bào)告6.5年的生存率為100%，而另一項(xiàng)研究報(bào)告20年的生存率為21.5%。開放和閉合楔形治療伴有外翻畸形及骨關(guān)節(jié)炎患者10年隨訪的平均生存率為80%?？梢悦鞔_的是，對(duì)于年輕的膝外翻患者，即使伴有骨關(guān)節(jié)炎，截骨術(shù)雖然不是終極治療，但在防止關(guān)節(jié)早期退變的進(jìn)程中有著積極作用。因此，隨著未來有必要對(duì)文中涉及的3D截骨和固定方法進(jìn)行長(zhǎng)期前瞻性的對(duì)比研究，明確3D技術(shù)價(jià)值所在。