3D打印定制化截骨导板辅助胫骨畸形一期截骨＋全膝关节置换1例

骨骨折的2％～12％，患者常出现下肢力线偏移现象。而胫骨畸形和力线不良会改变患者的膝、踝关节的负荷传导，导致患者出现下肢疼痛、关节功能障碍等不适症状，进而加速下肢关节骨关节炎进展，严重影响患者的生活质量。为了矫正畸形、缓解疼痛、防止继发性骨关节炎的发生，骨科医生尝试了多种外科手术方式，如截骨矫形术、髓内钉或钢板固定、关节置换等，而截骨矫形是改善下肢力线的主要方式，能大幅减小复杂关节置换的困难程度。为了能准确纠正畸形，精确的术前规划必不可少。传统的截骨矫形术，多由高年资医生按照二维的X线片测量，凭借其临床经验进行操作，受主观因素的影响较大，可能会出现截骨角度、方向的失误，难以实现解剖重建的最优化。此外，由于骨骼畸形的性质是三维的、多平面的，因此，基于传统的二维X线片制定的术前规划已被证实无法满足对骨骼三维畸形的观察，难以实现精确的术前规划，截骨准确性难以保证。而术前CT三维重建技术能够提供更加直观的骨性解剖标志，和分析畸形程度，但难以在三维空间内为多平面的复杂畸形提供准确的量化评估，同时不能为保证术前规划在术中精准实施。

近年来，3D打印技术在骨科领域得到了迅猛的发展。3D打印模型可协助医生对复杂畸形有更直观的了解，并允许在模型上进行术前模拟。基于3D打印制造的个性化截骨导板可确保术中的矫正位置，实现术前规划的准确术中复制，保证截骨的精确性。多项国外研究表明，基于3D打印规划的截骨矫形术在治疗桡骨远端复杂畸形、股骨畸形、踝关节畸形、胫骨平台畸形等方面均取得了较好的临床效果，具有非常广阔的应用前景。而国内借助3D打印技术设计个性化截骨导板辅助治疗胫骨畸形的研究尚处于探索阶段。本研究采用3D打印技术治疗1例合并复合严重胫骨畸形的膝骨关节炎患者，行一期胫骨截骨＋全膝关节置换术，取得良好疗效，现将其临床资料和治疗过程报告如下。

资料与方法

病例资料 65岁女性患者，因“双胫骨术后50年，双膝疼痛10年，加重3年”入院。患者50年前因“双膝关节疼痛”在外院行“双侧胫骨上段截骨矫形内固定术”，术后双膝关节疼痛缓解，正常行走。10年前患者无诱因出现行走时双膝部疼痛，活动受限，诉“双侧小腿逐渐变形”，保守治疗效果不佳。近3年来上述症状明显加重，以右膝为重，严重影响生活质量。患者进一步来我院就诊，门诊以“双膝骨关节炎、双侧胫骨畸性”收入院。查体：生命体征平稳，心肺腹查体阴性，双膝关节呈内翻、反屈、骨性肥大畸形，以右膝为重，双膝关节内外侧间隙压痛明显。左右膝关节活动度－10°～110°，双侧髌骨研磨试验（＋），浮髌试验（－）。双足趾活动正常，双下肢皮肤感觉正常，末梢血运良好。辅助检查：双膝X线片示双膝关节呈严重退行性改变，内翻畸形，关节周围骨质增生，见骨赘形成，双侧胫骨平台呈前倾畸形，双膝关节呈矢状位反屈畸形，冠状位内翻畸形，门型钉植入物在体内未取出（见图1）。患者无明显手术禁忌证，完善术前检查。

术前准备　术前应用Philips　CT对患者双下肢全长进行扫描，扫描条件：电压120kV，层厚0．625mm，电流30mA。将CT扫描数据以DICOM格式保存并导入到昕健Arigin3DPro三维重构软件V5．0（著作权号：2017SR56650）中，运用软件的阈值分割功能将骨与软组织区分开，提取出骨组织。再通过区域增长操作将膝关节、胫骨从其他骨组织中分离出来，对病骨进行三维重建，获得相应的三维模型，并以stl．格式保存。将stl．格式的3D模型数据导入昕健Ari－gin3D手术导板自动设计软件V4．0（著作权号：2017SR584553）中。在手术医生的全程参与下，于该软件的术前方案设计中，标记三维模型上的胫骨平台切线、胫骨内外侧线、旋转中心和截骨线，以确定截骨位置和截骨平面；通过下肢力线、股骨机械轴线、胫骨机械轴线确定矫正角度，并根据实际情况调整该角度。通过截骨平面构建截骨刀槽，患者骨骼模型创建导板贴合部件，通过软件算法对模型进行整合和优化，该软件自动生成个性化截骨导板模型（见图2），最后通过3D打印机执行打印命令，制作出个性化截骨导板实体（见图3～4）。

手术方法　全麻下行右侧胫骨结节下截骨矫形＋全膝关节置换术。患者取仰卧位，全身麻醉满意后，取右膝关节正中行24cm切口，逐层向下向外游离显露至胫骨结节下方5cm，剥离胫骨前肌。将消毒好的3D打印个性化截骨导板贴附于胫骨结节下方，取3枚克氏针临时固定导板（见图5），用摆据沿截骨导板截骨，去除楔形截骨块，对合胫骨截骨断端，3枚克氏针临时固定，选取胫骨中型近端锁定钢板和重建锁定钢板分别伏贴于胫骨外侧骨面和胫骨内侧骨面，固定满意，术中X线透视见畸形矫正，内固定牢靠。术中见右膝关节严重退变，屈曲膝关节，将髌骨翻向股骨外髁外侧，充分显露膝关节，清理增生骨赘及滑膜组织，依次安装股骨及胫骨定位器械，用常规截骨器械进行股骨远端截骨（髓内定位，股骨远端外翻6°）及胫骨近端截骨（髓外定位），胫骨近端骨面后倾5°，应用股骨3D打印辅助导板行股骨后髁截骨，实现屈曲间隙之平衡（见图6～7）。调整下肢力线，检查伸屈膝间隙平衡。无菌生理盐水冲洗关节腔，选用联合U2全膝关节，分别以骨水泥黏附2号胫骨侧假体及3号股骨端假体植入，夯实，清除多余骨水泥。膝关节活动度0°～140°。逐层关闭切口，于关节腔伤口及胫骨侧各放置引流管1根。

术后处理　术后第1天给予抗炎、消肿、止痛、抗凝等对症支持治疗，抬高患肢消肿，并进行踝关节屈伸功能锻炼及股四头肌等长收缩练习。术后逐渐佩戴膝关节支具，循序渐进行膝关节功能训练，3个月内扶拐保护下地，禁止极度屈曲膝关节，出院定期门诊复查，末次随访为术后10个月。

结　　果

3D打印截骨导板均能与术区骨面准确贴服，并精准引导截骨成功，应用过程中截骨导板安全可靠，无断裂、变形等异常现象。术后1周X线片见钢板固定牢靠，膝关节对位对线良好。该患者手术时间为96min，术中出血量小于50mL。术后美国膝关节协会评分（KSS）与疼痛视觉模拟评分（VAS）均明显改善，术后力线指标明显改善，如髋膝踝角（HKA）、机械轴线偏差（MAD）指标等。其中胫骨侧畸形得到矫正，矢状位胫骨近端后侧角（PPTA）恢复正常后倾，MPTA改善为正常水平；股骨侧畸形亦得到纠正，冠状位股骨远端外侧角（LDFA）改善，股骨侧残留少量内翻畸形；矢状位股骨远端后侧角（PDFA）改善，股骨矢状位畸形得到纠正。手术前后随访结果见表1，见图8。

讨　　论

胫骨骨折后的畸形愈合使膝关节的生理运动发生改变，导致患者发生慢性疼痛、关节功能下降，以及创伤性骨关节炎发生的风险增加。骨骼畸形矫正的关键是医生在术中准确把握截骨角度、截骨大小及截骨方向，以准确恢复下肢力线。传统的截骨矫形术多由经验丰富的医生凭借二维的X线片进行术前规划，术中通过多次透视，反复确认截骨操作，耗时多且增加医患放射线暴露的次数，即便是经验非常丰富的骨科医生，也会存在截骨不精确、下肢力线恢复不良的可能，使畸形矫正的效果大打折扣。因此，对于下肢畸形矫正而言，要达到最佳矫正效果对大多数骨科医生来说仍然是巨大的挑战。

3D打印技术的兴起与发展为临床医生实现精准手术提供了新的治疗思路。特别是基于3D打印设计的个性化截骨导板，有助于保障术前规划在术中的精确实现。Chai等对复杂股骨畸形患者行CT扫描，通过Mimics软件重建股骨模型及术前规划，确定截骨位置和截骨平面，采用Imageware设计截骨导板，结果发现，截骨导板能成功帮助术者完成了截骨和畸形矫正，且截骨量与截骨大小与术前规划准确一致，实现精准截骨。Weigelt等的研究探讨了4例踝关节畸形患者的截骨矫形效果，术后随访1年发现患者踝关节可负重行走，疼痛完全消失，活动范围不受限，且截骨位置骨愈合良好。郭瑞等学者探讨了截骨导板辅助胫骨截骨畸形的应用效果，发现导板可缩短手术时间、减少术中透视次数，但并未报道畸形矫正的具体效果和关节功能恢复情况。本研究发现，术后6个月随访时，患者关节疼痛评分为0分，KSS临床评分和功能评分由术前28分和20分分别提高至96分和90分，患者的膝关节功能显著改善。

此外，对下肢畸形矫正前和矫正过程中常对膝关节对线和关节走行方向进行评价。关节对线用MAD表示，正常值为内侧平均9．7mm，对胫骨近端畸形患者，关节走行方向常用MPTA来衡量，正常值为（87±2．5）°。本研究中患者MAD矫正前偏离中心内侧64mm，术后缩小为7．5mm，下肢内翻畸形得到大幅纠正，股骨侧残留少量内翻畸形，可减轻术中软组织平衡压力，改善患者术后满意度，术后MPTA术后矫正至人群正常值。分析本案例的难点在于胫骨前倾畸形矫正。本案例应用3D打印截骨导板辅助胫骨结节下截骨矫形，纠正胫骨前倾畸形，术后胫骨侧畸形得到完全矫正（PPTA由前倾的108°改善为86°），恢复下肢正常力线。

本例胫骨侧的内翻及前倾畸形严重，使得胫骨假体的选择至关重要。带长柄的胫骨托假体无法使用，否则将穿透胫骨皮质。本研究中应用计算机辅助精心设计三维截骨楔及胫骨导板，选择胫骨结节下闭角截骨，以最小的骨量矫形严重胫骨近端复合畸形，从而将复杂手术简化为常规膝关节置换术，胫骨畸形矫正后，患者膝关节假体的选择增多，能减少患者的经济负担，也避免了翻修时延长杆无法使用的困境。个性化定制3D打印截骨导板辅助截骨矫形与传统手术比较具有显著的优势：手术医师全程参与计算机辅助设计，术中个性化导板与畸形部位能紧密贴合，经克氏针准确固定后，可直接引导术者精准实施术前制定的手术方案，术中无需反复截骨角度大小及方向。众所周知术中确认会增加辐射暴露及大量透视时间，3D打印截骨导板的应用在极大简化手术操作的同时，还保证精准实施截骨矫形方案，真正实现“量身定制”，符合精准医疗的要求。

本案例尚存在一定的不足：（1）基于本案例畸形的复杂性，术者与工程师必须密切配合，全程通力配合参与设计过程，需要花费一定术前准备时间。本例术前准备的时间耗时1周，反复调整手术方案三次，最终实现了截骨方案的最优化，为患者获得满意手术效果奠定基础；（2）导板的设计与制造会增加患者部分经济负担，本案例术中应用个性化截骨导板大幅缩短了手术时间，减少麻醉时间及费用，并减少术后感染、输血的风险，经济收益比合理。（3）术前患者需行下肢CT扫描，可能增加患者的辐射暴露，但与传统手术方法相比，术中的辐射暴露量大幅减少，患者获益良多，满意的手术效果是我们共同的追求。

原始出处：

张维杰,姚舒馨,张敏,马建兵,刘非.3D打印定制化截骨导板辅助胫骨畸形一期截骨+全膝关节置换1例报告[J].实用骨科杂志,2020,26(02):187-191.