3D打印截骨導板輔助股骨內(nèi)側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)療集團峰峰總院邯鄲院區(qū)骨三科，河北 邯鄲 056002)

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

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例兒童期外傷手術后，3例外傷及石膏固定術后，2例疑似外傷未曾治療，6例無明顯外傷病史。入選標準：a)單膝關節(jié)外翻畸形，且健側無明顯外傷或手術病史；b)患膝關節(jié)內(nèi)側間室無關節(jié)炎表現(xiàn)及癥狀，和或外側間室輕度骨關節(jié)炎表現(xiàn)及癥狀(根據(jù)Kellgren-Lawrence分級<Ⅱ級)；c)患膝無韌帶重建及半月板手術病史，同時患側髖踝關節(jié)無畸形及手術病史。排除3例，1例女性患者術中截骨+外側盤狀半月板切除，2例男性患者股骨脛骨同時截骨，糾正外翻畸形。本研究已獲得華北醫(yī)療峰峰總醫(yī)院倫理委員會批準(201702)，所有患者均知情同意并簽署知情同意書。

1.2 目標力線及3D截骨導板制作

1.2.1 術前目標力線及截骨角度設計 a)患膝無關節(jié)炎表現(xiàn)，或患膝內(nèi)側平臺X線片有骨關節(jié)炎表現(xiàn)則將其力線設計為50%；b)如果患側膝關節(jié)外側平臺X線片有骨關節(jié)炎表現(xiàn)，則將其力線設計為45%。(本文參考國際標準將最內(nèi)側脛骨平臺設定為0%，最外側脛骨平臺為100%)；c)依據(jù)Miniaci測量法[2]：測量患膝關節(jié)力線及各個角度，明確患膝外翻原因為mLDFA<85°。于股骨髁外上側皮質選取合頁點，測量合頁點到髖關節(jié)中心點的線段長度，以合頁點為圓心，以該線段為半徑旋轉，與設計目標力線相交后所旋轉的角度即截骨角度。

1.2.2 定制截骨導板 術前患者進行雙源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)導入Mimics10.0建模軟件，重建出膝關節(jié)的三維模型，定做3D截骨導板，配套使用股骨遠端內(nèi)側截骨鋼板(鋼板型號0502-0000-06)，鎖定螺釘直徑5 mm(見圖1～2)。

圖1 定制的3D截骨導板 圖2 配套的股骨內(nèi)側截骨鋼板

1.3 手術方法 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，鋪無菌手術巾單。術中取大腿遠端內(nèi)側入路，切開皮膚、深筋膜，鈍性分離股內(nèi)側肌和大收肌之間的間隙，暴露股骨遠端及股骨內(nèi)髁。鈍性分離股骨后側肌群，插入肌肉擋板，術中充分暴露股骨內(nèi)側髁部分，將3D打印截骨模板在股骨內(nèi)側髁滑動，使模板位于股骨最貼合處或勢能最低、最穩(wěn)定處。僅鉆入截骨導向槽遠側截骨面定位克氏針，觸摸解剖標志，使克氏針滿足以下要求：冠狀面，髕骨上極水平與克氏針進針點水平高度差約2 cm。矢狀面，內(nèi)側股骨髁最遠端與克氏針進針點高度約5 cm。術中透視見：克氏針標定截骨平面，使截骨線起自股骨遠端內(nèi)側的髁上區(qū)域，向遠端外側斜行，與關節(jié)線約成20°夾角，經(jīng)過髕骨滑車軟骨近端約1cm的距離，止于股骨外側髁上緣[3]，然后鉆入其他克氏針固定截骨導板。擺據(jù)通過3D截骨板導向槽截斷股骨，保留約1 cm合頁，取出楔形骨塊后閉合股骨，克氏針由遠端股骨髁向股骨近端臨時固定，取下截骨導板，將配套的截骨鋼板放置合適位置，依次鉆孔、測深，擰入合適螺釘，將楔形骨塊修剪成骨顆粒，予股骨后側植骨。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 術后處理 術后6 h后，即開始功能鍛煉，引流管24～48 h后拔出。同時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，持續(xù)10～12周，同時行X線檢查，觀察骨折愈合情況。

1.5 統(tǒng)計學處理 使用SPSS 18.0軟件進行統(tǒng)計學分析。使用配對t檢驗對術前和術后的下肢力線比率(weight bearing lineratio，WBLR)、股脛角(femorotibial angle，F(xiàn)TA)、股骨外側機械軸角(mechanical lateral distal femoral angle，mLDFA)和美國特種外科醫(yī)院(the hospital special surgery，HSS)膝關節(jié)評分進行比較。P<0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結 果

2.1 一般情況 患者獲得5～22個月隨訪。術后12～14 d均一期愈合，順利拆線出院，關節(jié)活動范圍0°～120°。3個月時，1例愈合不良，6個月后時延遲愈合，其他12例截骨均取得臨床愈合，棄拐行走。

2.2 術后測量及評價 WBLR：最內(nèi)側脛骨平臺至外側脛骨平臺，平均分成100份，內(nèi)側起始0%，最外側結束100%，超出脛骨平臺外側則大于100%?；颊咝g前WBLR均值83.5%(75%～114%)，術后均值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°。本組患者術前FTA均值161.2°(155°～168°)，術后均值175.4°(170°～178.2°)，平均改善13.4°(9°～15°)。mLDFA：股骨機械軸與股骨關節(jié)面的外側夾角，正常值為85°～90°。本組患者術前mLDFA均值76.2°(67°～78°)，術后均值88.7°(85.2°～91.5°)，平均改善12.6°(7.2°～24.5°)。術前、術后各項數(shù)值比較，差異均有統(tǒng)計學意義(P<0.05)。13例患者中6例合頁斷裂，其中5例術中見合頁斷裂，術后扶雙拐2周內(nèi)復查；有1例患者術后出現(xiàn)合頁斷裂。HSS膝關節(jié)功能評分從術前90.6分(76～97分)改善至術后94.6分(88～99分)，但差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05)。13膝中12例3個月時骨折愈合，1例膝6個月后延遲愈合，均無感染等其他并發(fā)癥。

表1 術前術后各項數(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改善入院。術前診斷：右膝外翻畸形(股骨遠端外翻畸形)；右膝習慣性髕骨脫位?；颊咭蚪?jīng)濟條件所限，要求僅行3D打印截骨導板股骨遠端閉合截骨，矯正外翻畸形。術后患者滿意度高，3個月復查時截骨端愈合良好(見圖3～11)。

圖3 術前mLDFA及FTA測量示意 圖4 根據(jù)Miniaci法測量截骨矯正角度 圖5 截骨效果模擬圖

圖6 克氏針標定截骨平面位置，固定截骨模板 圖7 截骨完成后，克氏針臨時固定 圖8 去除導板，鋼板固定截骨端

圖9 矯形前外側骨皮質壓力為壓應力 圖10 矯形后外側骨皮質壓力為張應力

圖11 術后3個月復查X線片示截骨端愈合良好

3 討 論

3.1 精準度滿意 膝關節(jié)外翻畸形矯正范圍與膝關節(jié)內(nèi)翻比較，無國際公認的截骨標準。但明確的是當膝關節(jié)力線位于膝關節(jié)中心時，大部分壓力就已經(jīng)轉移到內(nèi)側關節(jié)間隙。只有當外側關節(jié)間隙有關節(jié)炎表現(xiàn)時才會考慮增加力線內(nèi)移，認同度較高的標準為45%。同時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，預防關節(jié)炎，解決運動后輕度疼痛。所以術后將下肢力線調整到45%～50%，對提高患者滿意度同時改善疼痛癥狀來說是明智的選擇[3]。過度矯正防止外側關節(jié)炎沒有必要，矯正不足則大大降低患者滿意率，5%的力線滿意空間對手術精度提出了更高的要求。我科以往開展術中徒手截骨，術前雖有測量，但在術中截骨完成以及閉合截骨面，透視髖膝踝關節(jié)中心時，發(fā)現(xiàn)力線矯正不足，則需要再次增加截骨量，這很容易導致截骨量過多，反而增加出現(xiàn)過度矯正風險[4]。3D打印技術，術前完成設計，制作成3D模板，安放膝關節(jié)內(nèi)側正確位置后，依據(jù)設計好的卡槽截骨，保證兩刀就可達到術前設計角度，避免“第三刀”，從根本上減少過度矯正的風險，更加容易使術后力線位于5%的滿意空間。陳國仙等[5]指出，3D打印技術制備的截骨導航模板可以輔助股骨遠端截骨術(distal femur osteotomy，DFO)術中截骨，避免多次截骨，減少截骨周圍組織損傷，提高精度同時減少合頁損傷概率。本研究病例的WBLR由術前75%～114%，進入術后45.8%～49.7%滿意空間，手術效果理想。

3.2 合頁斷裂 本組13例患者中有6例合頁斷裂，其中5例術中見合頁斷裂，術后扶雙拐2周內(nèi)復查；有1例患者術后出現(xiàn)合頁斷裂。合頁斷裂分析：a)應力改變。患膝mLDFA大于正常值，根據(jù)力學分析，股骨遠端外側皮質受到的應為“壓應力”，此處骨小梁等顯微結構塑形必然適應壓應力[6]。當進行楔形截骨以及閉合截骨端，mLDFA恢復正常值后，骨遠端外側皮質合頁受到張應力。應力方向急劇改變以及顯微骨小梁結構的不適張應力可能是合頁斷裂的主要力學及生理原因。b)合頁損傷。相比較開放性截骨，閉合截骨需要2刀，同時使用骨鑿去除截骨間隙內(nèi)殘留骨質，防止截骨端閉合不全時，導致糾正不足。雖有保留1 cm厚合頁，但骨鑿使用增加合頁斷裂風險。同時無法完全清理的截骨殘渣或截骨斷面凹凸不整，在閉合截骨面時形成支點，產(chǎn)生“蹺蹺板效應”導致合頁斷裂。相比較“一刀流”的開放截骨，即使應用精確的3D模板引導，閉合截骨這種缺陷也無法避免[7-8]。Nha等[9]在股骨遠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32例中青年膝關節(jié)外翻患者行股骨遠端內(nèi)側閉合楔形截骨術，并使用鋼板內(nèi)固定，平均隨訪3.5年，主要并發(fā)癥為外側合頁皮質骨折，但并不影響截骨愈合。同樣對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，脛骨閉合截骨導致合頁斷裂的概率升高明顯[12]。因此，閉合截骨可能是導致合頁斷裂的重要原因，但并不影響骨愈合率。我們對此進行了改進：a)提高手術操作技巧，取1.5 mm克氏針于外側合頁鉆孔、減張，緩慢折疊合頁等；b)增加合頁寬度(可能導致截骨精度下降)；c)減少截骨閉合角度(可能會限制矯正范圍)，應對保護合頁有所幫助。張永強等[13]采用股骨遠端內(nèi)側閉合截骨術治療15例膝關節(jié)外側間室骨關節(jié)炎，截骨端采用股骨遠端鎖定接骨板固定，15例均獲得2年以上隨訪，術后3個月14例截骨處骨性愈合，1例因術中截骨合頁處骨皮質斷裂而延遲至術后6個月愈合，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個月時愈合，1例出現(xiàn)延遲愈合，第6個月時愈合。閉合截骨相對開放截骨的優(yōu)勢就是截骨面的完全對合以及骨折端的應力傳導，這些都可提高骨折愈合概率。但筆者個人認為，閉合截骨的最大優(yōu)勢為：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)生費用，所以開放截骨間隙一般大于15 mm才進行植骨[14]，即便植入同種異體骨，也勢必會影響截骨面的愈合時間及愈合概率。黃德勇等[15]對57例膝內(nèi)側閉合截骨，末次隨訪時截骨愈合良好，2膝在術后6個月隨訪時存在延遲愈合。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，骨愈合能力相對較強，張豐經(jīng)等[17]股骨遠端外側開放楔形截骨與內(nèi)側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，同時得出結論：股骨遠端外側開放楔形截骨術與內(nèi)側閉合楔形截骨術矯正膝關節(jié)外翻畸形均可取得較理想的治療效果，內(nèi)側閉合楔形截骨骨折愈合較快，但外側開放楔形截骨術骨量丟失少。閉合性截骨手術本身以及膝外翻患者年輕化，使得術后骨折愈合率較高，3D打印截骨模板并未起到明顯作用。

3.4 關節(jié)評分及滿意度調查 因本組患者均為年青患者，術前膝關節(jié)評分普遍偏高，無明顯功能受限，也無明顯疼痛，僅運動后輕度疼痛不適。HSS膝關節(jié)功能評分從術前平均90.6分改善至術后平均94.6分，差異無統(tǒng)計學意義。同樣Saragaglia等[18]對于42例患者行股骨遠端閉合楔形截骨并予以鋼板固定，術后22例患者感到滿意，18例患者感覺非常滿意，術后優(yōu)良率高達95.2%。雖然3D打印制作需要額外費用，但患者能看到清晰的手術計劃及定制化的3D截骨導板時，滿意度就已經(jīng)開始提升，尤其術后當患者看到下肢外觀明顯改變時，主觀滿意度達到最高。

于強等[19]指出盡管利用3D打印技術能夠更精準地輔助手術、縮短手術時間，取得良好效果，但3D打印技術也有其自身的缺陷，限制了其廣泛應用。3D打印流程較為復雜，包括鋪撒粉末、單層印刷、活塞下降、往復運動和印刷形成5個階段，在一定程度上增加了治療時間及醫(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比研究。b)例數(shù)較少，膝外翻患者數(shù)量遠少于關節(jié)炎內(nèi)翻患者，同時因患者下肢疼痛癥狀輕，手術治療決心不強烈，仍需積攢病例，觀察臨床療效。c)隨訪時間較短?；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)回顧股骨遠端開放及閉合截骨治療外翻膝伴關節(jié)炎患者滿意率中指出，隨著手術后時間延長，截骨生存率下降，其中一項研究報告6.5年的生存率為100%，而另一項研究報告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節(jié)炎患者10年隨訪的平均生存率為80%?？梢悦鞔_的是，對于年輕的膝外翻患者，即使伴有骨關節(jié)炎，截骨術雖然不是終極治療，但在防止關節(jié)早期退變的進程中有著積極作用。因此，隨著未來有必要對文中涉及的3D截骨和固定方法進行長期前瞻性的對比研究，明確3D技術價值所在。