3D打印辅助高位胫骨截骨治疗内侧室膝骨关节炎

李小兵，郭新军，冯立平，裴济民，赵永辉

（1.新乡市中心医院骨科，河南新乡 453000；2.新乡市第一人民医院骨科，河南新乡 453000）

膝关节内侧间室骨关节炎是临床常见的一种运动系统病变，近年来发病率逐年增加，严重影响患者运动功能及生活质量［1］。高位胫骨截骨（high tibial os⁃teotomy,HTO）是膝关节内侧间室骨关节炎的重要保膝治疗方法，其实施关键在于术中精准截骨并保证较好的下肢力线角度［2］。HTO手术中截骨部位、展开角度往往需借助医师经验而主观确定，利用术前X线片及术中透视进行评估及逐步调整；但传统治疗方法有较大的安全隐患。随着3D打印技术在骨科的推广应用，术前重建3D模型进行辅助截骨成为可能［3］。3D打印辅助治疗有利于直观、完整地展示操作区域的解剖结构，提前进行手术过程的详细规划，确保手术过程的安全性及准确性。但目前临床对于3D打印辅助治疗应用于膝关节内侧间室骨关节炎尚缺乏明确可行的临床指南［4］。本研究比较膝关节内侧间室骨关节炎患者中采用个体化3D打印辅助高位胫骨截骨与常规截骨的临床效果。旨在为临床提供参考。

1 资料与方法

1.1 纳入与排除标准

纳入标准：（1）确诊为膝关节内侧间室骨关节炎；（2）具有手术的耐受性及适应证。

排除标准：（1）存在其他原因引起的骨关节系统疾病史、畸形史或手术史；（2）存在神经系统并发症、精神疾病或恶性肿瘤；（3）因自身原因而无法耐受研究。

1.2 一般资料

回顾性分析2017年5月—2019年5月新乡市中心医院和新乡市第一人民医院收治的膝关节内侧间室骨关节炎患者，共120例符合上述标准，纳入本研究。依据术前医患沟通结果，将患者分为两组。62例患者采用3D打印辅助截骨（3D组），58例采用常规截骨（常规组）。两组患者术前一般资料见表1，两组在年龄、性别、病程、侧别的差异均无统计学意义（P>0.05）。本研究通过医院伦理委员会批准，所有患者均签署知情同意书。

表1 两组患者术前资料与比较

1.3 手术方法

患者取平卧位，采用腰硬联合麻醉。于关节镜下清理膝关节，于腓骨头下15 cm处作5 cm长度切口，充分暴露腓骨后截取3 cm长腓骨，随后两组患者采用不同方式进行胫骨截骨。

3D组：术前行胫骨薄层CT扫描，将扫描数据导入Mimics软件，3D重构骨骼模型并将数据导入3-matic软件，对截骨部位、截骨角度及截骨量进行测定，依据数据设计相应的胫骨截骨模块，利用MakerBot 3D打印机对截骨模块进行打印制作（图1），消毒后备用。

图1 3D打印截骨模具示意图

行膝下前内侧纵切口，显露胫骨近端，按术前3D打印胫骨模型的解剖标志，进行实际定位，放置截骨导板，沿导板依照术前3D打印模拟的截骨部位、角度，用摆锯经胫骨结节上方，截开胫骨近端，保留胫骨外侧平台下外侧1.5 cm骨质完整。以外侧为合页，按术前计划逐步撑开截骨间隙，并透视下确认下肢力线矫正。取下导板，用克氏针临时固定截骨。于胫骨近端内侧放置锁定钢板，固定截骨。截骨间隙不行植骨。检查固定效果满意后，冲洗并逐层缝合切口。

常规组：依照术前评估出的下肢力线矫形度数，于内侧胫骨平台关节面下3 cm，对准腓骨头斜向外上方平行钻入2枚导针，至外侧胫骨平台下1.5 cm处，经透视确定导针的部位及深度满意后，沿导针用摆锯进行胫骨结节上高位截骨，保留外侧合页完整。置放力线杆，行反复透视下逐步撑开截骨间隙，直至下肢力线达到所需角度为止，于胫骨内侧置放钢板固定。检查固定效果满意后冲洗并逐层缝合切口。

1.4 评价指标

记录围手术期资料。采用下地行走时间、完全负重活动时间、疼痛视觉模拟评分（visual analogue scale,VAS）［5］和特殊外科医院 （Hospital for Special Surgery,HSS）膝评分［6］，以及膝关节伸-屈活动度（range of motion,ROM）评价临床效果。行影像学检查，测量股胫角 （femorotibial angle,FTA）、内侧近端胫骨角（medial proximal tibial angle）和胫骨平台后倾角 （posterior tibial slope,PTS）［7-8］；观察截骨愈合时间段，内固定物改变。

1.5 统计学方法

采用SPSS 26.0统计学分析软件对数据进行统计分析。计量数据以±s表示，资料呈正态分布时，两组间比较采用独立样本t检验，组内两时间点比较采用配对T检验；资料呈非正态分布时，采用秩和检验。计数资料采用x2检验或Fisher精确检验。等级资料两组比较采用Mann-whitney U检验。P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 围手术期情况

两组患者均顺利完成手术，术中均未发生严重并发症。常规组1例发生术中隐神经损伤，表现为小腿内侧麻木，经神经营养药物治疗，术后3个月症状缓解。两组患者围手术期资料见表2。3D组手术时间、术中出血量、术中射线曝光时间和住院时间均显著优于常规组（P<0.05）。切口愈合方面，3D组62例中，甲级愈合43例，乙组愈合12例，丙组愈合7例；常规组58例中，甲级愈合21例，乙组愈合24例，丙组愈合13例；两组间切口甲级愈合率的差异有统计学意义（P<0.001）。两组患者均未发生切口深部感染和症状性血栓等并发症。

表2 两组患者围手术期结果（±s）与比较

表2 两组患者围手术期结果（±s）与比较

images/BZ_37_1302_880_1612_947.pngimages/BZ_37_1612_880_1862_947.pngimages/BZ_37_1862_880_2129_947.png手术时间（min）71.75±4.5787.67±5.18<0.001images/BZ_37_1302_748_1612_814.pngimages/BZ_37_1612_748_1862_814.pngimages/BZ_37_1862_748_2129_814.pngimages/BZ_37_2129_748_2276_814.pngimages/BZ_37_2129_880_2276_947.pngimages/BZ_37_1302_1013_1612_1079.png射线曝光时间（s）images/BZ_37_1612_1013_1862_1079.png336.82±17.73images/BZ_37_1862_1013_2129_1079.png397.26±22.18images/BZ_37_2129_1013_2276_1079.png<0.001

2.2 随访结果

所有患者均随访12～32个月，平均（15.52±3.41）个月。两组术后疼痛逐步减缓，功能逐步改善。至末次随访时，两组患者均无改行关节置换者。

两组患者随访结果见表3。3D组恢复下地行走时间和完全负重活动时间均显著早于常规组（P<0.05）。与术前相比，末次随访时两组患者VAS评分均显著减少（P<0.05），HSS评分和膝伸屈ROM均显著增加（P<0.05）。术前两组间VAS评分、HSS评分和ROM的差异均无统计学意义（P>0.05），末次随访时3D组VAS评分、HSS评分和ROM均优于常规组（P<0.05）。

表3 两组患者随访结果（±s）与比较

表3 两组患者随访结果（±s）与比较

images/BZ_37_204_2189_830_2256.pngimages/BZ_37_830_2189_1025_2256.pngimages/BZ_37_1025_2189_1449_2256.pngimages/BZ_37_1449_2189_1906_2256.png下地行走时间（d）8.23±2.9416.84±2.46<0.001images/BZ_37_204_2057_830_2123.pngimages/BZ_37_830_2057_1025_2123.pngimages/BZ_37_1025_2057_1449_2123.pngimages/BZ_37_1449_2057_1906_2123.pngimages/BZ_37_1906_2057_2276_2123.pngimages/BZ_37_1906_2189_2276_2256.pngVAS评分（分）images/BZ_37_204_2322_830_2388.pngimages/BZ_37_830_2322_1025_2388.pngimages/BZ_37_1449_2322_1906_2388.pngimages/BZ_37_1025_2322_1449_2388.pngimages/BZ_37_1906_2322_2276_2388.pngimages/BZ_37_204_2455_830_2521.pngimages/BZ_37_830_2455_1025_2521.pngimages/BZ_37_1025_2455_1449_2521.png6.15±2.14<0.001 90.29±9.74 95.39±5.74<0.001images/BZ_37_1449_2455_1906_2521.pngimages/BZ_37_1906_2455_2276_2521.png<0.001images/BZ_37_830_2588_1025_2654.pngimages/BZ_37_204_2588_830_2654.pngimages/BZ_37_1025_2588_1449_2654.png0.164images/BZ_37_1449_2588_1906_2654.pngimages/BZ_37_1906_2588_2276_2654.png膝伸屈ROM（°）images/BZ_37_204_2720_830_2787.pngimages/BZ_37_830_2720_1025_2787.png术前P值末次随访术前P值images/BZ_37_1025_2720_1449_2787.pngimages/BZ_37_1449_2720_1906_2787.png6.21±1.56<0.001 71.63±10.49 109.82±5.84<0.001images/BZ_37_1906_2720_2276_2787.png0.257

2.3 影像评估

影像测量结果见表4。与术前相比，末次随访两组患者FTA和MPTA均显著改善（P<0.05），PTS无显著改变（P>0.05）。术前两组间FTA和MPTA的差异无统计学意义（P>0.05），末次随访时，3D组的FTA和MPTA均优于常规组（P<0.05）。两组患者截骨均达到骨性愈合，3D组愈合时间显著早于常规组（P<0.05）。至末次随访时，两组均未见内固定物松动、断裂。典型病例影像见图2。

表4 两组患者影像评估结果（±s）与比较

表4 两组患者影像评估结果（±s）与比较

images/BZ_38_204_2132_838_2198.pngimages/BZ_38_838_2132_1124_2198.pngimages/BZ_38_1124_2132_1501_2198.pngimages/BZ_38_1501_2132_1930_2198.pngFTA（°） 术前3.53±0.723.14±0.930.237images/BZ_38_204_1999_838_2065.pngimages/BZ_38_838_1999_1124_2065.pngimages/BZ_38_1124_1999_1501_2065.pngimages/BZ_38_1501_1999_1930_2065.pngimages/BZ_38_1930_1999_2276_2065.pngimages/BZ_38_1930_2132_2276_2198.pngimages/BZ_38_204_2264_838_2331.pngimages/BZ_38_838_2264_1124_2331.pngimages/BZ_38_1124_2264_1501_2331.pngimages/BZ_38_1501_2264_1930_2331.pngimages/BZ_38_1930_2264_2276_2331.png<0.001images/BZ_38_204_2397_838_2463.pngimages/BZ_38_838_2397_1124_2463.pngimages/BZ_38_1124_2397_1501_2463.pngimages/BZ_38_1501_2397_1930_2463.pngimages/BZ_38_1930_2397_2276_2463.pngPTS（°）images/BZ_38_204_2530_838_2596.pngimages/BZ_38_838_2530_1124_2596.pngimages/BZ_38_1124_2530_1501_2596.pngimages/BZ_38_1501_2530_1930_2596.pngimages/BZ_38_1930_2530_2276_2596.pngimages/BZ_38_838_2662_1124_2729.pngimages/BZ_38_204_2662_838_2729.pngimages/BZ_38_1124_2662_1501_2729.pngimages/BZ_38_1501_2662_1930_2729.pngimages/BZ_38_1930_2662_2276_2729.pngP值末次随访术前P值8～16周images/BZ_38_838_2795_1124_2861.pngimages/BZ_38_204_2795_838_2861.pngimages/BZ_38_1124_2795_1501_2861.png<0.001 87.84±2.93 13.98±2.63 0.368 12 （19.35）images/BZ_38_1501_2795_1930_2861.png<0.001 83.19±1.08 13.86±2.59 0.413 17 （29.31）0.113images/BZ_38_1930_2795_2276_2861.png

图2 患者，女，65岁，因右膝关节内翻疼痛8年伴行走困难2年为主诉收治入院，确诊为右侧膝关节内侧间室骨关节炎，接受3D打印辅助高位胫骨截骨治疗 2a,2b:术前正侧位X线片示膝关节内侧间室骨关节炎 2c～2f:术前个性化3D打印截骨导板外观（c为正面，d,e为外侧面，f为内侧面） 2g:术后正位X线片示下肢力线恢复良好，截骨位置与内固定位置良好 2h:术后3个月正侧位X线片示下肢力线恢复良好，截骨骨性愈合

3 讨论

相较于外侧间室，内侧间室承担了机体更大的负荷，胫骨内翻畸形可明显增加内侧间室的压强，进而引发软骨炎症性改变，增加内侧间室骨关节炎的发生率［9］。近年来，在C形臂透视辅助下，可精确调控下肢力线的部位，有效提升手术的精度［10］。但术中反复透视可增加放射性暴露风险，增加了手术时间及术后不良反应发生率［11］。

3D打印辅助治疗具有直观性、完整性的应用特点，可对操作区域的解剖结构进行准确分析及模拟操作，有利于提升操作过程的准确性；此外，3D打印辅助治疗可利用术前模拟数据设计相应的辅助模具，预先确定术中截骨的部位、方向及角度，极大程度地降低手术难度并减少操作时间［12］。本结果表明：3D组的手术时间、术中出血量、射线曝光时间及住院时间均明显低于常规组。3D组患者的甲级愈合比例明显优于常规组。因此，3D打印辅助治疗具有较好的治疗安全性，验证了Moore等［13］的研究结论。

传统截骨治疗采用各方向等量截骨的方式，一般选用由前内侧向后外侧截骨，引发胫骨前移、韧带张力增加等问题，不利于影像学指标的恢复。而3D打印辅助治疗可依据胫骨近端解剖结构进行模具设计，截骨方向为水平由内向外，确保截骨合页轴的正确指向；此外，3D打印辅助治疗采用前后方向不等量截骨，可有效维持胫骨平台的正常后倾［14］。本研究末次随访时，两组患者的各项评分均明显改善，且3D组患者的疼痛及功能评分均明显优于常规组。两组患者的FTA、MPTA等影像学指标均明显改善，且3D组患者的改善程度明显优于常规组。本次研究结果与Kang等［15］的研究一致，共同验证了3D打印辅助治疗对随访过程中临床及影像指标的有效性。

本研究仍存在部分有待完善的问题，包括：（1）选取的样本量一般，可能存在选择偏倚；（2）随访时程有限，未对远期预后水平进行随访评价，有待于后续继续改进治疗方法，行进一步长时程、大样本量研究。

综上所述，在膝关节内侧间室骨关节炎的患者中应用个体化3D打印辅助高位胫骨截骨治疗具有安全、高效、低创的应用优势，在恢复膝关节功能、缓解疼痛症状及促进截骨精度等方面疗效满意；此外3D打印辅助可有效规避手术创伤对康复的影响，降低不良反应事件的发生率。因此，建议依据病情优先选择3D打印辅助高位胫骨截骨治疗。本结果有待于后续行进一步长时程、大样本量研究及临床推广。