3D打印辅助截骨矫正陈旧性膝周围骨折畸形△

刘军廷，苏 伟，贝 涛，吴家恒，郭 宸，冯迪森，赵劲民，，3*

（1.广西医科大学第一附属医院创伤骨科手外科；2.广西医科大学再生医学中心；3.广西医科大学协同创新中心，广西南宁 530021）

高能量损伤导致患者多发伤，如头颅或胸腹，合并多个部位骨折或单侧肢体多发骨折，有些部位甚至开放性骨折。如股骨远端和胫骨近端同时发生骨折，称为“浮膝”损伤［1］。在积极挽救生命的同时，对骨折通常进行临时和有效的外固定治疗，有时可能需要行清创术、筋膜室切开减压术、VSD覆盖和二期重建手术。虽然应用损伤控制骨科理念，有效的提高了患者的生存率和远期康复率［2，3］，但有些患者待全身情况平稳后，或多次的手术治疗后，膝关节周围骨折已经成为陈旧性骨折并畸形，如出现膝内外翻、屈曲或反张、旋转等畸形，有些还合并膝关节僵硬或关节不稳定［4］，成为骨科临床上治疗的难题［5，6］。本科2015年9月—2018年9月收治陈旧性膝周围骨折畸形患者16例，应用3D打印辅助截骨矫正，现将手术技术与初步临床效果报道如下。

1 手术技术

1.1 术前准备

术前询问病史和体格检查，评估局部软组织情况，可否置入内固定物，以及膝关节稳定性、活动度，有无感染。手术前1～2周在门诊拆除外固定架，改石膏固定。完善膝正侧位X线片和下肢深静脉超声检查。CT扫描应注意：（1）外固定拆除后，髌骨朝前做双下肢CT薄层扫描，可减少金属伪影，获得较好的影像学数据，较好判断肢体的旋转畸形，同时外固定钉道也获得较好的愈合；（2）数据处理：使用飞利浦256排CT扫描双下肢，层厚1 mm，将DICOM格式的文件导入Mimics 19.0软件（Materi⁃alise），进行三维重建、表面和内部的光滑处理；（3）3D打印：应用Mimics软件，可在不同角度分析骨折畸形类型。数据以STL格式保存，将文件导入MAGICS18.0软件，用3D打印设备（光韵达SLA）打印模型，材料是光固化树脂材料。

1.2 体位与麻醉

患者仰卧位，全身吸入麻醉联合神经阻滞，术中止血带控制下手术。

1.3 手术操作

本组病例通过Mimics软件进行术前模拟，并3D打印模型上模拟截骨手术，制定个体化的截骨手术方案。首先根据软组织情况，选择合适的手术入路，依据3D打印模型规划的截骨方向，用克氏针导向和定位，C形臂X线机透视后，克氏针达到理想的截骨方向、角度和深度，用骨刀或小摆锯沿克氏针导向完成关节内和关节外截骨。可临时应用外固定架牵张辅助复位，选择合适的内固定或外固定。

操作细节和注意事项有：（1）关节内截骨以髁为矫正模块较好。开放楔形截骨，下方应进行充分植骨，恢复平台的平整和宽度，以及恢复股骨髁和胫骨平台的匹配程度。内外固定有效支撑后，在塌陷平台下方的前面开窗，用顶棒将自体髂骨或骨诱导人工骨充填塌陷区域，恢复塌陷的关节面；（2）关节外截骨：股骨髁上截骨通过调整股骨远端后倾角（ana⁃tomical posterior distal femoral angle,aPDFA）角度，使患者膝关节术后矢状位维持伸直状态，膝关节能获得更好的稳定性；（3）入路选择除了常规膝关节外侧入路、正中入路和内侧L入路以外，如膝关节前方软组织条件好的，应用胫骨结节截骨上移术，可较好地显露膝关节和髌股关节［7］，并改善髌股轨迹。对合并内外侧副韧带止点撕脱性骨折的，可用拉力螺钉或铆钉重建股骨外上髁副韧带附着点和内上髁内侧副韧带止点；（4）短缩-再延长技术：治疗股骨髁上缺损3例和胫骨胫骨近端骨缺损5例，即骨不连或骨缺损位置给予断端清理，短缩，而在其他位置给予截骨，行骨运输术或（和）骨延长术，治疗肢体短缩畸形。股骨采用单边轨道支架固定，胫骨采用环形外固定支架固定，对软组织条件欠佳的，截骨复位后，近端采用橄榄针或空心钉复位固定，跨膝外固定架固定；（5）术中用力线杆或电刀线，C形臂X线机透视判断截骨矫正的下肢力线、复位情况和内外固定物位置；（6）软组织松解术推荐Judet手术。

1.4 术后处理

术后常规预防感染48 h，引流管48 h后拔除，切口14～21 d拆线。对截骨内固定患者，术后早期进行不负重康复锻炼。以膝关节的旋转中心为环形外固定，术后可牵张膝关节5～10 mm，合并骨缺损的行骨搬移治疗。术后定期复查X线片。术后12周截骨处临床愈合，推荐患者完全负重锻炼。后期外固定架采用动力化原则，减少固定的刚度。X线片提示骨搬移牵拉矿化满意和搬移断端愈合后，可拆除外固定架。

2 临床资料

2.1 一般资料

本组男12例，女4例，年龄16～65岁，致伤原因为高处坠落伤和交通事故伤。从受伤到接受膝周围截骨矫正时间为30～180 d，平均（60.24±37.41）d。均为创伤后膝关节骨折畸形愈合，伴创伤后疼痛，胫骨或股骨关节面塌陷>3 mm，或骨不连，下肢膝内翻或外翻畸形>5°的患者。本研究获医院伦理委员会批准，所有患者均知情同意。

2.2 初步结果

本组所有病例应用3D打印辅助截骨矫正。关节内截骨4例，关节外截骨4例，关节内外联合截骨8例。3D打印模型引导克氏针定位截骨13例，直接3D打印截骨导板引导截骨3例。外固定患者中，术后钉道感染和松动3例。经换药引流等处理，末引发严重不良后果。

随访12～24个月，平均（16.19±3.24）个月。完全负重活动时间12～18周，平均（16.19±3.24）周。术后9例膝关节因活动受限，再次行软组织松解手术。膝KSS评分由术前（29.63±6.50）分，显著增加至末次随访时（62.19±6.93）分；膝关节活动度（range of motion,ROM）由术前（9.38±4.63）°，显著增加至末次随访时（63.44±10.03）°；双侧肢体长度差由术前的（3.81±1.64）cm，显著减少至末次随访时（1.38±1.03）cm。

影像学测量股胫角（femorotibial angle,FTA）角度由术前 （185.13±2.25）°，减少至末次随访（177.06±2.05）°；内侧胫骨近端角（medial proximal tibial angle,MPTA）由术前（82.62±2.87）°，增加至末次随访（88.93±1.78）°。后侧胫骨近端角（posteri⁃or proximal tibial angle,PPTA）由术前（78.37±3.10）°增加至末次随访（80.93±2.19）°。末次随访X线片提示关节面较术前明显平整，下肢力线恢复，牵张成骨区域成骨满意，无骨不连。典型病例见图1。

图1 患者，男，58岁，陈旧性膝周围骨折畸形，行股前外侧游离皮瓣修复创面 1a:术前X线片示胫骨平台骨折，胫骨下段开放性骨折，行组合外固架固定 1b:股前外侧游离皮瓣修复创面 1c:术后半年拆除外固定后CT扫描重建 1d:Mim⁃ics软件进行术前模拟 1e:3D打印右胫骨骨折模型和截骨导板 1f:右胫骨近端关节内截骨，跨关节Ilizarov技术治疗骨缺损 1g:拆除外固定后负重锻炼 1h:拆除外固定后，X线片示右胫骨平台关节面较术前明显平整，下肢力线恢复，牵张成骨区域成骨满意

3 讨论

多发伤合并浮动膝损伤患者，等病情平稳能耐受手术时，往往出现陈旧性骨折畸形愈合。本组采用3D打印辅助截骨矫正手术，能有效减少手术时间、术中出血量,以及术中透视频次。3D打印是快速成型技术，将复杂的术前虚拟计划转换为真实的手术情况，精准确定截骨的位置，模拟手术，虽有一定的误差，但较传统手术而言，提高了截骨精准性，提高了手术效率，缩短手术时间，从而提高临床疗效。3D打印还可以应用截骨导板进行辅助手术，能提高截骨的精度［10］，但也有其劣势，即需要暴露更广泛，剥离更多软组织，才能较好地安放截骨导板，也需要额外的费用。

截骨矫正了下肢力线，恢复关节走行方向角，恢复关节面平整。TCVO截骨术治疗创伤后畸形，作者认为应以髁为矫正的“L”形截骨，能保证骨接触面较大，并且内固定较牢固。而关节外截骨，可调整矢状面畸形，保证膝关节稳定。本研究采用短缩-再延长技术，治疗合并骨缺损、骨不连和肢体不等长，能够很好地实现骨的重建［12］。短缩再延长的方法能有效解决股骨远端骨不连，同时改善膝关节功能。这是因为在股骨髁上短缩截骨，股直肌的长度相对变长，同时在股骨近端进行延长处理。既改善髌股关节活动，又解决肢体不等长问题。对于膝关节僵硬者，拆除内固定时，行Judet手术松解，粘连和挛缩包括股直肌和股骨远端粘连、髌股关节、膝关节内侧副韧带浅层、髂胫束和外侧肌间隔的挛缩、外固定的钉道和腓肠肌腱膜，积极有效的软组织松解术［12，13］，为膝关节后期功能锻炼创造积极的条件，避免膝关节僵硬。此外，外固定可早期部分负重行走，膝关节可屈伸锻炼，也有利于关节软骨的修复。

总之，陈旧性膝周围骨折畸形的治疗充满着挑战性，但是3D打印技术辅助截骨矫正和内外固定术，使术前规划和手术操作更为精准，减少手术中的失误，提高了手术效率。