在关节外畸形的全膝关节置换中应用个性化截骨导板 —病例报告 | 骨科在线

1.前言

 根据术前下肢CT或MRI影像重建，借助计算机辅助设计(CAD)，确定截骨角度与厚度，采用3D打印技术构建患者个性化截骨模块(Patient-Specific Instrumentation，PSI)，进行全膝关节置换(Total Knee Arthroplasty，TKA)的技术在临床已应用多年。理论上的目标是减少手术时间，增加假体安放位置的准确性，以改善患者的临床结果。但最新的研究(JAAOS 2013)结果表明，并无有效的证据证明PSI和传统的TKA相比具有这些优势。当然，文章也指出对于特殊的、复杂的TKA，PSI可提供有益的帮助。作者报道一例采用PSI完成关节外畸形的TKA病例，探讨PSI在该类手术中的应用价值。

2.病例摘要

2.1 病史及诊断

 患者女性，69岁，病史7年。表现为逐渐加重的右膝关节疼痛、活动受限，负重行走和劳累后出现，上下楼梯更重，初始休息后可缓解，经口服硫酸氨基葡萄糖，非甾体类消炎药物，及“小针刀”，关节内注射玻璃酸钠等多种保守治疗，3年前疼痛、活动受限明显加重，影响日常生活就诊。23年前车祸伤致右股骨中下段粉碎骨折，外院行切开复位内固定，术后7月内固定松动，骨折未愈合，遂再次行切开复位内固定，髂骨取骨植骨术，直至骨折愈合后1年取出内固定。有高血压病史，规律服用降压药物控制良好。患者身高153cm，体重85公斤，BMI36kg/m2。右膝外上25cm术后瘢痕，右膝活动度10-90度，膝内外侧均有压疼，髌磨阳性。术前全长X片，膝关节负重正侧位片提示右膝关节重度骨性关节炎，右股骨中下段成角畸形(图1a，1b，1c)。

术前诊断：右膝重度骨性关节炎，右股骨干骨折术后(成角畸形)，高血压病。

2.2术前计划

 (1)膝重度骨性关节炎，疼痛，影响患者生活，符合全膝关节置换术指征;

 (2)畸形发生在冠状位，关节外股骨中下段;下肢全长片测量，股骨中下段内侧成角，股骨外翻角约14度(图1b);

 (3)右下肢全长CT扫描，将DICOM格式文件输入Materialise Mimics17.0中，进行三维重建，确定股骨头旋转中心，膝关节中心及踝关节中心，标记股骨、胫骨机械轴，冠状位垂直于机械轴确定股骨、胫骨截骨方向，并以初次置换标准确定截骨厚度(图2a，2b);

 (4)选取手术中可以确定显露的骨性结构表面，逆向求得反向模型。设计生成导板STL文件，在EOS FORMIGA110设备中使用医用塑料PA2200进行3D打印，制作截骨导板，消毒后备用(图3a，3b)。

2.3 手术操作要点

 (1)常规入路显露关节，但保留股骨髁及胫骨平台边缘骨赘;

 (2)与截骨导板接触的骨面需充分暴露，如股骨前翼皮质、胫骨结节内侧部位，去除半月板等残余结构;采用专用工具刮除与截骨导板接触的平台和股骨髁面软骨;

 (3)将截骨模块与骨面紧密贴合，然后以固定钉固定，再次确认截骨角度与厚度与术前计划一致后，完成股骨远端和胫骨近端的截骨(图4a，4b);测量截下的骨块厚度，确定是否与术前计划一致;

 (4)利用通髁线和Whiteside线确定股骨外旋，常规工具完成股骨前后髁截骨;

 (5)使用间隙测量器测量屈伸间隙，屈曲位内外侧平衡，伸直位内侧间隙紧约5mm;

 (6)使用Pie-Crusting技术松解内侧副韧带浅层后半部分至伸直位平衡;

 (7)按照常规完成假体安装。

2.4 术后处理

 术后常规进行抗凝、预防感染、镇痛处理，24小时拔除引流后关节伸屈功能锻炼，并扶拐下地负重。拍摄术后X片，下肢力线恢复，假体安放位置准确(见图5)。

3.讨论

 关节外畸形的全膝关节置换通常需要全面评估畸形发生的部位，畸形的角度以及畸形对手术操作的影响，以决定畸形是通过关节内矫正还是关节外矫正;是一期矫正畸形并关节置换，还是分期进行。通常，远离关节面、单平面、角度相对较小的畸形可以通过关节内矫正。

 关节外畸形可能造成下肢力线判断困难，影响髓内定位杆使用，通过关节内截骨矫正造成新的软组织不平衡。计算机导航可帮助判断下肢力线，无需使用髓内定位，带有软组织平衡设计的导航也能帮助手术操作，适于在关节外畸形的关节置换中使用。但由于计算机导航设备昂贵，学习曲线较长，增加手术时间，因此开展的并不普遍。而采用3D打印制作个性化截骨导板，通过详细的术前设计节约手术操作时间，专用软件和设备均可由生产企业购买，导板操作流程简单易于掌握。缺点是需要患者额外增加下肢CT或MRI扫描费用;导板的设计与制作需要专门的操作人员与医生共同进行，需要一定的准备时间;且一旦手术计划发生变更，导板无法重复利用;手术准确性取决于设计的准确性及导板的精度。因为本例患者的难点在于股骨力线的确定与截骨，因此仅使用了股骨远端及胫骨近端的截骨导板。在导板的设计方面，相对而言，下肢力线的判断较为容易，精度较高。而股骨外旋的确定有赖于对通髁线的准确判断，所以容易出现偏差。

 本例患者股骨畸形虽略靠近关节水平，但仅在冠状面，且角度不大(外翻角为14度，成角畸形约为10度)，术前测量，通过减少股骨内侧髁远端截骨，并适当增加股骨外侧髁远端截骨即可矫正畸形。但随之会产生一个非矩形的伸直间隙，一方面是由于退变导致的内外侧韧带不平衡，另一方面则是关节内矫形造成的软组织不平衡。前者通过内侧副韧带深层的松解，内侧骨赘切除即达到平衡;后者笔者采用内侧副韧带Pie-Crusting技术进行松解，优点是不增加内侧结构过度剥离的损伤，不影响关节线水平，操作直视可控。

 因此，利用3D打印技术设计个性化截骨导板，可为关节外畸形的全膝关节置换提供有效的解决方案。

图1a. 双下肢全长片，右膝重度骨性关节炎，右股骨中下1/3陈旧骨折畸形愈合，向内侧成角畸形。

图1b. 右股骨中下段内侧成角畸形，股骨外翻角约14度。

图1c. 矢状位显示股骨中下段无明显成角畸形。

图2a. 右下肢CT扫描，三维重建后，和右下肢全长叠加，在软件中确定股骨机械轴，并设计截骨导板。

图2b. 确定截骨的厚度。

图3a.股骨远端模型及股骨侧截骨导板。

图3b. 胫骨近端模型及胫骨侧截骨导板。

图4a. 股骨侧安装截骨导板后固定钉固定。

图4b. 胫骨侧安装截骨导板后固定钉固定。

图5. 术后全长片显示下肢力线恢复良好。