3D打印輔助截骨矯正陳舊性膝周圍骨折畸形△

劉軍廷，蘇 偉，貝 濤，吳家恒，郭 宸，馮迪森，趙勁民，，3*

（1.廣西醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院創(chuàng)傷骨科手外科；2.廣西醫(yī)科大學(xué)再生醫(yī)學(xué)中心；3.廣西醫(yī)科大學(xué)協(xié)同創(chuàng)新中心，廣西南寧 530021）

高能量損傷導(dǎo)致患者多發(fā)傷，如頭顱或胸腹，合并多個(gè)部位骨折或單側(cè)肢體多發(fā)骨折，有些部位甚至開放性骨折。如股骨遠(yuǎn)端和脛骨近端同時(shí)發(fā)生骨折，稱為“浮膝”損傷［1］。在積極挽救生命的同時(shí)，對骨折通常進(jìn)行臨時(shí)和有效的外固定治療，有時(shí)可能需要行清創(chuàng)術(shù)、筋膜室切開減壓術(shù)、VSD覆蓋和二期重建手術(shù)。雖然應(yīng)用損傷控制骨科理念，有效的提高了患者的生存率和遠(yuǎn)期康復(fù)率［2，3］，但有些患者待全身情況平穩(wěn)后，或多次的手術(shù)治療后，膝關(guān)節(jié)周圍骨折已經(jīng)成為陳舊性骨折并畸形，如出現(xiàn)膝內(nèi)外翻、屈曲或反張、旋轉(zhuǎn)等畸形，有些還合并膝關(guān)節(jié)僵硬或關(guān)節(jié)不穩(wěn)定［4］，成為骨科臨床上治療的難題［5，6］。本科2015年9月—2018年9月收治陳舊性膝周圍骨折畸形患者16例，應(yīng)用3D打印輔助截骨矯正，現(xiàn)將手術(shù)技術(shù)與初步臨床效果報(bào)道如下。

1 手術(shù)技術(shù)

1.1 術(shù)前準(zhǔn)備

術(shù)前詢問病史和體格檢查，評估局部軟組織情況，可否置入內(nèi)固定物，以及膝關(guān)節(jié)穩(wěn)定性、活動(dòng)度，有無感染。手術(shù)前1～2周在門診拆除外固定架，改石膏固定。完善膝正側(cè)位X線片和下肢深靜脈超聲檢查。CT掃描應(yīng)注意：（1）外固定拆除后，髕骨朝前做雙下肢CT薄層掃描，可減少金屬偽影，獲得較好的影像學(xué)數(shù)據(jù)，較好判斷肢體的旋轉(zhuǎn)畸形，同時(shí)外固定釘?shù)酪搏@得較好的愈合；（2）數(shù)據(jù)處理：使用飛利浦256排CT掃描雙下肢，層厚1 mm，將DICOM格式的文件導(dǎo)入Mimics 19.0軟件（Materi?alise），進(jìn)行三維重建、表面和內(nèi)部的光滑處理；（3）3D打?。簯?yīng)用Mimics軟件，可在不同角度分析骨折畸形類型。數(shù)據(jù)以STL格式保存，將文件導(dǎo)入MAGICS18.0軟件，用3D打印設(shè)備（光韻達(dá)SLA）打印模型，材料是光固化樹脂材料。

1.2 體位與麻醉

患者仰臥位，全身吸入麻醉聯(lián)合神經(jīng)阻滯，術(shù)中止血帶控制下手術(shù)。

1.3 手術(shù)操作

本組病例通過Mimics軟件進(jìn)行術(shù)前模擬，并3D打印模型上模擬截骨手術(shù)，制定個(gè)體化的截骨手術(shù)方案。首先根據(jù)軟組織情況，選擇合適的手術(shù)入路，依據(jù)3D打印模型規(guī)劃的截骨方向，用克氏針導(dǎo)向和定位，C形臂X線機(jī)透視后，克氏針達(dá)到理想的截骨方向、角度和深度，用骨刀或小擺鋸沿克氏針導(dǎo)向完成關(guān)節(jié)內(nèi)和關(guān)節(jié)外截骨?？膳R時(shí)應(yīng)用外固定架牽張輔助復(fù)位，選擇合適的內(nèi)固定或外固定。

操作細(xì)節(jié)和注意事項(xiàng)有：（1）關(guān)節(jié)內(nèi)截骨以髁為矯正模塊較好。開放楔形截骨，下方應(yīng)進(jìn)行充分植骨，恢復(fù)平臺(tái)的平整和寬度，以及恢復(fù)股骨髁和脛骨平臺(tái)的匹配程度。內(nèi)外固定有效支撐后，在塌陷平臺(tái)下方的前面開窗，用頂棒將自體髂骨或骨誘導(dǎo)人工骨充填塌陷區(qū)域，恢復(fù)塌陷的關(guān)節(jié)面；（2）關(guān)節(jié)外截骨：股骨髁上截骨通過調(diào)整股骨遠(yuǎn)端后傾角（ana?tomical posterior distal femoral angle,aPDFA）角度，使患者膝關(guān)節(jié)術(shù)后矢狀位維持伸直狀態(tài)，膝關(guān)節(jié)能獲得更好的穩(wěn)定性；（3）入路選擇除了常規(guī)膝關(guān)節(jié)外側(cè)入路、正中入路和內(nèi)側(cè)L入路以外，如膝關(guān)節(jié)前方軟組織條件好的，應(yīng)用脛骨結(jié)節(jié)截骨上移術(shù)，可較好地顯露膝關(guān)節(jié)和髕股關(guān)節(jié)［7］，并改善髕股軌跡。對合并內(nèi)外側(cè)副韌帶止點(diǎn)撕脫性骨折的，可用拉力螺釘或鉚釘重建股骨外上髁副韌帶附著點(diǎn)和內(nèi)上髁內(nèi)側(cè)副韌帶止點(diǎn)；（4）短縮-再延長技術(shù)：治療股骨髁上缺損3例和脛骨脛骨近端骨缺損5例，即骨不連或骨缺損位置給予斷端清理，短縮，而在其他位置給予截骨，行骨運(yùn)輸術(shù)或（和）骨延長術(shù)，治療肢體短縮畸形。股骨采用單邊軌道支架固定，脛骨采用環(huán)形外固定支架固定，對軟組織條件欠佳的，截骨復(fù)位后，近端采用橄欖針或空心釘復(fù)位固定，跨膝外固定架固定；（5）術(shù)中用力線桿或電刀線，C形臂X線機(jī)透視判斷截骨矯正的下肢力線、復(fù)位情況和內(nèi)外固定物位置；（6）軟組織松解術(shù)推薦Judet手術(shù)。

1.4 術(shù)后處理

術(shù)后常規(guī)預(yù)防感染48 h，引流管48 h后拔除，切口14～21 d拆線。對截骨內(nèi)固定患者，術(shù)后早期進(jìn)行不負(fù)重康復(fù)鍛煉。以膝關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)中心為環(huán)形外固定，術(shù)后可牽張膝關(guān)節(jié)5～10 mm，合并骨缺損的行骨搬移治療。術(shù)后定期復(fù)查X線片。術(shù)后12周截骨處臨床愈合，推薦患者完全負(fù)重鍛煉。后期外固定架采用動(dòng)力化原則，減少固定的剛度。X線片提示骨搬移牽拉礦化滿意和搬移斷端愈合后，可拆除外固定架。

2 臨床資料

2.1 一般資料

本組男12例，女4例，年齡16～65歲，致傷原因?yàn)楦咛帀嬄鋫徒煌ㄊ鹿蕚?。從受傷到接受膝周圍截骨矯正時(shí)間為30～180 d，平均（60.24±37.41）d。均為創(chuàng)傷后膝關(guān)節(jié)骨折畸形愈合，伴創(chuàng)傷后疼痛，脛骨或股骨關(guān)節(jié)面塌陷>3 mm，或骨不連，下肢膝內(nèi)翻或外翻畸形>5°的患者。本研究獲醫(yī)院倫理委員會(huì)批準(zhǔn)，所有患者均知情同意。

2.2 初步結(jié)果

本組所有病例應(yīng)用3D打印輔助截骨矯正。關(guān)節(jié)內(nèi)截骨4例，關(guān)節(jié)外截骨4例，關(guān)節(jié)內(nèi)外聯(lián)合截骨8例。3D打印模型引導(dǎo)克氏針定位截骨13例，直接3D打印截骨導(dǎo)板引導(dǎo)截骨3例。外固定患者中，術(shù)后釘?shù)栏腥竞退蓜?dòng)3例。經(jīng)換藥引流等處理，末引發(fā)嚴(yán)重不良后果。

隨訪12～24個(gè)月，平均（16.19±3.24）個(gè)月。完全負(fù)重活動(dòng)時(shí)間12～18周，平均（16.19±3.24）周。術(shù)后9例膝關(guān)節(jié)因活動(dòng)受限，再次行軟組織松解手術(shù)。膝KSS評分由術(shù)前（29.63±6.50）分，顯著增加至末次隨訪時(shí)（62.19±6.93）分；膝關(guān)節(jié)活動(dòng)度（range of motion,ROM）由術(shù)前（9.38±4.63）°，顯著增加至末次隨訪時(shí)（63.44±10.03）°；雙側(cè)肢體長度差由術(shù)前的（3.81±1.64）cm，顯著減少至末次隨訪時(shí)（1.38±1.03）cm。

影像學(xué)測量股脛角（femorotibial angle,FTA）角度由術(shù)前 （185.13±2.25）°，減少至末次隨訪（177.06±2.05）°；內(nèi)側(cè)脛骨近端角（medial proximal tibial angle,MPTA）由術(shù)前（82.62±2.87）°，增加至末次隨訪（88.93±1.78）°。后側(cè)脛骨近端角（posteri?or proximal tibial angle,PPTA）由術(shù)前（78.37±3.10）°增加至末次隨訪（80.93±2.19）°。末次隨訪X線片提示關(guān)節(jié)面較術(shù)前明顯平整，下肢力線恢復(fù)，牽張成骨區(qū)域成骨滿意，無骨不連。典型病例見圖1。

圖1 患者，男，58歲，陳舊性膝周圍骨折畸形，行股前外側(cè)游離皮瓣修復(fù)創(chuàng)面 1a:術(shù)前X線片示脛骨平臺(tái)骨折，脛骨下段開放性骨折，行組合外固架固定 1b:股前外側(cè)游離皮瓣修復(fù)創(chuàng)面 1c:術(shù)后半年拆除外固定后CT掃描重建 1d:Mim?ics軟件進(jìn)行術(shù)前模擬 1e:3D打印右脛骨骨折模型和截骨導(dǎo)板 1f:右脛骨近端關(guān)節(jié)內(nèi)截骨，跨關(guān)節(jié)Ilizarov技術(shù)治療骨缺損 1g:拆除外固定后負(fù)重鍛煉 1h:拆除外固定后，X線片示右脛骨平臺(tái)關(guān)節(jié)面較術(shù)前明顯平整，下肢力線恢復(fù)，牽張成骨區(qū)域成骨滿意

3 討論

多發(fā)傷合并浮動(dòng)膝損傷患者，等病情平穩(wěn)能耐受手術(shù)時(shí)，往往出現(xiàn)陳舊性骨折畸形愈合。本組采用3D打印輔助截骨矯正手術(shù)，能有效減少手術(shù)時(shí)間、術(shù)中出血量,以及術(shù)中透視頻次。3D打印是快速成型技術(shù)，將復(fù)雜的術(shù)前虛擬計(jì)劃轉(zhuǎn)換為真實(shí)的手術(shù)情況，精準(zhǔn)確定截骨的位置，模擬手術(shù)，雖有一定的誤差，但較傳統(tǒng)手術(shù)而言，提高了截骨精準(zhǔn)性，提高了手術(shù)效率，縮短手術(shù)時(shí)間，從而提高臨床療效。3D打印還可以應(yīng)用截骨導(dǎo)板進(jìn)行輔助手術(shù)，能提高截骨的精度［10］，但也有其劣勢，即需要暴露更廣泛，剝離更多軟組織，才能較好地安放截骨導(dǎo)板，也需要額外的費(fèi)用。

截骨矯正了下肢力線，恢復(fù)關(guān)節(jié)走行方向角，恢復(fù)關(guān)節(jié)面平整。TCVO截骨術(shù)治療創(chuàng)傷后畸形，作者認(rèn)為應(yīng)以髁為矯正的“L”形截骨，能保證骨接觸面較大，并且內(nèi)固定較牢固。而關(guān)節(jié)外截骨，可調(diào)整矢狀面畸形，保證膝關(guān)節(jié)穩(wěn)定。本研究采用短縮-再延長技術(shù)，治療合并骨缺損、骨不連和肢體不等長，能夠很好地實(shí)現(xiàn)骨的重建［12］。短縮再延長的方法能有效解決股骨遠(yuǎn)端骨不連，同時(shí)改善膝關(guān)節(jié)功能。這是因?yàn)樵诠晒趋辽隙炭s截骨，股直肌的長度相對變長，同時(shí)在股骨近端進(jìn)行延長處理。既改善髕股關(guān)節(jié)活動(dòng)，又解決肢體不等長問題。對于膝關(guān)節(jié)僵硬者，拆除內(nèi)固定時(shí)，行Judet手術(shù)松解，粘連和攣縮包括股直肌和股骨遠(yuǎn)端粘連、髕股關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)副韌帶淺層、髂脛束和外側(cè)肌間隔的攣縮、外固定的釘?shù)篮碗枘c肌腱膜，積極有效的軟組織松解術(shù)［12，13］，為膝關(guān)節(jié)后期功能鍛煉創(chuàng)造積極的條件，避免膝關(guān)節(jié)僵硬。此外，外固定可早期部分負(fù)重行走，膝關(guān)節(jié)可屈伸鍛煉，也有利于關(guān)節(jié)軟骨的修復(fù)。

總之，陳舊性膝周圍骨折畸形的治療充滿著挑戰(zhàn)性，但是3D打印技術(shù)輔助截骨矯正和內(nèi)外固定術(shù)，使術(shù)前規(guī)劃和手術(shù)操作更為精準(zhǔn)，減少手術(shù)中的失誤，提高了手術(shù)效率。