基于CT數據六軸數字化骨科外固定架在膝關節復雜畸形中的臨床應用

王學，喬鋒，劉曙光

(1.陜西中醫藥大學，陜西 咸陽 712000；2.西安交通大學附屬西安市紅會醫院中西醫結合骨科，陜西 西安 710068)

膝關節為負重關節，下肢畸形造成力線不正，使得關節負重不平衡，引起膝關節局部疼痛不適，甚至關節過度磨損。佝僂病、Blount病、多發性骨軟骨瘤、骨折畸形愈合及其他原因導致的下肢畸形往往是多平面、多種畸形合并存在，如Blount病的脛骨內翻、股骨外翻并伴有脛骨短縮畸形，佝僂病會導致脛骨內翻、股骨內翻伴有小腿內旋畸形。關節畸形較明顯患者需盡早矯正力線。內固定矯正具有操作簡單、術后護理方便、對關節干擾較小等優點；缺點是無法矯正復雜多平面畸形，或者伴有肢體短縮畸形，當畸形嚴重時若術中即時矯正會有血管神經損傷和術后骨不愈合的風險，術后發現力線不滿意時只能通過再次手術矯正。外固定架矯正具有創傷小、軟組織破壞少、愈合快等優點，尤其適合畸形較大，或伴有肢體短縮畸形或復雜多平面畸形同時存在時，可以通過術后緩慢矯正，減少對神經血管皮膚等的張力；缺點是對工作生活影響大于內固定[1-3]。

泰勒空間支架(taylor spatial frame，TSF)，簡稱泰勒架，基于Stewart平臺，是一種骨科機器人，可以利用計算機軟件進行骨折復位和畸形矯正，被稱為全世界最先進的骨科外固定架，但復位精度不高、固定不牢靠、操作繁瑣、學習曲線長等缺點限制其臨床應用推廣[4-5]。基于以上現狀，西安市紅會醫院自主研發一種基于CT數據六軸數字化骨科外固定架(Q spatial frame，QSF)，其結構與泰勒架類似，由遠、近端2個環和6根連接桿組成，通過調節6根連接桿的長度對畸形處進行三維六度空間上的矯正(見圖1)。其配套軟件基于CT數據，而且通過對連接桿的結構優化，所以在復位精度、固定效果、學習曲線、術中操作和術后繁瑣程度等方面，均明顯優于泰勒架。2018年5月至2019年10月西安市紅會醫院中西醫結合骨科利用QSF治療膝關節復雜畸形患者8例，均取得良好療效，現報告如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料 納入標準：(1)18歲<年齡≤65歲；(2)脛骨近端內側角≤80°，或多平面復雜畸形，或伴有肢體短縮≥2 cm；(3)膝關節關節穩定性可，且肌力不小于Ⅵ級；(4)因皮膚條件等問題不適合使用內固定治療；(5)配合治療并完成隨訪。排除標準：(1)血管、神經等軟組織不適合牽張；(2)明確診斷有風濕和類風濕膝關節炎或膝關節周圍感染；(3)不能遵醫囑治療并完成隨訪。

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。術前常規拍攝雙下肢負重位全長X線片，測量脛股角(femorotibial angle，FTA)、髖-膝-踝角(hip knee ankle angle，HKA)、脛骨近端內側角(medial proximal tibial angle，MPTA)、脛骨平臺后傾角、小腿旋轉、下肢長度，判斷有無下肢畸形及畸形來源。

圖1 QSF結構及外觀照

1.2 手術方法 患者取仰臥位，全麻或硬膜外阻滯麻醉。于腓骨中下段做長約3 cm縱形切口，行腓骨截骨，根據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，內外側各做長約1.5 cm的縱形切口，切開并推開骨膜，行脛骨微創截骨(不完全截斷，便于外固定架的安裝)。根據肢體畸形預設外固定架的構型，將組裝好的QSF套進患肢。調整遠、近端兩個環的位置，使得兩個環與所固定的骨段中軸線垂直并居于肢體中央，環的內緣與周圍皮膚距離大致相同(約2～3 cm)，這樣待畸形矯正后，兩個環基本平行，較為美觀。

近端選用C形環，避免影響膝關節屈曲活動。于截骨處的近端平行脛骨平臺關節線，由后外向前內鉆入1枚2.0 mm的固定針，將近端環固定，再次檢查確認環居中，不影響膝關節屈曲。然后由前外向后內鉆入另1枚2.0 mm固定針。調整遠端環的位置，用半針或全針固定遠端環，遠、近端環分別用4枚固定針固定，2.0 mm全針需進行牽張，半針需雙皮質固定，通過透視確定固定針的長度合適。記錄6根連接桿的長度(初始長度)，用骨刀截斷或者扭轉兩個環致骨完全被截斷，然后再將6根連接桿的長度恢復到初始長度，獲得截骨處骨面的良好對合。縫合傷口，包扎固定針孔，術畢。

1.3 術后QSF調整 術后CT掃描獲得下肢DICOM數據，通過配套軟件計算獲得“三維外架矯正處方”(見圖2)。術后依據該處方緩慢調節6根連接桿的長度，逐步矯正畸形和下肢力線。調整結束后攝X線片復查是否需要再次調整，如果畸形矯正滿意，力線恢復良好，則擰緊頂絲，繼續固定直至截骨處愈合。拆除外固定架，如果位置欠佳，則重新計算獲得第二次調整處方(不需要重新掃描CT)。

1.4 評價標準 采用美國膝關節協會(the American knee society，AKS)膝關節評分對患者疼痛、關節功能、畸形等進行評估。采用疼痛視覺模擬評分(visual analogue scale，VAS)對疼痛程度進行評估，Tegner膝關節運動功能評分和膝關節活動度(range of motion，ROM)對于患者運動功能進行評估。術前、術后均拍攝雙下肢負重位全長X線片，測量FTA和HKA，評估下肢力線。

2 結 果

2.1 圍手術期情況 手術時間62～95 min，平均(78.60±11.15)min；術中出血量83～145 mL，平均(110.80±24.37)mL；住院時間6～9 d，平均(6.92±1.75)d。術后1 d按照處方將QSF的6根連接桿調整后即可完全負重下地行走，并進行直腿抬高、屈曲伸直等功能康復鍛煉。術后所有患者均未出現傷口感染、神經損傷、截骨端骨不愈合、下肢深靜脈血栓等并發癥。

2.2 隨訪結果 8例患者均獲隨訪，隨訪時間6～10個月，平均(9.56±1.06)個月。截骨處在術后3個月均達到骨性愈合。VAS術后3個月與術前比較差異無統計學意義(P>0.05)。AKS評分術后3個月相比術前顯著增加，差異有統計學意義(P<0.05)；FTA及HKA術后3個月均優于術前，差異均有統計學意義(P<0.05)。術前與拆除外架后的膝關節ROM比較差異無統計學意義(P>0.05)，見表1。

表1 手術前后VAS、AKS評分、Tegner評分、FTA、HKA比較

2.3 典型病例 (1)37歲女性患者，低磷性佝僂病，雙下肢膝內翻畸形23年。23年前患者在當地醫院攝X線片示雙下肢膝內翻畸形，行雙下肢矯形術，矯形理想。隨后因年齡增長，雙下肢膝內翻復發，于我院分期行雙下肢截骨矯形外固定架固定術。一期右下肢矯正，術后1年矯形滿意。二期左下肢矯正，術后畸形矯正良好(術前MPTA=67°，FTA=212°，術后MPTA=88°，FTA=178°)，術后1年畸形未復發(見圖3～5)。(2)37歲女性患者，患者4歲開始逐漸出現雙下肢內翻畸形，畸形逐漸增大。1年前患者出現雙膝關節內側疼痛，行走時間較長時疼痛明顯。雙膝關節活動可。左膝關節ROM=110°，右膝關節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，術后矯形良好，截骨處愈合良好(見圖6～8)。(3)42歲男性患者，右膝關節疼痛不適3年，行走時間較長后疼痛加重明顯。X線片示右膝內翻畸形，右下肢MPTA=71°，FTA=204°。行右下肢截骨矯形外固定架固定術，術后X線片示畸形矯正滿意，測得MPTA=89°，FTA=180°(見圖9～11)。

圖2 QSF調整處方

圖3 一期術后1年X線片示右下肢矯形滿意；左下肢膝關節內翻畸形 圖4 二期術后X線片示左下肢畸形已矯正 圖5 二期術后1年X線片示左下肢截骨處愈合良好，下肢力線良好，畸形未復發

圖6 術前X線片示雙下肢內翻畸形明顯 圖7 術中X線片可見截骨滿意，外固定架位置良好 圖8 術后6個月X線片示截骨處愈合良好，右下肢力線良好

圖9 術前X線片示雙膝關節內翻畸形 圖10 術中X線片示截骨滿意，外固定架位置良好 圖11 術后4個月X線片示右膝內翻畸形得以矯正，截骨處愈合良好

3 討 論

3.1 內固定與外固定 脛骨高位截骨是目前應用最廣泛的截骨矯形術式，這主要得益于鎖定角鋼板的出現，大大提高了脛骨高位截骨的牢靠性[6]。但對于畸形嚴重或者伴有肢體短縮者僅使用內固定矯正骨的畸形是不夠的，還應將軟組織牽拉考慮在內。有研究表明，使用內固定脛骨高位截骨后，脛骨后傾角發生了明顯變化[7-9]，改變了正常膝關節的生物力學。而使用外固定矯正膝關節畸形對脛骨后傾角影響很小[10]，本研究也證實了這一點。使用外固定矯正膝關節內翻畸形的另一個優點是可以將脛骨遠端向外側平移，有助于更好地對齊下肢機械軸，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、神經血管損傷、肌肉或肌腱損傷、延遲愈合等風險，需要有細致的穿針技術以及皮膚和針道的護理。根據我們的經驗，術后用安爾碘紗布纏繞包裹針道，3～5 d更換1次敷料，1個月后可無需包扎，囑患者每日用安爾碘消毒針道。本研究的8例患者依據此法，無一例發現針道感染。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，用于給斷端施加應力。

3.2 泰勒架和六軸數字化骨科外固定架 泰勒架是目前世界上應用最廣泛的外固定架，尤其在肢體矯形領域，有復位精準、安裝簡便、易于操作等優點。Robinson等[1]和Sakamoto等[12]使用泰勒氏架輔助內側開放性脛骨高位截骨治療膝骨關節炎并膝內翻，獲得了滿意療效。但要熟練掌握泰勒氏架需要漫長的學習過程，目前國內能熟練應用泰勒氏架的醫生仍很少。應用泰勒氏架矯正肢體畸形必須確定13個參數：3個支架參數，4個安裝參數和6個畸形參數。每一個參數的測量失誤都會影響到最終的矯形結果，并且應用TSF后的調整取決于精確的前后和側位射線測量，以產生最準確的輸出程序。且X線片需要在與參考環正交的平面上拍攝，因此術后常需多次調整[4-5]。其次，TSF即刻穩定性較差，為了增加斷端的應力，常需要在兩側另外安裝固定連桿[13]。

由西安市紅會醫院自行研制的基于CT數據六軸數字化骨科外固定架，由6根相互成角的可伸縮桿與2個平面環(或半環)連接而成。安裝后不需要測量繁雜的參數，也無需拍攝嚴格的X線片，僅需在術后對患肢進行CT平掃，即可利用配套的計算機軟件處理CT數據，該軟件操作簡單，學習曲線短，無需專業培訓即可掌握。利用軟件計算出6根連接桿需要調節的長度后給出處方，從而完成矯形。因該計算軟件基于CT數據，通過QSF矯正后的下肢力線更加精準，且QSF可多次調節，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，隨訪時間較短，需進一步增加樣本量及延長隨訪時間，其次本研究未設立對照組。期待日后設計病例數更大、隨訪時間更長的隨機對照試驗，以證實該方法的有效性。

綜上所述，本研究結果表明，使用基于CT數據六軸數字化骨科外固定架配合脛腓骨截骨是治療膝關節復雜畸形的一種精準有效的治療手段，具有手術操作簡單、固定牢靠、創傷小、并發癥少等優點，具有一定的臨床應用價值。