3D打印个体化导板在下肢成角畸形螺钉植入中的应用

张洪涛，孔祥雪，史强，李旭，李鉴轶

(1.广东省中山市黄圃人民医院，广东 中山　528403；2.南方医科大学第三附属医院，广东 广州　510630；3.南方医科大学基础医学院，广东 广州　510515)



3D打印个体化导板在下肢成角畸形螺钉植入中的应用

张洪涛1，孔祥雪2，史强2，李旭2，李鉴轶3

(1.广东省中山市黄圃人民医院，广东 中山528403；2.南方医科大学第三附属医院，广东 广州510630；3.南方医科大学基础医学院，广东 广州510515)

目的探讨利用3D打印技术设计并制作个体化的快速成型导板用于辅助“8”字钢板置钉矫正下肢成角畸形的效果评价。方法根据下肢成角畸形的数据，依据钢板的钉孔间距数据利用CAD工程软件设计出个体化带有相互平行导孔的辅助置钉导板，并利用3D打印技术制作出来。术前消毒备用，术中在导板辅助下行空心螺钉植入，术后X线评估手术效果。结果所有螺钉均准确植入，植入成功率100%。无术中和术后并发症。随访6～18个月，股胫角矫正角度为6°～10°，下肢机械轴距膝关节中心距离矫正后为(1±1.5) cm，外形明显改善，手术前后比较，差异有统计学意义(P<0.05)。结论“8”字钢板技术在纠正下肢成角畸形能取得良好效果，3D成形导板能有效辅助“8”字钢板螺钉植入，手术简单，植入准确。

3D打印；螺钉植入；下肢成角畸形

下肢成角畸形是儿童常见的畸形骨病之一，影像学资料显示为儿童下肢力线异常，在临床上表现为不同程度的膝内、外翻畸形。下肢成角畸形不仅影响患儿的形体美感，严重的畸形如未及时治疗可引起行走功能障碍等一系列严重并发症[1]。

目前，治疗下肢成角畸形常用的手术方法为应用“8”字钢板行一侧骺板阻滞[2]。该方法经临床研究证实，矫正效果优于原有的“U”形钉技术[3-6]。在临床手术过程中，2 枚自攻型空心螺钉的植入角度不合适会造成螺钉和钢板间开合功能受限，影响螺钉改变角度的功能，并可能造成螺钉或钢板的断裂、矫正不足等一系列并发症，影响矫正效果。虽然2 枚螺钉不必保持平行状态，但保持平行状态可以最大限度的发挥“8”字钢板通过阻滞一侧骺板来矫正成角畸形的效果。因此，本研究的目的设计并制作一种“8”字钢板螺钉导向模块并通过3D打印技术快速成型导向模块来辅助螺钉植入，并评价其效果。

1　资料与方法

1.1一般资料回顾性分析了2013—2014年间在南方医科大学第三附属医院儿童骨科中心行膝内外畸形“8”字钢板阻滞术的22 例患儿(30患膝)，其中膝内翻26 膝，膝外翻4 膝。股骨、胫骨同时阻滞5 例，单独胫骨阻滞17 例，单独股骨阻滞8 例。其中男8 例(12患膝)，女14 例(18患膝)；年龄2～11 岁，平均年龄4.5 岁。术前测量股胫角为(15±6)°，表现为不同程度的下肢畸形及行走功能障碍。下肢机械轴距膝关节中心距离(5±2) cm。

1.2“8”字钢板螺钉导向模块的设计及制作在UG 6.0软件中，根据患儿的下肢数据，结合“8”字钢板3个圆心间距，设计出个体化的带有3个相互平行导向孔的导向模块(见图1)，导出为STL格式，并使用SLA快速成型机将导向模块实体使用光敏树脂打印出来。导向模块常规消毒后备用。

1.3手术方法手术前行X线双下肢站立位全长片检查，观察下肢力线，确定骺板异常位置及需要植入“8”字钢板的位置。患儿取仰卧位，采用连续硬膜外麻醉方法。常规手术野消毒后铺无菌单，并于大腿中段包扎空气止血带，压力200mm Hg。将C型臂置于床旁，进行X线透视确定骺板线的位置，然后将直径1 mm细克氏针插入股骨近端髓板线中心内。行纵行切口，钝性分离皮下组织，勿损伤骨膜。以细克氏针为中点放入导向模块，通过两侧导向孔植入2 枚2 mm克氏针(见图2～3)。去除导向模块，放入合适的“8”字钢板，然后沿克氏针钻入4.5 mm空心螺钉。经C型臂确认钢板位置正确后，冲洗伤口并使用无菌缝线缝合伤口。膝内翻的切口位于膝外侧，同理膝外翻的切口位于膝内侧。术后使用石膏外固定，术后3 d的使用抗生素常规治疗。

图1　带有3个相互平行导向孔的辅助置钉模板

图2　在模板辅助下，平行植入2枚克氏导针

图3　C型臂透视显示克氏导针平行植入

1.4术后处理术后每3个月复查一次，当下肢力线恢复正常时即手术取出“8”字钢板(股骨头与踝关节中点连线和膝关节中点连线重叠)。“8”字钢板固定时间为6～18个月。

1.5统计学分析采用SPSS 17.0软件对不同类型数据分别采用χ2检验和t检验等多种检验方法，以P<0.05为差异有统计学意义。

2　结　　果

术中螺钉均平行植入，术中X线显示螺钉位置佳，未穿过骨骺线及关节面，植入成功率100%。术后患儿创口无感染及深部血管神经损伤，伤口愈合良好。术后患儿每3个月来院复查站立位下肢全长X线片一次，观测到下肢力线轴已向膝关节中心靠拢，达正常角度后取出“8”字钢板(见图4)。“8”字钢板固定时间为6～18个月。

图4　术后X线片示下肢力线已恢复正常

股胫角矫正角度为6°～10°；下肢机械轴距膝关节中心距离矫正后为(1±1.5) cm。患儿术后随访时间为6～18个月，22 例30 膝中有28 膝畸形完全矫正，有2 例残留有股骨或胫骨的弓形畸形(术前有佝偻病)，全部患儿未出现螺钉或钢板断裂、下肢不等长、骨骺提前愈合等并发症。患儿家长对矫正结果满意。

导向模板引导下手术与传统手术对比，导向模板手术：手术时间(22±8) min，术中出血(10±5) mL，一次性植入准确率98%；传统手术：手术时间(45±7) min，术中出血(50±10) mL，一次性植入准确率75%。

手术前、后角度及偏心距对比，股胫角：术前(15±6)°，术后(7±4)°，P<0.05；下肢机械轴距膝关节中心距离：术前(5±2) cm，术后(1±1.5) cm，P<0.05。

3　讨　　论

膝内、外翻是常见的下肢成角畸形，表现为下肢自然伸直时，股骨和胫骨构成向内、向外的成角畸形。常见的临床症状为下肢步态异常，膝关节疼痛以及股骨髌骨窝与髌骨的位置异常[7]。X线片上显示为下肢力线轴异常。儿童时期的膝内外翻多是属于生理性的，下肢股骨胫骨的角度从新生儿到儿童再到青少年时期会有一个生理性的变化。在新生儿时期受姿势和活动因素的影响下肢呈轻度外翻，随着自身的不断矫正，至发育成熟时轻度的外翻也是正常的，此为生理性的成角畸形，不伴有功能障碍[8]。随着年龄的增长，一般是可以自愈的，但临床上需要定期随访复查，以观察自身矫正情况，如未恢复正常力线轴，需要进行干预治疗。病理性成角畸形的原因包括下肢骨折的畸形愈合、代谢性疾病、感染肿瘤、先天性干骺端发育不良等。恢复正常的解剖力线轴是治疗下肢成角畸形的关键。

传统采用胫骨近端截骨矫正成角畸形，但手术方法复杂，存在并发症多等风险。阻滞钉半骺阻滞术也曾作为一种简单有效的治疗方法被广泛应用。由于儿童时期自身有一定的自我矫正能力，有学者推荐男孩11～14 岁，女孩9～12 岁施行此手术[9]。然而，使用“U”形阻滞钉阻滞常伴有较多的并发症，如阻滞钉发生松动或是移位，髓板早闭等，从而影响治疗效果。近年来，在传统“U”形钉者髓板阻滞基础上改进的“8”字钢板单侧髓板阻滞术是一种手术新方法。施行“8”字钢板行一侧髓板阻滞术不仅实现了矫正下肢骨骼成角畸形，恢复生长力线性目标而且不易发生钢板移位和髓板早闭，更重要的是还可以预防膝关节炎的发生。

Stevens等[10]临床研究证实，其矫形速率甚至比“U”形钉技术增加30%。行“8”字钢板进行一侧髓板阻滞，螺钉与钢板之间构成合页结构，可改变角度，使用安全，也更符合生理特点。在进行空心螺钉植入过程中，2 枚螺钉虽不必完全平行植入，但平行植入螺钉可获得最大的矫正空间及效果，符合正常的生理特点。在临床手术过程中，2 枚自攻型空心螺钉的植入角度不合适会造成螺钉和钢板间开合功能受限，影响螺钉改变角度的功能，并可能造成螺钉或钢板的断裂、矫正不足等一系列并发症，影响矫正效果。虽然2 枚螺钉不必保持平行状态，但保持平行状态可以最大限度的发挥“8”字钢板通过阻滞一侧骺板来矫正成角畸形的效果。另外，不同年龄的儿童其下肢3 枚植入螺钉间距有所差别。

本研究应用个体化数据进行设计并通过3D打印快速成型技术制作的平行钉道置入模板，可准确的辅助螺钉平行植入，设计简单，使用操作方便，一人即可操作。术中，在该模块装置辅助下，一次即可成功准确平行植入2 枚螺钉，缩短了手术时间，减少X线的暴露，增加了年轻医师的手术信心。在临床使用过程中，因其操作简单可靠，获得小儿外科医生的一致好评。在术后的随访过程中发现，使用平行钉道植入模块辅助“8”字钢板置入，其矫正效果良好，股胫角由术前的(15±6)°矫正为术后的(7±4)°(P<0.05，差异有统计学意义)。下肢机械轴距膝关节中心距离由术前的(5±2) cm矫正为术后的(1±1.5) cm(P<0.05，差异有统计学意义)。患儿术前均未出现严重的手术并发症。患儿在随访结束后，畸形均获得矫正，下肢力线轴恢复正常，行走功能改善，未出现关节炎等并发症。家长对矫正治疗结果满意。

总之，使用基于3D打印快速成型技术的设计并制备的个体化平行置钉导向模块辅助“8”字钢板螺钉植入是一种简单有效的置钉方法，可最大限度的发挥“8”字钢板螺钉联合矫正下肢成角畸形的“合页”能力，减少射线的暴露及手术时间，增加年轻外科医师的手术信心，是对一侧骺板阻滞术治疗下肢成角畸形的进一步改进。

[1]杜晓杰，Peter MS，王萃芳，等.“8”字钢板法治疗儿童下肢成角畸形[J].中国矫形外科杂志，2006，14(15)：1140-1142.

[2]孙琳，孙保胜.“8”字钢板技术矫治小儿下肢成角畸形和肢体过度生长[J].武警医学，2012，23(6)：461-464.

[3]王勇，鲍昆.“8”字钢板半骨骺阻滞法治疗儿童下肢成角畸形[J].中国医师进修杂志，2014，37(27)：18-20.

[4]范竟一，孙琳，张学军，等.“8”字钢板技术治疗小儿下肢成角畸形及肢体过度生长44 例[J].临床小儿外科杂志，2013，12(3)：171-174，193.

[5]董轶非，周达飞，张建立，等.“8”字钢板治疗儿童低磷性佝偻病所致下肢畸形[J].中华小儿外科杂志，2014，35(3)：203-207.

[6]白金广，刘素萍.“8”字钢板在儿童膝部矫形中的应用[J].河南外科学杂志，2011，17(2)：53-54.

[7]刘天婧.“8”字钢板治疗青少年膝关节成角畸形的研究进展[J].中国矫形外科杂志，2010，18(14)：1190-1192.

[8]梅海波.“8”字钢板半骺板阻滞术治疗儿童下肢成角畸形[J].临床小儿外科杂志，2010，09(4)：314-315.

[9]Raab P，Wild A，Seller K，etal.Correction of length discrepancies and angular deformities of the leg by Blount′s epiphyseal stapling[J].Eur J Pediatr，2001，160(11)：668-674.

[10]Stevens PM，Maguire M，Dales MD，etal.Physeal stapling for idiopathic genu valgum[J].J Pediatr Orthop，1999，19(5)：645-649.

1008-5572(2016)05-0467-03

R682.6

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2015-09-25

张洪涛(1976- )，男，副主任医师，广东省中山市黄圃人民医院，528403。