3D打印輔助高位脛骨截骨治療內(nèi)側(cè)室膝骨關(guān)節(jié)炎

李小兵，郭新軍，馮立平，裴濟(jì)民，趙永輝

（1.新鄉(xiāng)市中心醫(yī)院骨科，河南新鄉(xiāng) 453000；2.新鄉(xiāng)市第一人民醫(yī)院骨科，河南新鄉(xiāng) 453000）

膝關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)間室骨關(guān)節(jié)炎是臨床常見的一種運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)病變，近年來發(fā)病率逐年增加，嚴(yán)重影響患者運(yùn)動(dòng)功能及生活質(zhì)量［1］。高位脛骨截骨（high tibial os?teotomy,HTO）是膝關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)間室骨關(guān)節(jié)炎的重要保膝治療方法，其實(shí)施關(guān)鍵在于術(shù)中精準(zhǔn)截骨并保證較好的下肢力線角度［2］。HTO手術(shù)中截骨部位、展開角度往往需借助醫(yī)師經(jīng)驗(yàn)而主觀確定，利用術(shù)前X線片及術(shù)中透視進(jìn)行評估及逐步調(diào)整；但傳統(tǒng)治療方法有較大的安全隱患。隨著3D打印技術(shù)在骨科的推廣應(yīng)用，術(shù)前重建3D模型進(jìn)行輔助截骨成為可能［3］。3D打印輔助治療有利于直觀、完整地展示操作區(qū)域的解剖結(jié)構(gòu)，提前進(jìn)行手術(shù)過程的詳細(xì)規(guī)劃，確保手術(shù)過程的安全性及準(zhǔn)確性。但目前臨床對于3D打印輔助治療應(yīng)用于膝關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)間室骨關(guān)節(jié)炎尚缺乏明確可行的臨床指南［4］。本研究比較膝關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)間室骨關(guān)節(jié)炎患者中采用個(gè)體化3D打印輔助高位脛骨截骨與常規(guī)截骨的臨床效果。旨在為臨床提供參考。

1 資料與方法

1.1 納入與排除標(biāo)準(zhǔn)

納入標(biāo)準(zhǔn)：（1）確診為膝關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)間室骨關(guān)節(jié)炎；（2）具有手術(shù)的耐受性及適應(yīng)證。

排除標(biāo)準(zhǔn)：（1）存在其他原因引起的骨關(guān)節(jié)系統(tǒng)疾病史、畸形史或手術(shù)史；（2）存在神經(jīng)系統(tǒng)并發(fā)癥、精神疾病或惡性腫瘤；（3）因自身原因而無法耐受研究。

1.2 一般資料

回顧性分析2017年5月—2019年5月新鄉(xiāng)市中心醫(yī)院和新鄉(xiāng)市第一人民醫(yī)院收治的膝關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)間室骨關(guān)節(jié)炎患者，共120例符合上述標(biāo)準(zhǔn)，納入本研究。依據(jù)術(shù)前醫(yī)患溝通結(jié)果，將患者分為兩組。62例患者采用3D打印輔助截骨（3D組），58例采用常規(guī)截骨（常規(guī)組）。兩組患者術(shù)前一般資料見表1，兩組在年齡、性別、病程、側(cè)別的差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P>0.05）。本研究通過醫(yī)院倫理委員會批準(zhǔn)，所有患者均簽署知情同意書。

表1 兩組患者術(shù)前資料與比較

1.3 手術(shù)方法

患者取平臥位，采用腰硬聯(lián)合麻醉。于關(guān)節(jié)鏡下清理膝關(guān)節(jié)，于腓骨頭下15 cm處作5 cm長度切口，充分暴露腓骨后截取3 cm長腓骨，隨后兩組患者采用不同方式進(jìn)行脛骨截骨。

3D組：術(shù)前行脛骨薄層CT掃描，將掃描數(shù)據(jù)導(dǎo)入Mimics軟件，3D重構(gòu)骨骼模型并將數(shù)據(jù)導(dǎo)入3-matic軟件，對截骨部位、截骨角度及截骨量進(jìn)行測定，依據(jù)數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)相應(yīng)的脛骨截骨模塊，利用MakerBot 3D打印機(jī)對截骨模塊進(jìn)行打印制作（圖1），消毒后備用。

圖1 3D打印截骨模具示意圖

行膝下前內(nèi)側(cè)縱切口，顯露脛骨近端，按術(shù)前3D打印脛骨模型的解剖標(biāo)志，進(jìn)行實(shí)際定位，放置截骨導(dǎo)板，沿導(dǎo)板依照術(shù)前3D打印模擬的截骨部位、角度，用擺鋸經(jīng)脛骨結(jié)節(jié)上方，截開脛骨近端，保留脛骨外側(cè)平臺下外側(cè)1.5 cm骨質(zhì)完整。以外側(cè)為合頁，按術(shù)前計(jì)劃逐步撐開截骨間隙，并透視下確認(rèn)下肢力線矯正。取下導(dǎo)板，用克氏針臨時(shí)固定截骨。于脛骨近端內(nèi)側(cè)放置鎖定鋼板，固定截骨。截骨間隙不行植骨。檢查固定效果滿意后，沖洗并逐層縫合切口。

常規(guī)組：依照術(shù)前評估出的下肢力線矯形度數(shù)，于內(nèi)側(cè)脛骨平臺關(guān)節(jié)面下3 cm，對準(zhǔn)腓骨頭斜向外上方平行鉆入2枚導(dǎo)針，至外側(cè)脛骨平臺下1.5 cm處，經(jīng)透視確定導(dǎo)針的部位及深度滿意后，沿導(dǎo)針用擺鋸進(jìn)行脛骨結(jié)節(jié)上高位截骨，保留外側(cè)合頁完整。置放力線桿，行反復(fù)透視下逐步撐開截骨間隙，直至下肢力線達(dá)到所需角度為止，于脛骨內(nèi)側(cè)置放鋼板固定。檢查固定效果滿意后沖洗并逐層縫合切口。

1.4 評價(jià)指標(biāo)

記錄圍手術(shù)期資料。采用下地行走時(shí)間、完全負(fù)重活動(dòng)時(shí)間、疼痛視覺模擬評分（visual analogue scale,VAS）［5］和特殊外科醫(yī)院 （Hospital for Special Surgery,HSS）膝評分［6］，以及膝關(guān)節(jié)伸-屈活動(dòng)度（range of motion,ROM）評價(jià)臨床效果。行影像學(xué)檢查，測量股脛角 （femorotibial angle,FTA）、內(nèi)側(cè)近端脛骨角（medial proximal tibial angle）和脛骨平臺后傾角 （posterior tibial slope,PTS）［7-8］；觀察截骨愈合時(shí)間段，內(nèi)固定物改變。

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

采用SPSS 26.0統(tǒng)計(jì)學(xué)分析軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。計(jì)量數(shù)據(jù)以±s表示，資料呈正態(tài)分布時(shí)，兩組間比較采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)，組內(nèi)兩時(shí)間點(diǎn)比較采用配對T檢驗(yàn)；資料呈非正態(tài)分布時(shí)，采用秩和檢驗(yàn)。計(jì)數(shù)資料采用x2檢驗(yàn)或Fisher精確檢驗(yàn)。等級資料兩組比較采用Mann-whitney U檢驗(yàn)。P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 圍手術(shù)期情況

兩組患者均順利完成手術(shù)，術(shù)中均未發(fā)生嚴(yán)重并發(fā)癥。常規(guī)組1例發(fā)生術(shù)中隱神經(jīng)損傷，表現(xiàn)為小腿內(nèi)側(cè)麻木，經(jīng)神經(jīng)營養(yǎng)藥物治療，術(shù)后3個(gè)月癥狀緩解。兩組患者圍手術(shù)期資料見表2。3D組手術(shù)時(shí)間、術(shù)中出血量、術(shù)中射線曝光時(shí)間和住院時(shí)間均顯著優(yōu)于常規(guī)組（P<0.05）。切口愈合方面，3D組62例中，甲級愈合43例，乙組愈合12例，丙組愈合7例；常規(guī)組58例中，甲級愈合21例，乙組愈合24例，丙組愈合13例；兩組間切口甲級愈合率的差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.001）。兩組患者均未發(fā)生切口深部感染和癥狀性血栓等并發(fā)癥。

表2 兩組患者圍手術(shù)期結(jié)果（±s）與比較

表2 兩組患者圍手術(shù)期結(jié)果（±s）與比較

images/BZ_37_1302_880_1612_947.pngimages/BZ_37_1612_880_1862_947.pngimages/BZ_37_1862_880_2129_947.png手術(shù)時(shí)間（min）71.75±4.5787.67±5.18<0.001images/BZ_37_1302_748_1612_814.pngimages/BZ_37_1612_748_1862_814.pngimages/BZ_37_1862_748_2129_814.pngimages/BZ_37_2129_748_2276_814.pngimages/BZ_37_2129_880_2276_947.pngimages/BZ_37_1302_1013_1612_1079.png射線曝光時(shí)間（s）images/BZ_37_1612_1013_1862_1079.png336.82±17.73images/BZ_37_1862_1013_2129_1079.png397.26±22.18images/BZ_37_2129_1013_2276_1079.png<0.001

2.2 隨訪結(jié)果

所有患者均隨訪12～32個(gè)月，平均（15.52±3.41）個(gè)月。兩組術(shù)后疼痛逐步減緩，功能逐步改善。至末次隨訪時(shí)，兩組患者均無改行關(guān)節(jié)置換者。

兩組患者隨訪結(jié)果見表3。3D組恢復(fù)下地行走時(shí)間和完全負(fù)重活動(dòng)時(shí)間均顯著早于常規(guī)組（P<0.05）。與術(shù)前相比，末次隨訪時(shí)兩組患者VAS評分均顯著減少（P<0.05），HSS評分和膝伸屈ROM均顯著增加（P<0.05）。術(shù)前兩組間VAS評分、HSS評分和ROM的差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P>0.05），末次隨訪時(shí)3D組VAS評分、HSS評分和ROM均優(yōu)于常規(guī)組（P<0.05）。

表3 兩組患者隨訪結(jié)果（±s）與比較

表3 兩組患者隨訪結(jié)果（±s）與比較

images/BZ_37_204_2189_830_2256.pngimages/BZ_37_830_2189_1025_2256.pngimages/BZ_37_1025_2189_1449_2256.pngimages/BZ_37_1449_2189_1906_2256.png下地行走時(shí)間（d）8.23±2.9416.84±2.46<0.001images/BZ_37_204_2057_830_2123.pngimages/BZ_37_830_2057_1025_2123.pngimages/BZ_37_1025_2057_1449_2123.pngimages/BZ_37_1449_2057_1906_2123.pngimages/BZ_37_1906_2057_2276_2123.pngimages/BZ_37_1906_2189_2276_2256.pngVAS評分（分）images/BZ_37_204_2322_830_2388.pngimages/BZ_37_830_2322_1025_2388.pngimages/BZ_37_1449_2322_1906_2388.pngimages/BZ_37_1025_2322_1449_2388.pngimages/BZ_37_1906_2322_2276_2388.pngimages/BZ_37_204_2455_830_2521.pngimages/BZ_37_830_2455_1025_2521.pngimages/BZ_37_1025_2455_1449_2521.png6.15±2.14<0.001 90.29±9.74 95.39±5.74<0.001images/BZ_37_1449_2455_1906_2521.pngimages/BZ_37_1906_2455_2276_2521.png<0.001images/BZ_37_830_2588_1025_2654.pngimages/BZ_37_204_2588_830_2654.pngimages/BZ_37_1025_2588_1449_2654.png0.164images/BZ_37_1449_2588_1906_2654.pngimages/BZ_37_1906_2588_2276_2654.png膝伸屈ROM（°）images/BZ_37_204_2720_830_2787.pngimages/BZ_37_830_2720_1025_2787.png術(shù)前P值末次隨訪術(shù)前P值images/BZ_37_1025_2720_1449_2787.pngimages/BZ_37_1449_2720_1906_2787.png6.21±1.56<0.001 71.63±10.49 109.82±5.84<0.001images/BZ_37_1906_2720_2276_2787.png0.257

2.3 影像評估

影像測量結(jié)果見表4。與術(shù)前相比，末次隨訪兩組患者FTA和MPTA均顯著改善（P<0.05），PTS無顯著改變（P>0.05）。術(shù)前兩組間FTA和MPTA的差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P>0.05），末次隨訪時(shí)，3D組的FTA和MPTA均優(yōu)于常規(guī)組（P<0.05）。兩組患者截骨均達(dá)到骨性愈合，3D組愈合時(shí)間顯著早于常規(guī)組（P<0.05）。至末次隨訪時(shí)，兩組均未見內(nèi)固定物松動(dòng)、斷裂。典型病例影像見圖2。

表4 兩組患者影像評估結(jié)果（±s）與比較

表4 兩組患者影像評估結(jié)果（±s）與比較

images/BZ_38_204_2132_838_2198.pngimages/BZ_38_838_2132_1124_2198.pngimages/BZ_38_1124_2132_1501_2198.pngimages/BZ_38_1501_2132_1930_2198.pngFTA（°） 術(shù)前3.53±0.723.14±0.930.237images/BZ_38_204_1999_838_2065.pngimages/BZ_38_838_1999_1124_2065.pngimages/BZ_38_1124_1999_1501_2065.pngimages/BZ_38_1501_1999_1930_2065.pngimages/BZ_38_1930_1999_2276_2065.pngimages/BZ_38_1930_2132_2276_2198.pngimages/BZ_38_204_2264_838_2331.pngimages/BZ_38_838_2264_1124_2331.pngimages/BZ_38_1124_2264_1501_2331.pngimages/BZ_38_1501_2264_1930_2331.pngimages/BZ_38_1930_2264_2276_2331.png<0.001images/BZ_38_204_2397_838_2463.pngimages/BZ_38_838_2397_1124_2463.pngimages/BZ_38_1124_2397_1501_2463.pngimages/BZ_38_1501_2397_1930_2463.pngimages/BZ_38_1930_2397_2276_2463.pngPTS（°）images/BZ_38_204_2530_838_2596.pngimages/BZ_38_838_2530_1124_2596.pngimages/BZ_38_1124_2530_1501_2596.pngimages/BZ_38_1501_2530_1930_2596.pngimages/BZ_38_1930_2530_2276_2596.pngimages/BZ_38_838_2662_1124_2729.pngimages/BZ_38_204_2662_838_2729.pngimages/BZ_38_1124_2662_1501_2729.pngimages/BZ_38_1501_2662_1930_2729.pngimages/BZ_38_1930_2662_2276_2729.pngP值末次隨訪術(shù)前P值8～16周images/BZ_38_838_2795_1124_2861.pngimages/BZ_38_204_2795_838_2861.pngimages/BZ_38_1124_2795_1501_2861.png<0.001 87.84±2.93 13.98±2.63 0.368 12 （19.35）images/BZ_38_1501_2795_1930_2861.png<0.001 83.19±1.08 13.86±2.59 0.413 17 （29.31）0.113images/BZ_38_1930_2795_2276_2861.png

圖2 患者，女，65歲，因右膝關(guān)節(jié)內(nèi)翻疼痛8年伴行走困難2年為主訴收治入院，確診為右側(cè)膝關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)間室骨關(guān)節(jié)炎，接受3D打印輔助高位脛骨截骨治療 2a,2b:術(shù)前正側(cè)位X線片示膝關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)間室骨關(guān)節(jié)炎 2c～2f:術(shù)前個(gè)性化3D打印截骨導(dǎo)板外觀（c為正面，d,e為外側(cè)面，f為內(nèi)側(cè)面） 2g:術(shù)后正位X線片示下肢力線恢復(fù)良好，截骨位置與內(nèi)固定位置良好 2h:術(shù)后3個(gè)月正側(cè)位X線片示下肢力線恢復(fù)良好，截骨骨性愈合

3 討論

相較于外側(cè)間室，內(nèi)側(cè)間室承擔(dān)了機(jī)體更大的負(fù)荷，脛骨內(nèi)翻畸形可明顯增加內(nèi)側(cè)間室的壓強(qiáng)，進(jìn)而引發(fā)軟骨炎癥性改變，增加內(nèi)側(cè)間室骨關(guān)節(jié)炎的發(fā)生率［9］。近年來，在C形臂透視輔助下，可精確調(diào)控下肢力線的部位，有效提升手術(shù)的精度［10］。但術(shù)中反復(fù)透視可增加放射性暴露風(fēng)險(xiǎn)，增加了手術(shù)時(shí)間及術(shù)后不良反應(yīng)發(fā)生率［11］。

3D打印輔助治療具有直觀性、完整性的應(yīng)用特點(diǎn)，可對操作區(qū)域的解剖結(jié)構(gòu)進(jìn)行準(zhǔn)確分析及模擬操作，有利于提升操作過程的準(zhǔn)確性；此外，3D打印輔助治療可利用術(shù)前模擬數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)相應(yīng)的輔助模具，預(yù)先確定術(shù)中截骨的部位、方向及角度，極大程度地降低手術(shù)難度并減少操作時(shí)間［12］。本結(jié)果表明：3D組的手術(shù)時(shí)間、術(shù)中出血量、射線曝光時(shí)間及住院時(shí)間均明顯低于常規(guī)組。3D組患者的甲級愈合比例明顯優(yōu)于常規(guī)組。因此，3D打印輔助治療具有較好的治療安全性，驗(yàn)證了Moore等［13］的研究結(jié)論。

傳統(tǒng)截骨治療采用各方向等量截骨的方式，一般選用由前內(nèi)側(cè)向后外側(cè)截骨，引發(fā)脛骨前移、韌帶張力增加等問題，不利于影像學(xué)指標(biāo)的恢復(fù)。而3D打印輔助治療可依據(jù)脛骨近端解剖結(jié)構(gòu)進(jìn)行模具設(shè)計(jì)，截骨方向?yàn)樗接蓛?nèi)向外，確保截骨合頁軸的正確指向；此外，3D打印輔助治療采用前后方向不等量截骨，可有效維持脛骨平臺的正常后傾［14］。本研究末次隨訪時(shí)，兩組患者的各項(xiàng)評分均明顯改善，且3D組患者的疼痛及功能評分均明顯優(yōu)于常規(guī)組。兩組患者的FTA、MPTA等影像學(xué)指標(biāo)均明顯改善，且3D組患者的改善程度明顯優(yōu)于常規(guī)組。本次研究結(jié)果與Kang等［15］的研究一致，共同驗(yàn)證了3D打印輔助治療對隨訪過程中臨床及影像指標(biāo)的有效性。

本研究仍存在部分有待完善的問題，包括：（1）選取的樣本量一般，可能存在選擇偏倚；（2）隨訪時(shí)程有限，未對遠(yuǎn)期預(yù)后水平進(jìn)行隨訪評價(jià)，有待于后續(xù)繼續(xù)改進(jìn)治療方法，行進(jìn)一步長時(shí)程、大樣本量研究。

綜上所述，在膝關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)間室骨關(guān)節(jié)炎的患者中應(yīng)用個(gè)體化3D打印輔助高位脛骨截骨治療具有安全、高效、低創(chuàng)的應(yīng)用優(yōu)勢，在恢復(fù)膝關(guān)節(jié)功能、緩解疼痛癥狀及促進(jìn)截骨精度等方面療效滿意；此外3D打印輔助可有效規(guī)避手術(shù)創(chuàng)傷對康復(fù)的影響，降低不良反應(yīng)事件的發(fā)生率。因此，建議依據(jù)病情優(yōu)先選擇3D打印輔助高位脛骨截骨治療。本結(jié)果有待于后續(xù)行進(jìn)一步長時(shí)程、大樣本量研究及臨床推廣。