基于CT數(shù)據(jù)六軸數(shù)字化骨科外固定架在膝關(guān)節(jié)復(fù)雜畸形中的臨床應(yīng)用

王學(xué)，喬鋒，劉曙光

(1.陜西中醫(yī)藥大學(xué)，陜西 咸陽(yáng) 712000；2.西安交通大學(xué)附屬西安市紅會(huì)醫(yī)院中西醫(yī)結(jié)合骨科，陜西 西安 710068)

膝關(guān)節(jié)為負(fù)重關(guān)節(jié)，下肢畸形造成力線不正，使得關(guān)節(jié)負(fù)重不平衡，引起膝關(guān)節(jié)局部疼痛不適，甚至關(guān)節(jié)過度磨損。佝僂病、Blount病、多發(fā)性骨軟骨瘤、骨折畸形愈合及其他原因?qū)е碌南轮瓮嵌嗥矫妗⒍喾N畸形合并存在，如Blount病的脛骨內(nèi)翻、股骨外翻并伴有脛骨短縮畸形，佝僂病會(huì)導(dǎo)致脛骨內(nèi)翻、股骨內(nèi)翻伴有小腿內(nèi)旋畸形。關(guān)節(jié)畸形較明顯患者需盡早矯正力線。內(nèi)固定矯正具有操作簡(jiǎn)單、術(shù)后護(hù)理方便、對(duì)關(guān)節(jié)干擾較小等優(yōu)點(diǎn)；缺點(diǎn)是無(wú)法矯正復(fù)雜多平面畸形，或者伴有肢體短縮畸形，當(dāng)畸形嚴(yán)重時(shí)若術(shù)中即時(shí)矯正會(huì)有血管神經(jīng)損傷和術(shù)后骨不愈合的風(fēng)險(xiǎn)，術(shù)后發(fā)現(xiàn)力線不滿意時(shí)只能通過再次手術(shù)矯正。外固定架矯正具有創(chuàng)傷小、軟組織破壞少、愈合快等優(yōu)點(diǎn)，尤其適合畸形較大，或伴有肢體短縮畸形或復(fù)雜多平面畸形同時(shí)存在時(shí)，可以通過術(shù)后緩慢矯正，減少對(duì)神經(jīng)血管皮膚等的張力；缺點(diǎn)是對(duì)工作生活影響大于內(nèi)固定[1-3]。

泰勒空間支架(taylor spatial frame，TSF)，簡(jiǎn)稱泰勒架，基于Stewart平臺(tái)，是一種骨科機(jī)器人，可以利用計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行骨折復(fù)位和畸形矯正，被稱為全世界最先進(jìn)的骨科外固定架，但復(fù)位精度不高、固定不牢靠、操作繁瑣、學(xué)習(xí)曲線長(zhǎng)等缺點(diǎn)限制其臨床應(yīng)用推廣[4-5]?；谝陨犀F(xiàn)狀，西安市紅會(huì)醫(yī)院自主研發(fā)一種基于CT數(shù)據(jù)六軸數(shù)字化骨科外固定架(Q spatial frame，QSF)，其結(jié)構(gòu)與泰勒架類似，由遠(yuǎn)、近端2個(gè)環(huán)和6根連接桿組成，通過調(diào)節(jié)6根連接桿的長(zhǎng)度對(duì)畸形處進(jìn)行三維六度空間上的矯正(見圖1)。其配套軟件基于CT數(shù)據(jù)，而且通過對(duì)連接桿的結(jié)構(gòu)優(yōu)化，所以在復(fù)位精度、固定效果、學(xué)習(xí)曲線、術(shù)中操作和術(shù)后繁瑣程度等方面，均明顯優(yōu)于泰勒架。2018年5月至2019年10月西安市紅會(huì)醫(yī)院中西醫(yī)結(jié)合骨科利用QSF治療膝關(guān)節(jié)復(fù)雜畸形患者8例，均取得良好療效，現(xiàn)報(bào)告如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料 納入標(biāo)準(zhǔn)：(1)18歲<年齡≤65歲；(2)脛骨近端內(nèi)側(cè)角≤80°，或多平面復(fù)雜畸形，或伴有肢體短縮≥2 cm；(3)膝關(guān)節(jié)關(guān)節(jié)穩(wěn)定性可，且肌力不小于Ⅵ級(jí)；(4)因皮膚條件等問題不適合使用內(nèi)固定治療；(5)配合治療并完成隨訪。排除標(biāo)準(zhǔn)：(1)血管、神經(jīng)等軟組織不適合牽張；(2)明確診斷有風(fēng)濕和類風(fēng)濕膝關(guān)節(jié)炎或膝關(guān)節(jié)周圍感染；(3)不能遵醫(yī)囑治療并完成隨訪。

共納入患者8例(10膝)，其中男2例(2膝)，女6例(8膝)；年齡18～57歲，平均(47.10±12.47)歲。術(shù)前常規(guī)拍攝雙下肢負(fù)重位全長(zhǎng)X線片，測(cè)量脛股角(femorotibial angle，F(xiàn)TA)、髖-膝-踝角(hip knee ankle angle，HKA)、脛骨近端內(nèi)側(cè)角(medial proximal tibial angle，MPTA)、脛骨平臺(tái)后傾角、小腿旋轉(zhuǎn)、下肢長(zhǎng)度，判斷有無(wú)下肢畸形及畸形來源。

圖1 QSF結(jié)構(gòu)及外觀照

1.2 手術(shù)方法 患者取仰臥位，全麻或硬膜外阻滯麻醉。于腓骨中下段做長(zhǎng)約3 cm縱形切口，行腓骨截骨，根據(jù)脛骨畸形情況決定是否去掉一段腓骨。以脛骨上段畸形處為中心，內(nèi)外側(cè)各做長(zhǎng)約1.5 cm的縱形切口，切開并推開骨膜，行脛骨微創(chuàng)截骨(不完全截?cái)?，便于外固定架的安裝)。根據(jù)肢體畸形預(yù)設(shè)外固定架的構(gòu)型，將組裝好的QSF套進(jìn)患肢。調(diào)整遠(yuǎn)、近端兩個(gè)環(huán)的位置，使得兩個(gè)環(huán)與所固定的骨段中軸線垂直并居于肢體中央，環(huán)的內(nèi)緣與周圍皮膚距離大致相同(約2～3 cm)，這樣待畸形矯正后，兩個(gè)環(huán)基本平行，較為美觀。

近端選用C形環(huán)，避免影響膝關(guān)節(jié)屈曲活動(dòng)。于截骨處的近端平行脛骨平臺(tái)關(guān)節(jié)線，由后外向前內(nèi)鉆入1枚2.0 mm的固定針，將近端環(huán)固定，再次檢查確認(rèn)環(huán)居中，不影響膝關(guān)節(jié)屈曲。然后由前外向后內(nèi)鉆入另1枚2.0 mm固定針。調(diào)整遠(yuǎn)端環(huán)的位置，用半針或全針固定遠(yuǎn)端環(huán)，遠(yuǎn)、近端環(huán)分別用4枚固定針固定，2.0 mm全針需進(jìn)行牽張，半針需雙皮質(zhì)固定，通過透視確定固定針的長(zhǎng)度合適。記錄6根連接桿的長(zhǎng)度(初始長(zhǎng)度)，用骨刀截?cái)嗷蛘吲まD(zhuǎn)兩個(gè)環(huán)致骨完全被截?cái)?，然后再?根連接桿的長(zhǎng)度恢復(fù)到初始長(zhǎng)度，獲得截骨處骨面的良好對(duì)合?？p合傷口，包扎固定針孔，術(shù)畢。

1.3 術(shù)后QSF調(diào)整 術(shù)后CT掃描獲得下肢DICOM數(shù)據(jù)，通過配套軟件計(jì)算獲得“三維外架矯正處方”(見圖2)。術(shù)后依據(jù)該處方緩慢調(diào)節(jié)6根連接桿的長(zhǎng)度，逐步矯正畸形和下肢力線。調(diào)整結(jié)束后攝X線片復(fù)查是否需要再次調(diào)整，如果畸形矯正滿意，力線恢復(fù)良好，則擰緊頂絲，繼續(xù)固定直至截骨處愈合。拆除外固定架，如果位置欠佳，則重新計(jì)算獲得第二次調(diào)整處方(不需要重新掃描CT)。

1.4 評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn) 采用美國(guó)膝關(guān)節(jié)協(xié)會(huì)(the American knee society，AKS)膝關(guān)節(jié)評(píng)分對(duì)患者疼痛、關(guān)節(jié)功能、畸形等進(jìn)行評(píng)估。采用疼痛視覺模擬評(píng)分(visual analogue scale，VAS)對(duì)疼痛程度進(jìn)行評(píng)估，Tegner膝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)功能評(píng)分和膝關(guān)節(jié)活動(dòng)度(range of motion，ROM)對(duì)于患者運(yùn)動(dòng)功能進(jìn)行評(píng)估。術(shù)前、術(shù)后均拍攝雙下肢負(fù)重位全長(zhǎng)X線片，測(cè)量FTA和HKA，評(píng)估下肢力線。

2 結(jié) 果

2.1 圍手術(shù)期情況 手術(shù)時(shí)間62～95 min，平均(78.60±11.15)min；術(shù)中出血量83～145 mL，平均(110.80±24.37)mL；住院時(shí)間6～9 d，平均(6.92±1.75)d。術(shù)后1 d按照處方將QSF的6根連接桿調(diào)整后即可完全負(fù)重下地行走，并進(jìn)行直腿抬高、屈曲伸直等功能康復(fù)鍛煉。術(shù)后所有患者均未出現(xiàn)傷口感染、神經(jīng)損傷、截骨端骨不愈合、下肢深靜脈血栓等并發(fā)癥。

2.2 隨訪結(jié)果 8例患者均獲隨訪，隨訪時(shí)間6～10個(gè)月，平均(9.56±1.06)個(gè)月。截骨處在術(shù)后3個(gè)月均達(dá)到骨性愈合。VAS術(shù)后3個(gè)月與術(shù)前比較差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。AKS評(píng)分術(shù)后3個(gè)月相比術(shù)前顯著增加，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)；FTA及HKA術(shù)后3個(gè)月均優(yōu)于術(shù)前，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。術(shù)前與拆除外架后的膝關(guān)節(jié)ROM比較差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)，見表1。

表1 手術(shù)前后VAS、AKS評(píng)分、Tegner評(píng)分、FTA、HKA比較

2.3 典型病例 (1)37歲女性患者，低磷性佝僂病，雙下肢膝內(nèi)翻畸形23年。23年前患者在當(dāng)?shù)蒯t(yī)院攝X線片示雙下肢膝內(nèi)翻畸形，行雙下肢矯形術(shù)，矯形理想。隨后因年齡增長(zhǎng)，雙下肢膝內(nèi)翻復(fù)發(fā)，于我院分期行雙下肢截骨矯形外固定架固定術(shù)。一期右下肢矯正，術(shù)后1年矯形滿意。二期左下肢矯正，術(shù)后畸形矯正良好(術(shù)前MPTA=67°，F(xiàn)TA=212°，術(shù)后MPTA=88°，F(xiàn)TA=178°)，術(shù)后1年畸形未復(fù)發(fā)(見圖3～5)。(2)37歲女性患者，患者4歲開始逐漸出現(xiàn)雙下肢內(nèi)翻畸形，畸形逐漸增大。1年前患者出現(xiàn)雙膝關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)疼痛，行走時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)疼痛明顯。雙膝關(guān)節(jié)活動(dòng)可。左膝關(guān)節(jié)ROM=110°，右膝關(guān)節(jié)ROM=105°。右膝疼痛較明顯，先行右下肢截骨矯形外固定架固定術(shù)，術(shù)后矯形良好，截骨處愈合良好(見圖6～8)。(3)42歲男性患者，右膝關(guān)節(jié)疼痛不適3年，行走時(shí)間較長(zhǎng)后疼痛加重明顯。X線片示右膝內(nèi)翻畸形，右下肢MPTA=71°，F(xiàn)TA=204°。行右下肢截骨矯形外固定架固定術(shù)，術(shù)后X線片示畸形矯正滿意，測(cè)得MPTA=89°，F(xiàn)TA=180°(見圖9～11)。

圖2 QSF調(diào)整處方

圖3 一期術(shù)后1年X線片示右下肢矯形滿意；左下肢膝關(guān)節(jié)內(nèi)翻畸形 圖4 二期術(shù)后X線片示左下肢畸形已矯正 圖5 二期術(shù)后1年X線片示左下肢截骨處愈合良好，下肢力線良好，畸形未復(fù)發(fā)

圖6 術(shù)前X線片示雙下肢內(nèi)翻畸形明顯 圖7 術(shù)中X線片可見截骨滿意，外固定架位置良好 圖8 術(shù)后6個(gè)月X線片示截骨處愈合良好，右下肢力線良好

圖9 術(shù)前X線片示雙膝關(guān)節(jié)內(nèi)翻畸形 圖10 術(shù)中X線片示截骨滿意，外固定架位置良好 圖11 術(shù)后4個(gè)月X線片示右膝內(nèi)翻畸形得以矯正，截骨處愈合良好

3 討 論

3.1 內(nèi)固定與外固定 脛骨高位截骨是目前應(yīng)用最廣泛的截骨矯形術(shù)式，這主要得益于鎖定角鋼板的出現(xiàn)，大大提高了脛骨高位截骨的牢靠性[6]。但對(duì)于畸形嚴(yán)重或者伴有肢體短縮者僅使用內(nèi)固定矯正骨的畸形是不夠的，還應(yīng)將軟組織牽拉考慮在內(nèi)。有研究表明，使用內(nèi)固定脛骨高位截骨后，脛骨后傾角發(fā)生了明顯變化[7-9]，改變了正常膝關(guān)節(jié)的生物力學(xué)。而使用外固定矯正膝關(guān)節(jié)畸形對(duì)脛骨后傾角影響很小[10]，本研究也證實(shí)了這一點(diǎn)。使用外固定矯正膝關(guān)節(jié)內(nèi)翻畸形的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是可以將脛骨遠(yuǎn)端向外側(cè)平移，有助于更好地對(duì)齊下肢機(jī)械軸，并減少矯正畸形所需的角度，從而減少脛骨-距骨外翻的角度[11]。

但使用外固定有針道感染、神經(jīng)血管損傷、肌肉或肌腱損傷、延遲愈合等風(fēng)險(xiǎn)，需要有細(xì)致的穿針技術(shù)以及皮膚和針道的護(hù)理。根據(jù)我們的經(jīng)驗(yàn)，術(shù)后用安爾碘紗布纏繞包裹針道，3～5 d更換1次敷料，1個(gè)月后可無(wú)需包扎，囑患者每日用安爾碘消毒針道。本研究的8例患者依據(jù)此法，無(wú)一例發(fā)現(xiàn)針道感染。為了避免延遲愈合，QSF的6根連桿在取出鎖定螺絲釘后可允許截骨處有1～2 mm的微動(dòng)，用于給斷端施加應(yīng)力。

3.2 泰勒架和六軸數(shù)字化骨科外固定架 泰勒架是目前世界上應(yīng)用最廣泛的外固定架，尤其在肢體矯形領(lǐng)域，有復(fù)位精準(zhǔn)、安裝簡(jiǎn)便、易于操作等優(yōu)點(diǎn)。Robinson等[1]和Sakamoto等[12]使用泰勒氏架輔助內(nèi)側(cè)開放性脛骨高位截骨治療膝骨關(guān)節(jié)炎并膝內(nèi)翻，獲得了滿意療效。但要熟練掌握泰勒氏架需要漫長(zhǎng)的學(xué)習(xí)過程，目前國(guó)內(nèi)能熟練應(yīng)用泰勒氏架的醫(yī)生仍很少。應(yīng)用泰勒氏架矯正肢體畸形必須確定13個(gè)參數(shù)：3個(gè)支架參數(shù)，4個(gè)安裝參數(shù)和6個(gè)畸形參數(shù)。每一個(gè)參數(shù)的測(cè)量失誤都會(huì)影響到最終的矯形結(jié)果，并且應(yīng)用TSF后的調(diào)整取決于精確的前后和側(cè)位射線測(cè)量，以產(chǎn)生最準(zhǔn)確的輸出程序。且X線片需要在與參考環(huán)正交的平面上拍攝，因此術(shù)后常需多次調(diào)整[4-5]。其次，TSF即刻穩(wěn)定性較差，為了增加斷端的應(yīng)力，常需要在兩側(cè)另外安裝固定連桿[13]。

由西安市紅會(huì)醫(yī)院自行研制的基于CT數(shù)據(jù)六軸數(shù)字化骨科外固定架，由6根相互成角的可伸縮桿與2個(gè)平面環(huán)(或半環(huán))連接而成。安裝后不需要測(cè)量繁雜的參數(shù)，也無(wú)需拍攝嚴(yán)格的X線片，僅需在術(shù)后對(duì)患肢進(jìn)行CT平掃，即可利用配套的計(jì)算機(jī)軟件處理CT數(shù)據(jù)，該軟件操作簡(jiǎn)單，學(xué)習(xí)曲線短，無(wú)需專業(yè)培訓(xùn)即可掌握。利用軟件計(jì)算出6根連接桿需要調(diào)節(jié)的長(zhǎng)度后給出處方，從而完成矯形。因該計(jì)算軟件基于CT數(shù)據(jù)，通過QSF矯正后的下肢力線更加精準(zhǔn)，且QSF可多次調(diào)節(jié)，直至矯正滿意為止。本研究患者均取得了良好的短期臨床療效。

本研究不足之處在于納入樣本量較少，隨訪時(shí)間較短，需進(jìn)一步增加樣本量及延長(zhǎng)隨訪時(shí)間，其次本研究未設(shè)立對(duì)照組。期待日后設(shè)計(jì)病例數(shù)更大、隨訪時(shí)間更長(zhǎng)的隨機(jī)對(duì)照試驗(yàn)，以證實(shí)該方法的有效性。

綜上所述，本研究結(jié)果表明，使用基于CT數(shù)據(jù)六軸數(shù)字化骨科外固定架配合脛腓骨截骨是治療膝關(guān)節(jié)復(fù)雜畸形的一種精準(zhǔn)有效的治療手段，具有手術(shù)操作簡(jiǎn)單、固定牢靠、創(chuàng)傷小、并發(fā)癥少等優(yōu)點(diǎn)，具有一定的臨床應(yīng)用價(jià)值。