基于CT数据六轴数字化骨科外固定架在膝关节复杂畸形中的临床应用

王学，乔锋，刘曙光

(1.陕西中医药大学，陕西 咸阳 712000；2.西安交通大学附属西安市红会医院中西医结合骨科，陕西 西安 710068)

膝关节为负重关节，下肢畸形造成力线不正，使得关节负重不平衡，引起膝关节局部疼痛不适，甚至关节过度磨损。佝偻病、Blount病、多发性骨软骨瘤、骨折畸形愈合及其他原因导致的下肢畸形往往是多平面、多种畸形合并存在，如Blount病的胫骨内翻、股骨外翻并伴有胫骨短缩畸形，佝偻病会导致胫骨内翻、股骨内翻伴有小腿内旋畸形。关节畸形较明显患者需尽早矫正力线。内固定矫正具有操作简单、术后护理方便、对关节干扰较小等优点；缺点是无法矫正复杂多平面畸形，或者伴有肢体短缩畸形，当畸形严重时若术中即时矫正会有血管神经损伤和术后骨不愈合的风险，术后发现力线不满意时只能通过再次手术矫正。外固定架矫正具有创伤小、软组织破坏少、愈合快等优点，尤其适合畸形较大，或伴有肢体短缩畸形或复杂多平面畸形同时存在时，可以通过术后缓慢矫正，减少对神经血管皮肤等的张力；缺点是对工作生活影响大于内固定[1-3]。

泰勒空间支架(taylor spatial frame，TSF)，简称泰勒架，基于Stewart平台，是一种骨科机器人，可以利用计算机软件进行骨折复位和畸形矫正，被称为全世界最先进的骨科外固定架，但复位精度不高、固定不牢靠、操作繁琐、学习曲线长等缺点限制其临床应用推广[4-5]。基于以上现状，西安市红会医院自主研发一种基于CT数据六轴数字化骨科外固定架(Q spatial frame，QSF)，其结构与泰勒架类似，由远、近端2个环和6根连接杆组成，通过调节6根连接杆的长度对畸形处进行三维六度空间上的矫正(见图1)。其配套软件基于CT数据，而且通过对连接杆的结构优化，所以在复位精度、固定效果、学习曲线、术中操作和术后繁琐程度等方面，均明显优于泰勒架。2018年5月至2019年10月西安市红会医院中西医结合骨科利用QSF治疗膝关节复杂畸形患者8例，均取得良好疗效，现报告如下。

1 资料与方法

1.1 一般资料 纳入标准：(1)18岁<年龄≤65岁；(2)胫骨近端内侧角≤80°，或多平面复杂畸形，或伴有肢体短缩≥2 cm；(3)膝关节关节稳定性可，且肌力不小于Ⅵ级；(4)因皮肤条件等问题不适合使用内固定治疗；(5)配合治疗并完成随访。排除标准：(1)血管、神经等软组织不适合牵张；(2)明确诊断有风湿和类风湿膝关节炎或膝关节周围感染；(3)不能遵医嘱治疗并完成随访。

共纳入患者8例(10膝)，其中男2例(2膝)，女6例(8膝)；年龄18～57岁，平均(47.10±12.47)岁。术前常规拍摄双下肢负重位全长X线片，测量胫股角(femorotibial angle，FTA)、髋-膝-踝角(hip knee ankle angle，HKA)、胫骨近端内侧角(medial proximal tibial angle，MPTA)、胫骨平台后倾角、小腿旋转、下肢长度，判断有无下肢畸形及畸形来源。

图1 QSF结构及外观照

1.2 手术方法 患者取仰卧位，全麻或硬膜外阻滞麻醉。于腓骨中下段做长约3 cm纵形切口，行腓骨截骨，根据胫骨畸形情况决定是否去掉一段腓骨。以胫骨上段畸形处为中心，内外侧各做长约1.5 cm的纵形切口，切开并推开骨膜，行胫骨微创截骨(不完全截断，便于外固定架的安装)。根据肢体畸形预设外固定架的构型，将组装好的QSF套进患肢。调整远、近端两个环的位置，使得两个环与所固定的骨段中轴线垂直并居于肢体中央，环的内缘与周围皮肤距离大致相同(约2～3 cm)，这样待畸形矫正后，两个环基本平行，较为美观。

近端选用C形环，避免影响膝关节屈曲活动。于截骨处的近端平行胫骨平台关节线，由后外向前内钻入1枚2.0 mm的固定针，将近端环固定，再次检查确认环居中，不影响膝关节屈曲。然后由前外向后内钻入另1枚2.0 mm固定针。调整远端环的位置，用半针或全针固定远端环，远、近端环分别用4枚固定针固定，2.0 mm全针需进行牵张，半针需双皮质固定，通过透视确定固定针的长度合适。记录6根连接杆的长度(初始长度)，用骨刀截断或者扭转两个环致骨完全被截断，然后再将6根连接杆的长度恢复到初始长度，获得截骨处骨面的良好对合。缝合伤口，包扎固定针孔，术毕。

1.3 术后QSF调整 术后CT扫描获得下肢DICOM数据，通过配套软件计算获得“三维外架矫正处方”(见图2)。术后依据该处方缓慢调节6根连接杆的长度，逐步矫正畸形和下肢力线。调整结束后摄X线片复查是否需要再次调整，如果畸形矫正满意，力线恢复良好，则拧紧顶丝，继续固定直至截骨处愈合。拆除外固定架，如果位置欠佳，则重新计算获得第二次调整处方(不需要重新扫描CT)。

1.4 评价标准 采用美国膝关节协会(the American knee society，AKS)膝关节评分对患者疼痛、关节功能、畸形等进行评估。采用疼痛视觉模拟评分(visual analogue scale，VAS)对疼痛程度进行评估，Tegner膝关节运动功能评分和膝关节活动度(range of motion，ROM)对于患者运动功能进行评估。术前、术后均拍摄双下肢负重位全长X线片，测量FTA和HKA，评估下肢力线。

2 结 果

2.1 围手术期情况 手术时间62～95 min，平均(78.60±11.15)min；术中出血量83～145 mL，平均(110.80±24.37)mL；住院时间6～9 d，平均(6.92±1.75)d。术后1 d按照处方将QSF的6根连接杆调整后即可完全负重下地行走，并进行直腿抬高、屈曲伸直等功能康复锻炼。术后所有患者均未出现伤口感染、神经损伤、截骨端骨不愈合、下肢深静脉血栓等并发症。

2.2 随访结果 8例患者均获随访，随访时间6～10个月，平均(9.56±1.06)个月。截骨处在术后3个月均达到骨性愈合。VAS术后3个月与术前比较差异无统计学意义(P>0.05)。AKS评分术后3个月相比术前显著增加，差异有统计学意义(P<0.05)；FTA及HKA术后3个月均优于术前，差异均有统计学意义(P<0.05)。术前与拆除外架后的膝关节ROM比较差异无统计学意义(P>0.05)，见表1。

表1 手术前后VAS、AKS评分、Tegner评分、FTA、HKA比较

2.3 典型病例 (1)37岁女性患者，低磷性佝偻病，双下肢膝内翻畸形23年。23年前患者在当地医院摄X线片示双下肢膝内翻畸形，行双下肢矫形术，矫形理想。随后因年龄增长，双下肢膝内翻复发，于我院分期行双下肢截骨矫形外固定架固定术。一期右下肢矫正，术后1年矫形满意。二期左下肢矫正，术后畸形矫正良好(术前MPTA=67°，FTA=212°，术后MPTA=88°，FTA=178°)，术后1年畸形未复发(见图3～5)。(2)37岁女性患者，患者4岁开始逐渐出现双下肢内翻畸形，畸形逐渐增大。1年前患者出现双膝关节内侧疼痛，行走时间较长时疼痛明显。双膝关节活动可。左膝关节ROM=110°，右膝关节ROM=105°。右膝疼痛较明显，先行右下肢截骨矫形外固定架固定术，术后矫形良好，截骨处愈合良好(见图6～8)。(3)42岁男性患者，右膝关节疼痛不适3年，行走时间较长后疼痛加重明显。X线片示右膝内翻畸形，右下肢MPTA=71°，FTA=204°。行右下肢截骨矫形外固定架固定术，术后X线片示畸形矫正满意，测得MPTA=89°，FTA=180°(见图9～11)。

图2 QSF调整处方

图3 一期术后1年X线片示右下肢矫形满意；左下肢膝关节内翻畸形 图4 二期术后X线片示左下肢畸形已矫正 图5 二期术后1年X线片示左下肢截骨处愈合良好，下肢力线良好，畸形未复发

图6 术前X线片示双下肢内翻畸形明显 图7 术中X线片可见截骨满意，外固定架位置良好 图8 术后6个月X线片示截骨处愈合良好，右下肢力线良好

图9 术前X线片示双膝关节内翻畸形 图10 术中X线片示截骨满意，外固定架位置良好 图11 术后4个月X线片示右膝内翻畸形得以矫正，截骨处愈合良好

3 讨 论

3.1 内固定与外固定 胫骨高位截骨是目前应用最广泛的截骨矫形术式，这主要得益于锁定角钢板的出现，大大提高了胫骨高位截骨的牢靠性[6]。但对于畸形严重或者伴有肢体短缩者仅使用内固定矫正骨的畸形是不够的，还应将软组织牵拉考虑在内。有研究表明，使用内固定胫骨高位截骨后，胫骨后倾角发生了明显变化[7-9]，改变了正常膝关节的生物力学。而使用外固定矫正膝关节畸形对胫骨后倾角影响很小[10]，本研究也证实了这一点。使用外固定矫正膝关节内翻畸形的另一个优点是可以将胫骨远端向外侧平移，有助于更好地对齐下肢机械轴，并减少矫正畸形所需的角度，从而减少胫骨-距骨外翻的角度[11]。

但使用外固定有针道感染、神经血管损伤、肌肉或肌腱损伤、延迟愈合等风险，需要有细致的穿针技术以及皮肤和针道的护理。根据我们的经验，术后用安尔碘纱布缠绕包裹针道，3～5 d更换1次敷料，1个月后可无需包扎，嘱患者每日用安尔碘消毒针道。本研究的8例患者依据此法，无一例发现针道感染。为了避免延迟愈合，QSF的6根连杆在取出锁定螺丝钉后可允许截骨处有1～2 mm的微动，用于给断端施加应力。

3.2 泰勒架和六轴数字化骨科外固定架 泰勒架是目前世界上应用最广泛的外固定架，尤其在肢体矫形领域，有复位精准、安装简便、易于操作等优点。Robinson等[1]和Sakamoto等[12]使用泰勒氏架辅助内侧开放性胫骨高位截骨治疗膝骨关节炎并膝内翻，获得了满意疗效。但要熟练掌握泰勒氏架需要漫长的学习过程，目前国内能熟练应用泰勒氏架的医生仍很少。应用泰勒氏架矫正肢体畸形必须确定13个参数：3个支架参数，4个安装参数和6个畸形参数。每一个参数的测量失误都会影响到最终的矫形结果，并且应用TSF后的调整取决于精确的前后和侧位射线测量，以产生最准确的输出程序。且X线片需要在与参考环正交的平面上拍摄，因此术后常需多次调整[4-5]。其次，TSF即刻稳定性较差，为了增加断端的应力，常需要在两侧另外安装固定连杆[13]。

由西安市红会医院自行研制的基于CT数据六轴数字化骨科外固定架，由6根相互成角的可伸缩杆与2个平面环(或半环)连接而成。安装后不需要测量繁杂的参数，也无需拍摄严格的X线片，仅需在术后对患肢进行CT平扫，即可利用配套的计算机软件处理CT数据，该软件操作简单，学习曲线短，无需专业培训即可掌握。利用软件计算出6根连接杆需要调节的长度后给出处方，从而完成矫形。因该计算软件基于CT数据，通过QSF矫正后的下肢力线更加精准，且QSF可多次调节，直至矫正满意为止。本研究患者均取得了良好的短期临床疗效。

本研究不足之处在于纳入样本量较少，随访时间较短，需进一步增加样本量及延长随访时间，其次本研究未设立对照组。期待日后设计病例数更大、随访时间更长的随机对照试验，以证实该方法的有效性。

综上所述，本研究结果表明，使用基于CT数据六轴数字化骨科外固定架配合胫腓骨截骨是治疗膝关节复杂畸形的一种精准有效的治疗手段，具有手术操作简单、固定牢靠、创伤小、并发症少等优点，具有一定的临床应用价值。