3D打印截骨导板辅助股骨内侧髁上闭合楔形截骨治疗膝外翻

王斌，韩守江，张合，张昭军，高小康，李江涛

(华北医疗集团峰峰总院邯郸院区骨三科，河北 邯郸 056002)

膝关节内外翻畸形均会导致膝关节软骨受力不均，长期磨损导致的软骨缺损也会增加内外翻程度，形成恶性循环，从而加快膝关节炎的发生。相对外翻畸形，膝关节内翻畸形临床更为常见。当下国内流行3D打印截骨导板用于胫骨高位开放截骨治疗膝内翻，同样也可应用于股骨内侧髁上闭合楔形截骨，将下肢力线从外侧间室恢复到膝关节中心或与健侧肢体相同[1]，从而预防骨关节炎的作用。本文选取2017年2月至2019年5月，华北医疗集团峰峰总院邯郸院区膝外翻行3D打印截骨导板辅助下股骨内侧髁上闭合楔形截骨的16例患者资料，结果矫正满意，疗效可靠，现报告如下。

1 资料与方法

1.1 临床资料 本研究包括膝外翻患者16例，男性10例，女性6例；年龄18～34岁，平均25.25岁。膝外翻原因：5例儿童期外伤手术后，3例外伤及石膏固定术后，2例疑似外伤未曾治疗，6例无明显外伤病史。入选标准：a)单膝关节外翻畸形，且健侧无明显外伤或手术病史；b)患膝关节内侧间室无关节炎表现及症状，和或外侧间室轻度骨关节炎表现及症状(根据Kellgren-Lawrence分级<Ⅱ级)；c)患膝无韧带重建及半月板手术病史，同时患侧髋踝关节无畸形及手术病史。排除3例，1例女性患者术中截骨+外侧盘状半月板切除，2例男性患者股骨胫骨同时截骨，纠正外翻畸形。本研究已获得华北医疗峰峰总医院伦理委员会批准(201702)，所有患者均知情同意并签署知情同意书。

1.2 目标力线及3D截骨导板制作

1.2.1 术前目标力线及截骨角度设计 a)患膝无关节炎表现，或患膝内侧平台X线片有骨关节炎表现则将其力线设计为50%；b)如果患侧膝关节外侧平台X线片有骨关节炎表现，则将其力线设计为45%。(本文参考国际标准将最内侧胫骨平台设定为0%，最外侧胫骨平台为100%)；c)依据Miniaci测量法[2]：测量患膝关节力线及各个角度，明确患膝外翻原因为mLDFA<85°。于股骨髁外上侧皮质选取合页点，测量合页点到髋关节中心点的线段长度，以合页点为圆心，以该线段为半径旋转，与设计目标力线相交后所旋转的角度即截骨角度。

1.2.2 定制截骨导板 术前患者进行双源CT(电压为120 kV，电流为209.3 mAs)扫描，扫描层厚1 mm，层间隔2 mm。将扫描的数据以DICOM格式保存，将数据导入Mimics10.0建模软件，重建出膝关节的三维模型，定做3D截骨导板，配套使用股骨远端内侧截骨钢板(钢板型号0502-0000-06)，锁定螺钉直径5 mm(见图1～2)。

图1 定制的3D截骨导板 图2 配套的股骨内侧截骨钢板

1.3 手术方法 患者使用腰麻+硬膜外麻醉，患肢捆扎止血带，下肢碘酒酒精消毒皮肤，铺无菌手术巾单。术中取大腿远端内侧入路，切开皮肤、深筋膜，钝性分离股内侧肌和大收肌之间的间隙，暴露股骨远端及股骨内髁。钝性分离股骨后侧肌群，插入肌肉挡板，术中充分暴露股骨内侧髁部分，将3D打印截骨模板在股骨内侧髁滑动，使模板位于股骨最贴合处或势能最低、最稳定处。仅钻入截骨导向槽远侧截骨面定位克氏针，触摸解剖标志，使克氏针满足以下要求：冠状面，髌骨上极水平与克氏针进针点水平高度差约2 cm。矢状面，内侧股骨髁最远端与克氏针进针点高度约5 cm。术中透视见：克氏针标定截骨平面，使截骨线起自股骨远端内侧的髁上区域，向远端外侧斜行，与关节线约成20°夹角，经过髌骨滑车软骨近端约1cm的距离，止于股骨外侧髁上缘[3]，然后钻入其他克氏针固定截骨导板。摆据通过3D截骨板导向槽截断股骨，保留约1 cm合页，取出楔形骨块后闭合股骨，克氏针由远端股骨髁向股骨近端临时固定，取下截骨导板，将配套的截骨钢板放置合适位置，依次钻孔、测深，拧入合适螺钉，将楔形骨块修剪成骨颗粒，予股骨后侧植骨。留置引流管1根，依次逐层缝合伤口，棉垫及弹力绷带加压包扎。

1.4 术后处理 术后6 h后，即开始功能锻炼，引流管24～48 h后拔出。同时下肢足底气压反射治疗及低分子肝素治疗，防止血栓。24 h后可扶双拐下地活动，持续10～12周，同时行X线检查，观察骨折愈合情况。

1.5 统计学处理 使用SPSS 18.0软件进行统计学分析。使用配对t检验对术前和术后的下肢力线比率(weight bearing lineratio，WBLR)、股胫角(femorotibial angle，FTA)、股骨外侧机械轴角(mechanical lateral distal femoral angle，mLDFA)和美国特种外科医院(the hospital special surgery，HSS)膝关节评分进行比较。P<0.05为差异有统计学意义。

2 结 果

2.1 一般情况 患者获得5～22个月随访。术后12～14 d均一期愈合，顺利拆线出院，关节活动范围0°～120°。3个月时，1例愈合不良，6个月后时延迟愈合，其他12例截骨均取得临床愈合，弃拐行走。

2.2 术后测量及评价 WBLR：最内侧胫骨平台至外侧胫骨平台，平均分成100份，内侧起始0%，最外侧结束100%，超出胫骨平台外侧则大于100%。患者术前WBLR均值83.5%(75%～114%)，术后均值48.5%(45.8%～49.7%)，平均改善35%(25.3%～68.2%)。FTA：股骨解剖轴与胫骨解剖轴之间的夹角，正常为173°～175°。本组患者术前FTA均值161.2°(155°～168°)，术后均值175.4°(170°～178.2°)，平均改善13.4°(9°～15°)。mLDFA：股骨机械轴与股骨关节面的外侧夹角，正常值为85°～90°。本组患者术前mLDFA均值76.2°(67°～78°)，术后均值88.7°(85.2°～91.5°)，平均改善12.6°(7.2°～24.5°)。术前、术后各项数值比较，差异均有统计学意义(P<0.05)。13例患者中6例合页断裂，其中5例术中见合页断裂，术后扶双拐2周内复查；有1例患者术后出现合页断裂。HSS膝关节功能评分从术前90.6分(76～97分)改善至术后94.6分(88～99分)，但差异无统计学意义(P>0.05)。13膝中12例3个月时骨折愈合，1例膝6个月后延迟愈合，均无感染等其他并发症。

表1 术前术后各项数值比较

典型病例为一23岁男性患者，因下肢外观畸形需要手术改善入院。术前诊断：右膝外翻畸形(股骨远端外翻畸形)；右膝习惯性髌骨脱位。患者因经济条件所限，要求仅行3D打印截骨导板股骨远端闭合截骨，矫正外翻畸形。术后患者满意度高，3个月复查时截骨端愈合良好(见图3～11)。

图3 术前mLDFA及FTA测量示意 图4 根据Miniaci法测量截骨矫正角度 图5 截骨效果模拟图

图6 克氏针标定截骨平面位置，固定截骨模板 图7 截骨完成后，克氏针临时固定 图8 去除导板，钢板固定截骨端

图9 矫形前外侧骨皮质压力为压应力 图10 矫形后外侧骨皮质压力为张应力

图11 术后3个月复查X线片示截骨端愈合良好

3 讨 论

3.1 精准度满意 膝关节外翻畸形矫正范围与膝关节内翻比较，无国际公认的截骨标准。但明确的是当膝关节力线位于膝关节中心时，大部分压力就已经转移到内侧关节间隙。只有当外侧关节间隙有关节炎表现时才会考虑增加力线内移，认同度较高的标准为45%。同时膝外翻患者主要为青壮年人群，就诊的主要目的为改善跛行步态，改善下肢外观，预防关节炎，解决运动后轻度疼痛。所以术后将下肢力线调整到45%～50%，对提高患者满意度同时改善疼痛症状来说是明智的选择[3]。过度矫正防止外侧关节炎没有必要，矫正不足则大大降低患者满意率，5%的力线满意空间对手术精度提出了更高的要求。我科以往开展术中徒手截骨，术前虽有测量，但在术中截骨完成以及闭合截骨面，透视髋膝踝关节中心时，发现力线矫正不足，则需要再次增加截骨量，这很容易导致截骨量过多，反而增加出现过度矫正风险[4]。3D打印技术，术前完成设计，制作成3D模板，安放膝关节内侧正确位置后，依据设计好的卡槽截骨，保证两刀就可达到术前设计角度，避免“第三刀”，从根本上减少过度矫正的风险，更加容易使术后力线位于5%的满意空间。陈国仙等[5]指出，3D打印技术制备的截骨导航模板可以辅助股骨远端截骨术(distal femur osteotomy，DFO)术中截骨，避免多次截骨，减少截骨周围组织损伤，提高精度同时减少合页损伤概率。本研究病例的WBLR由术前75%～114%，进入术后45.8%～49.7%满意空间，手术效果理想。

3.2 合页断裂 本组13例患者中有6例合页断裂，其中5例术中见合页断裂，术后扶双拐2周内复查；有1例患者术后出现合页断裂。合页断裂分析：a)应力改变。患膝mLDFA大于正常值，根据力学分析，股骨远端外侧皮质受到的应为“压应力”，此处骨小梁等显微结构塑形必然适应压应力[6]。当进行楔形截骨以及闭合截骨端，mLDFA恢复正常值后，骨远端外侧皮质合页受到张应力。应力方向急剧改变以及显微骨小梁结构的不适张应力可能是合页断裂的主要力学及生理原因。b)合页损伤。相比较开放性截骨，闭合截骨需要2刀，同时使用骨凿去除截骨间隙内残留骨质，防止截骨端闭合不全时，导致纠正不足。虽有保留1 cm厚合页，但骨凿使用增加合页断裂风险。同时无法完全清理的截骨残渣或截骨断面凹凸不整，在闭合截骨面时形成支点，产生“跷跷板效应”导致合页断裂。相比较“一刀流”的开放截骨，即使应用精确的3D模板引导，闭合截骨这种缺陷也无法避免[7-8]。Nha等[9]在股骨远端闭合截骨治疗髌骨脱位的研究中发现，合页断裂概率较高。Forkel等[10]通过对32例中青年膝关节外翻患者行股骨远端内侧闭合楔形截骨术，并使用钢板内固定，平均随访3.5年，主要并发症为外侧合页皮质骨折，但并不影响截骨愈合。同样对比胫骨高位闭合及开放截骨，也存在此问题，Sun等[11]在胫骨高位开放性及闭合性截骨治疗膝内翻研究中指出，胫骨闭合截骨导致合页断裂的概率升高明显[12]。因此，闭合截骨可能是导致合页断裂的重要原因，但并不影响骨愈合率。我们对此进行了改进：a)提高手术操作技巧，取1.5 mm克氏针于外侧合页钻孔、减张，缓慢折叠合页等；b)增加合页宽度(可能导致截骨精度下降)；c)减少截骨闭合角度(可能会限制矫正范围)，应对保护合页有所帮助。张永强等[13]采用股骨远端内侧闭合截骨术治疗15例膝关节外侧间室骨关节炎，截骨端采用股骨远端锁定接骨板固定，15例均获得2年以上随访，术后3个月14例截骨处骨性愈合，1例因术中截骨合页处骨皮质断裂而延迟至术后6个月愈合，这说明我科截骨治疗水平仍有很大提升空间。

3.3 愈合率 本组患者共13例，12例3个月时愈合，1例出现延迟愈合，第6个月时愈合。闭合截骨相对开放截骨的优势就是截骨面的完全对合以及骨折端的应力传导，这些都可提高骨折愈合概率。但笔者个人认为，闭合截骨的最大优势为：必然植骨。所谓必然植骨，是医师将截骨完成后产生的楔形骨块修剪成骨颗粒，在截骨平面植入自体骨，这也极大地促进了骨折愈合。相比较开放性截骨，没有剩余骨产生，要想植骨必然产生费用，所以开放截骨间隙一般大于15 mm才进行植骨[14]，即便植入同种异体骨，也势必会影响截骨面的愈合时间及愈合概率。黄德勇等[15]对57例膝内侧闭合截骨，末次随访时截骨愈合良好，2膝在术后6个月随访时存在延迟愈合。邓翔天等[16]24例股骨内髁截骨均一期愈合，这也充分佐证闭合截骨愈合率高的普遍性。同时不可忽略的重要因素为膝外翻患者多为青壮年，骨愈合能力相对较强，张丰经等[17]股骨远端外侧开放楔形截骨与内侧闭合楔形截骨治疗膝外翻的疗效比较中，50例均为中青年患者，同时得出结论：股骨远端外侧开放楔形截骨术与内侧闭合楔形截骨术矫正膝关节外翻畸形均可取得较理想的治疗效果，内侧闭合楔形截骨骨折愈合较快，但外侧开放楔形截骨术骨量丢失少。闭合性截骨手术本身以及膝外翻患者年轻化，使得术后骨折愈合率较高，3D打印截骨模板并未起到明显作用。

3.4 关节评分及满意度调查 因本组患者均为年青患者，术前膝关节评分普遍偏高，无明显功能受限，也无明显疼痛，仅运动后轻度疼痛不适。HSS膝关节功能评分从术前平均90.6分改善至术后平均94.6分，差异无统计学意义。同样Saragaglia等[18]对于42例患者行股骨远端闭合楔形截骨并予以钢板固定，术后22例患者感到满意，18例患者感觉非常满意，术后优良率高达95.2%。虽然3D打印制作需要额外费用，但患者能看到清晰的手术计划及定制化的3D截骨导板时，满意度就已经开始提升，尤其术后当患者看到下肢外观明显改变时，主观满意度达到最高。

于强等[19]指出尽管利用3D打印技术能够更精准地辅助手术、缩短手术时间，取得良好效果，但3D打印技术也有其自身的缺陷，限制了其广泛应用。3D打印流程较为复杂，包括铺撒粉末、单层印刷、活塞下降、往复运动和印刷形成5个阶段，在一定程度上增加了治疗时间及医疗成本。

本文存在不足：a)无系统回顾性研究。我科在3D热潮兴起前，曾开展徒手闭合截骨，但数量较少，无法形成有说服力的对比研究。b)例数较少，膝外翻患者数量远少于关节炎内翻患者，同时因患者下肢疼痛症状轻，手术治疗决心不强烈，仍需积攒病例，观察临床疗效。c)随访时间较短。患者就诊目的多为外观因素，短期内患者满意度度高。Chahla等[20]在系统回顾股骨远端开放及闭合截骨治疗外翻膝伴关节炎患者满意率中指出，随着手术后时间延长，截骨生存率下降，其中一项研究报告6.5年的生存率为100%，而另一项研究报告20年的生存率为21.5%。开放和闭合楔形治疗伴有外翻畸形及骨关节炎患者10年随访的平均生存率为80%。可以明确的是，对于年轻的膝外翻患者，即使伴有骨关节炎，截骨术虽然不是终极治疗，但在防止关节早期退变的进程中有着积极作用。因此，随着未来有必要对文中涉及的3D截骨和固定方法进行长期前瞻性的对比研究，明确3D技术价值所在。