3D打印輔助脛骨高位截骨治療內(nèi)翻型膝骨關(guān)節(jié)炎△

車(chē)向東，張戰(zhàn)峰，李茂山，張顯，胡彬

（河南省直第三人民醫(yī)院骨科，河南鄭州 450000）

膝關(guān)節(jié)骨性關(guān)節(jié)炎（knee osteoarthritis,KOA）是臨床常見(jiàn)慢性骨科疾病，是由膝關(guān)節(jié)軟骨變性，以及繼發(fā)骨質(zhì)增生導(dǎo)致的慢性骨關(guān)節(jié)病，常見(jiàn)于60 歲以上老年人群，且女性多于男性［1］。早期KOA 臨床癥狀并不顯著，隨病情進(jìn)一步發(fā)展，患者會(huì)出現(xiàn)膝關(guān)節(jié)疼痛、活動(dòng)受阻等癥狀，當(dāng)病情發(fā)展至中后期時(shí)，關(guān)節(jié)發(fā)生腫脹、畸形甚至肌肉萎縮，使得運(yùn)動(dòng)功能受阻，嚴(yán)重影響生活質(zhì)量［2］。既往研究［3］顯示，KOA是導(dǎo)致老年人慢性殘疾的主要原因，KOA 患者膝關(guān)節(jié)內(nèi)異常的力學(xué)環(huán)境導(dǎo)致更多壓力負(fù)荷集中于內(nèi)側(cè)間室，內(nèi)側(cè)間室KOA 則會(huì)導(dǎo)致患者下肢力線(xiàn)不佳、軟骨磨損退變、內(nèi)側(cè)間室壓力增加，進(jìn)而發(fā)生膝內(nèi)翻?！半A梯治療”是內(nèi)翻型KOA 規(guī)范化診療步驟，脛骨高位截骨術(shù)（high tibial osteotomy,HTO）是“保膝”治療中的經(jīng)典術(shù)式［4］，術(shù)中依靠醫(yī)生臨床經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)術(shù)前X 線(xiàn)片初步測(cè)量及術(shù)中多次透視確定截骨位置及張開(kāi)角度，在矯正下肢力線(xiàn)、緩解關(guān)節(jié)疼痛等方面療效確切［5］，但會(huì)合并輻射風(fēng)險(xiǎn)大、手術(shù)時(shí)間長(zhǎng)、圍術(shù)期出血量多等一系列并發(fā)癥［6］。3D 打印技術(shù)可通過(guò)術(shù)前重建3D 建模，直觀(guān)顯示手術(shù)部位解剖結(jié)構(gòu)并對(duì)其數(shù)字化分析，模擬手術(shù)進(jìn)程，輔助定位，簡(jiǎn)化手術(shù)步驟，縮短手術(shù)時(shí)間，提升了骨科手術(shù)的精確度及安全性，已被廣泛應(yīng)用于骨科疾病的治療中［7］。本研究旨在探討HTO 聯(lián)合3D 打印治療內(nèi)翻型KOA 患者的臨床療效，以及對(duì)患者膝關(guān)節(jié)功能的影響?，F(xiàn)報(bào)道如下。

1 資料與方法

1.1 納入與排除標(biāo)準(zhǔn)

納入標(biāo)準(zhǔn)：（1）患者均符合KOA 診斷標(biāo)準(zhǔn)［8］；（2）膝關(guān)節(jié)內(nèi)翻畸形，負(fù)重位X 線(xiàn)片顯示膝關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)間室明顯退行性改變，Ahlback 分級(jí)≥II 級(jí)，膝關(guān)節(jié)外側(cè)間室良好；（3）體格檢查證實(shí)前后交叉韌帶和內(nèi)外側(cè)副韌帶完整，功能正常；（4）入院前1 個(gè)月無(wú)激素、免疫抑制劑等藥物治療史者；（5）隨訪(fǎng)資料齊全者。

排除標(biāo)準(zhǔn)：（1）膝關(guān)節(jié)屈曲畸形，骨關(guān)節(jié)炎累及外側(cè)間室者；（2）合并感染性關(guān)節(jié)炎者；（3）合并代謝性骨病、嚴(yán)重骨質(zhì)疏松癥患者；（4）合并重要臟器功能不全、凝血功能障礙者；（5）認(rèn)知障礙及精神疾病者。

1.2 一般資料

回顧性分析本院于2018年1月—2019年6月收治的內(nèi)翻型KOA 患者的臨床資料，共94 例患者符合上述標(biāo)準(zhǔn)，納入本研究。其中，男48 例，女46例；年齡50～71 歲，平均（58.6±4.2）歲。依據(jù)醫(yī)患溝通結(jié)果，47 例采用3D 輔助HTO，另外47 例采用傳統(tǒng)徒手HTO。兩組患者術(shù)前一般資料見(jiàn)表1，兩組一般資料比較差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。本研究獲醫(yī)院倫理委員會(huì)批準(zhǔn)：HNSZSY-KY-2318，所有患者均知情同意。

表1 兩組一般資料與比較

1.3 手術(shù)方法

3D 組：術(shù)前對(duì)脛骨上段膝關(guān)節(jié)行三維CT 重建，1 mm 薄層掃描，同時(shí)與術(shù)前拍攝的X 線(xiàn)片等影像學(xué)資料整合，采用逆向工程技術(shù)重建患者3D 脛骨近端模型。遵循下肢力線(xiàn)經(jīng)過(guò)Fujisawa 點(diǎn)原則，采用計(jì)算機(jī)模擬手術(shù)步驟，采用Miniaci 法確定矯正度數(shù)及撐開(kāi)高度，使目標(biāo)離線(xiàn)通過(guò)距脛骨內(nèi)側(cè)平臺(tái)邊緣62.5%處。設(shè)計(jì)與患者脛骨近端解剖形態(tài)相符的輔助截骨導(dǎo)板。腰硬聯(lián)合麻醉，消毒并放置止血帶。先行膝關(guān)節(jié)鏡檢查，確定內(nèi)側(cè)室退變情況（圖1a）。于內(nèi)側(cè)關(guān)節(jié)線(xiàn)下方及脛骨結(jié)節(jié)內(nèi)側(cè)做倒“L”形切口，分離筋膜，采用骨膜剝離器暴露股骨近端骨質(zhì)，切斷內(nèi)側(cè)副韌帶淺層脛骨止點(diǎn)。將3D 打印導(dǎo)板置于脛骨近端內(nèi)側(cè)預(yù)定位置，經(jīng)導(dǎo)板從脛骨上端最內(nèi)側(cè)凹陷處朝向腓骨上端打入多枚導(dǎo)針（圖1b），確定矢狀面截骨平面，并使其與脛骨后傾角平行。沿導(dǎo)針矢狀面截骨，保留外側(cè)合頁(yè)約1 cm（圖1c）。再行冠狀面脛骨結(jié)節(jié)截骨，平面間截骨夾角成110°。根據(jù)術(shù)前預(yù)估撐開(kāi)高度截取大小合適的同種異體骨塊，并置入撐開(kāi)間隙（圖1d），C 形臂X 線(xiàn)機(jī)透視下采用力線(xiàn)桿驗(yàn)證力線(xiàn)是矯正滿(mǎn)意，采用脛骨內(nèi)側(cè)鎖定鋼板固定截骨處。放置引流管，沖洗縫合切口。

圖1 患者，女，54 歲，左膝內(nèi)側(cè)室骨性關(guān)節(jié)炎。1a:截骨前關(guān)節(jié)鏡檢查，見(jiàn)股骨內(nèi)側(cè)髁軟骨病變；1b:顯露脛骨近端內(nèi)側(cè)，安放3D 打印導(dǎo)板，沿導(dǎo)板置入導(dǎo)針；1c:透視下沿導(dǎo)針矢狀面截骨，保留外側(cè)合頁(yè)約1 cm；1d:撐開(kāi)截骨面，矯正下肢力線(xiàn)；1e:張開(kāi)的截骨間隙中置入同種異體骨塊，鋼板固定；1f:術(shù)后正位X 線(xiàn)片，顯示下肢力線(xiàn)矯正良好。

徒手組：術(shù)前常規(guī)影像規(guī)劃截骨，術(shù)中采用傳統(tǒng)徒手技術(shù)行HTO，截骨間隙植骨與固定同上。

1.4 評(píng)價(jià)指標(biāo)

記錄圍術(shù)期資料，包括手術(shù)時(shí)間、切口長(zhǎng)度、術(shù)中失血量、術(shù)中透視次數(shù)、下地行走時(shí)間、切口愈合、住院時(shí)間。采用完全負(fù)重活動(dòng)時(shí)間、膝伸屈活動(dòng)度（range of motion,ROM）、視覺(jué)模擬疼痛評(píng)分（pain visual analogue scale,VAS）［9］、西安大略和麥克馬斯特大學(xué)骨關(guān)節(jié)炎指數(shù)（Western Ontario McMaster Universities osteoarthritis index,WOMAC）［10］及美國(guó)特殊外科醫(yī)院（Hospital for Special Surgery,HSS）膝評(píng)分［11］評(píng)價(jià)臨床效果。行影像檢查，測(cè)量股脛角（femorotibial angle,FTA）、脛骨近端內(nèi)側(cè)角（medial proximal tibial angle,MPTA）、脛骨平臺(tái)后傾角（posterior tibial slope,PTS）。并采用Kellgren-Lawrence（K-L）分級(jí)評(píng)價(jià)內(nèi)、外側(cè)室退變程度。

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

2 結(jié)果

2.1 圍術(shù)期情況

兩組患者均順利手術(shù)，均無(wú)嚴(yán)重并發(fā)癥。圍手術(shù)期資料見(jiàn)表2，3D 組手術(shù)時(shí)間和術(shù)中透視次數(shù)均顯著優(yōu)于徒手組（P＜0.05）；兩組在切口長(zhǎng)度、術(shù)中失血量、下地行走時(shí)間、住院時(shí)間的差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。兩組患者均未發(fā)生導(dǎo)致嚴(yán)重后果的并發(fā)癥。

表2 兩組圍術(shù)期資料（±s）與比較

表2 兩組圍術(shù)期資料（±s）與比較

指標(biāo)P 值手術(shù)時(shí)間(min)切口總長(zhǎng)度(cm)術(shù)中失血量(ml)術(shù)中透視次數(shù)(次)下地行走時(shí)間(d)住院時(shí)間(d)3D 組（n=47）58.8±5.0 4.8±1.2 126.7±21.7 2.1±0.9 6.5±2.2 12.8±2.2徒手組（n=47）65.8±5.4 4.9±1.1 124.6±20.9 7.5±1.6 7.0±2.2 13.2±2.5＜0.001 0.675 0.634＜0.001 0.273 0.412

2.2 隨訪(fǎng)結(jié)果

兩組患者均獲隨訪(fǎng)24 個(gè)月以上。隨訪(fǎng)過(guò)程中，兩組患者均無(wú)膝痛加劇，再次手術(shù)行UKA 或TKA者。隨訪(fǎng)資料見(jiàn)表3，隨時(shí)間推移，兩組患者伸屈ROM、VAS、WOMAC 和HSS 評(píng)分均顯著改善（P＜0.05）。術(shù)后1 個(gè)月，兩組間伸屈ROM、VAS、WOMAC 和HSS 評(píng)分的差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）；術(shù)后6 個(gè)月和末次隨訪(fǎng)時(shí)3D 組在伸屈ROM、VAS、WOMAC 和HSS 評(píng)分均顯著優(yōu)于徒手組（P＜0.05）。

表3 兩組隨訪(fǎng)結(jié)果（±s）與比較

表3 兩組隨訪(fǎng)結(jié)果（±s）與比較

指標(biāo)伸屈ROM(°)指標(biāo)伸屈ROM(°)3D 組（n=47）68.7±3.2 96.8±5.8 124.5±7.3＜0.001 7.6±1.5 5.7±1.1 3.3±0.8＜0.001 44.8±5.1 28.7±3.9 17.4±2.0＜0.001 42.4±5.2 58.5±7.0 73.4±8.1＜0.001 P 值0.465＜0.001＜0.001徒手組（n=47）69.2±3.4 88.7±5.2 109.7±6.9＜0.001 7.7±1.6 6.6±1.4 5.4±1.2＜0.001 45.3±5.2 34.8±4.0 22.6±2.1＜0.001 41.3±5.2 53.3±6.9 65.6±8.2＜0.001 P 值0.465＜0.001＜0.001 VAS 評(píng)分(分)0.755 0.001＜0.001 VAS 評(píng)分(分)0.755＜0.001＜0.001 WOMAC 評(píng)分(分)WOMAC 評(píng)分(分)0.639＜0.001＜0.001 0.639＜0.001＜0.001時(shí)間點(diǎn)術(shù)后1 個(gè)月術(shù)后6 個(gè)月末次隨訪(fǎng)P 值術(shù)后1 個(gè)月術(shù)后6 個(gè)月末次隨訪(fǎng)P 值術(shù)后1 個(gè)月術(shù)后6 個(gè)月末次隨訪(fǎng)P 值術(shù)后1 個(gè)月術(shù)后6 個(gè)月末次隨訪(fǎng)P 值術(shù)后1 個(gè)月術(shù)后6 個(gè)月末次隨訪(fǎng)P 值HSS 評(píng)分(分)0.308＜0.001＜0.001 HSS 評(píng)分(分)時(shí)間點(diǎn)術(shù)后1 個(gè)月術(shù)后6 個(gè)月末次隨訪(fǎng)P 值術(shù)后1 個(gè)月術(shù)后6 個(gè)月末次隨訪(fǎng)P 值術(shù)后1 個(gè)月術(shù)后6 個(gè)月末次隨訪(fǎng)P 值0.308＜0.001＜0.001 3D 組（n=47）68.7±3.2 96.8±5.8 124.5±7.3＜0.001 7.6±1.5 5.7±1.1 3.3±0.8＜0.001 44.8±5.1 28.7±3.9 17.4±2.0＜0.001 42.4±5.2 58.5±7.0 73.4±8.1＜0.001徒手組（n=47）69.2±3.4 88.7±5.2 109.7±6.9＜0.001 7.7±1.6 6.6±1.4 5.4±1.2＜0.001 45.3±5.2 34.8±4.0 22.6±2.1＜0.001 41.3±5.2 53.3±6.9 65.6±8.2＜0.001

2.3 影像評(píng)估

兩組患者影像評(píng)估結(jié)果見(jiàn)表4。與術(shù)前相比，末次隨訪(fǎng)時(shí)兩組FTA、MPTA，以及內(nèi)側(cè)室K-L 評(píng)級(jí)均顯著改善（P＜0.05），然而，兩組PTS 和外側(cè)室K-L評(píng)級(jí)均無(wú)顯著改變（P＞0.05）。相應(yīng)時(shí)間點(diǎn)，兩組間FTA、MPTA、PTS，以及內(nèi)側(cè)室和外側(cè)室K-L 評(píng)級(jí)的差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。

表4 兩組影像評(píng)估結(jié)果與比較

3 討論

KOA 病理改變主要是以膝關(guān)節(jié)軟骨變薄、磨損以及周?chē)切躁P(guān)節(jié)面磨損、骨質(zhì)增生及骨贅形成等，患者表現(xiàn)為膝關(guān)節(jié)局部疼痛、關(guān)節(jié)功能障礙、穩(wěn)定性降低等［12］。當(dāng)病情發(fā)展至中后期時(shí)，患者膝關(guān)節(jié)內(nèi)外翻畸形明顯，且多見(jiàn)內(nèi)翻畸形，膝關(guān)節(jié)內(nèi)翻負(fù)荷增加，致使內(nèi)側(cè)關(guān)節(jié)面磨損變薄，加重膝關(guān)節(jié)疼痛，關(guān)節(jié)不穩(wěn)定性升高，病情呈現(xiàn)惡性循環(huán)，嚴(yán)重影響患者工作生活［13，14］。目前臨床治療KOA 的規(guī)范化診療步驟為關(guān)節(jié)清理→截骨矯形→單踝置換→全膝關(guān)節(jié)置換的“階梯治療”［15］，其中“保膝”階段中HTO 的治療方式最為經(jīng)典，可通過(guò)改善下肢力線(xiàn)，轉(zhuǎn)移負(fù)重應(yīng)力將其從患側(cè)間室向轉(zhuǎn)向健康間室，從而減輕病變關(guān)節(jié)面壓力，緩解機(jī)體疼痛，延緩病情發(fā)展，同時(shí)最大限度保留了患者膝關(guān)節(jié)功能［16］。但該術(shù)式對(duì)醫(yī)師操作技術(shù)要求較高，術(shù)前需精準(zhǔn)計(jì)算截骨角度，術(shù)中需反復(fù)進(jìn)行C 形臂X 線(xiàn)機(jī)透視，修正截骨位置及長(zhǎng)度，不僅增加了醫(yī)患人員輻射風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)還延長(zhǎng)了手術(shù)時(shí)間，易造成圍術(shù)期大出血等一系列并發(fā)癥［17］。

隨著骨科數(shù)字化技術(shù)不斷發(fā)展，3D 打印技術(shù)在脊柱內(nèi)固定、骨腫瘤、復(fù)雜創(chuàng)傷骨折以及矯形外科等領(lǐng)域均有應(yīng)用［18］。既往研究表明，3D 打印技術(shù)用于骨科手術(shù)中可精確有效矯正內(nèi)翻畸形［19，20］。本研究通過(guò)比較兩組患者術(shù)后相關(guān)指標(biāo)，發(fā)現(xiàn)兩組患者術(shù)后FTA、MPTA、脛骨后傾角等指標(biāo)較術(shù)前有明顯改善，提示兩種術(shù)式均可有效矯正患者下肢力線(xiàn)，同時(shí)保留脛骨結(jié)節(jié)原有結(jié)構(gòu)。3D 打印截骨模具根據(jù)脛骨近端解剖形態(tài)設(shè)計(jì)，于脛骨后側(cè)皮質(zhì)緊密貼合，使截骨方向水平由內(nèi)向外，保證截骨合頁(yè)軸的前后指向，維持脛骨平臺(tái)正常后傾。這是常規(guī)截骨術(shù)不具備的優(yōu)勢(shì)。本研究結(jié)果顯示，3D 組術(shù)后VAS 疼痛評(píng)分及WOMAC 骨關(guān)節(jié)炎指數(shù)均低于徒手組，提示HTO 聯(lián)合3D 打印技術(shù)治療內(nèi)翻型KOA 可有效緩解患者術(shù)后疼痛，減輕機(jī)體炎癥反應(yīng)。分析可能是與3D 打印技術(shù)增加解雇精準(zhǔn)性有關(guān)。Kim 等［21］研究表明，3D打印技術(shù)輔助HTO 能有效提高截骨術(shù)準(zhǔn)確性且不改變脛骨后傾角，具有顯著療效。此外，F(xiàn)ucentese等［22］研究也顯示，3D 打印輔助HTO 能精確截骨，其臨床療效令人滿(mǎn)意。本研究對(duì)術(shù)后6 個(gè)月的膝關(guān)節(jié)功能恢復(fù)情況及手術(shù)療效進(jìn)行比較，結(jié)果顯示兩組患者膝關(guān)節(jié)功能均有不同程度提高，HTO 聯(lián)合3D 打印技術(shù)在改善膝關(guān)節(jié)功能方面效果更優(yōu)，手術(shù)效率更好。與傳統(tǒng)徒手技術(shù)行HTO 比較，3D 打印技術(shù)可通過(guò)術(shù)前數(shù)字化三維建模以及逆向工程軟件，直觀(guān)掌握手術(shù)部位的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，通過(guò)打印出1∶1 骨骼模型以選擇合適的手術(shù)方案、預(yù)方案、鋼板、塑形及螺釘?shù)炔牧?，?duì)其進(jìn)行數(shù)字化分析以及模擬手術(shù)，使手術(shù)更安全精確，從而實(shí)現(xiàn)手術(shù)方案?jìng)€(gè)體化，進(jìn)而有效提高手術(shù)質(zhì)量及效率。

綜上，HTO 聯(lián)合3D 打印治療內(nèi)翻型KOA 患者可有效簡(jiǎn)化手術(shù)步驟，避免多次透視及截骨操作，增加截骨精確性，提高手術(shù)效率，改善臨床結(jié)果；同時(shí)在降低患者疼痛、加快膝關(guān)節(jié)功能恢復(fù)方面具有顯著優(yōu)勢(shì)。但本研究尚存不足：本研究樣本量較少且為單中心樣本，可能會(huì)造成結(jié)果出現(xiàn)一定偏差，未來(lái)需擴(kuò)大樣本量及其納入范圍以進(jìn)一步驗(yàn)證研究結(jié)論準(zhǔn)確性。