陳青植 謝亮文 蔡合國 余躍偉 劉忠國 王少杰

【關(guān)鍵字】 計(jì)算機(jī)輔助測(cè)量；3D打??；Taylor空間支架；小腿畸形

脛骨骨折是下肢常見骨折，骨折治療過程中常見多種并發(fā)癥，其中骨折畸形愈合是較嚴(yán)重的并發(fā)癥之一［1，2］。脛骨骨折畸形愈合可導(dǎo)致下肢負(fù)重力線的改變，久而久之并發(fā)脊柱、髖、膝及踝的骨關(guān)節(jié)炎［3］。單純的骨折畸形愈合，通過截骨矯形內(nèi)固定手術(shù)，以及3D 打印輔助技術(shù)提高截骨精準(zhǔn)度，均可獲得滿意療效［4，5］。然而，對(duì)于合并肢體短縮的脛骨骨折畸形愈合，既要校正畸形，又要恢復(fù)肢體長(zhǎng)度，具有一定的困難和挑戰(zhàn)。該類型畸形通常根據(jù)牽張成骨理論，運(yùn)用Ilizarov 外固定架緩慢牽張，達(dá)到矯正畸形、恢復(fù)肢體長(zhǎng)度的目的［6］。

Taylor空間外固定支架是在Ilizarov支架的基礎(chǔ)上演變而來，它是根據(jù)相關(guān)參數(shù)，運(yùn)用計(jì)算機(jī)軟件模擬畸形矯正并生成電子處方，指導(dǎo)術(shù)后螺紋標(biāo)桿的調(diào)整［7］。然而，其中的畸形參數(shù)和安裝參數(shù)均根據(jù)X線片進(jìn)行測(cè)量，誤差相對(duì)大，導(dǎo)致隨訪過程中還需進(jìn)行修正。回顧性分析福建中醫(yī)藥大學(xué)附屬廈門第三醫(yī)院骨科2016 年5 月到2018 年10 月治療的6 例小腿骨折畸形愈合的病例資料，通過CT 薄層掃描，3D 打印技術(shù)制作骨模型和截骨導(dǎo)板，根據(jù)Taylor 空間支架配套軟件所需參數(shù)應(yīng)用Mimics 軟件進(jìn)行測(cè)量，按照配套軟件的規(guī)劃在3D打印模型驗(yàn)證矯形結(jié)果，探討其臨床療效，為治療此類畸形提供參考。

資料與方法

一、一般資料

2016年5月至2018年10月，福建中醫(yī)藥大學(xué)附屬廈門第三醫(yī)院骨科共收治6例小腿骨折畸形愈合病人，其中男5 例，女1 例，年齡為22～41 歲，平均29.5 歲。以小腿畸形、關(guān)節(jié)疼痛和行走功能障礙為主要表現(xiàn)，病人一般資料詳見表1。

二、治療方法

（一）術(shù)前準(zhǔn)備

常規(guī)行雙下肢負(fù)重全長(zhǎng)位X 線，雙小腿CT 掃描，層厚為0.625 mm，導(dǎo)出DICOM 文件。運(yùn)用Mimics 對(duì)DICOM 文件進(jìn)行三維重建，映像健側(cè)，測(cè)量患側(cè)的短縮、成角、移位及旋轉(zhuǎn)等畸形參數(shù)（圖1）。根據(jù)三維重建及畸形測(cè)量確定截骨水平并制作截骨導(dǎo)板（圖2）。

（二）手術(shù)方法

采用全身麻醉或腰硬聯(lián)合麻醉。于小腿外側(cè)中下1/3 運(yùn)用擺鋸水平截?cái)嚯韫牵淮怪被谓斯歉砂惭b近端基本環(huán)，再垂直畸形遠(yuǎn)端安裝遠(yuǎn)端環(huán)，預(yù)先估計(jì)兩環(huán)距離，減少術(shù)后換桿概率；于術(shù)前計(jì)劃截骨處應(yīng)用截骨導(dǎo)板截?cái)嗝劰?，組裝連接桿；依次標(biāo)記連接桿序號(hào)，記錄框架參數(shù)。

（三）安裝參數(shù)測(cè)量

表1 病人一般資料及畸形參數(shù)

圖1 根據(jù)健側(cè)映像測(cè)量畸形參數(shù) a：冠狀位移位；b：冠狀位成角；c：矢狀位移位；d：矢狀位成角；e：旋轉(zhuǎn)畸形；f：短縮畸形

術(shù)后患肢行CT掃描，層厚為0.625 mm，導(dǎo)出DICOM 文件。運(yùn)用Mimics 進(jìn)行三維重建，按照Taylor空間支架配套軟件需求，測(cè)量并記錄安裝參數(shù)（圖3）。標(biāo)記截骨線，進(jìn)出針點(diǎn)及遠(yuǎn)近端環(huán)相對(duì)位置，將STL 文件導(dǎo)入3D 打印處理軟件進(jìn)行3D 打印，根據(jù)標(biāo)記點(diǎn)及框架參數(shù)在3D 模型上安裝Taylor 空間支架（圖4）。

圖2 術(shù)前運(yùn)用截骨導(dǎo)板模擬截骨 a：正面觀；b：側(cè)面觀

（四）模擬矯形及處方調(diào)整

輸入畸形參數(shù)、框架參數(shù)及安裝參數(shù)，獲得電子處方。根據(jù)電子處方調(diào)整3D模型的刻度螺紋，與健側(cè)進(jìn)行對(duì)比（圖5）。若誤差明顯需再次確認(rèn)安裝參數(shù)測(cè)量數(shù)值，調(diào)整電子處方直到畸形矯正滿意。

（五）術(shù)后處理

術(shù)后1 周，病人根據(jù)最終電子處方調(diào)整連接桿刻度螺紋，每日延長(zhǎng)距離不超過1 mm。術(shù)后1周病人即可在雙拐保護(hù)下下地行走。定期復(fù)查X 線，礦化時(shí)間為延長(zhǎng)時(shí)間3 倍。礦化完成后拆除Taylor 空間支架。

結(jié) 果

6例病人均獲得隨訪，隨訪時(shí)間為9～25個(gè)月，平均15.2 個(gè)月。拆除外固定時(shí)間為12～16 周，平均13.7周。其中1例釘?shù)栏腥?，?jīng)換藥處理好轉(zhuǎn)，未發(fā)生神經(jīng)、血管損傷和骨不連。末次隨訪按照J(rèn)ohner-Wruhs評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，優(yōu)5例，良1例。典型病例見圖6。

討 論

圖3 在Mimics軟件上進(jìn)行安裝參數(shù)測(cè)量 a：正位上移位及內(nèi)外傾；b：側(cè)位上移位及前后傾；c：軸位上旋轉(zhuǎn)；d：軸位上移位

Ilizarov 牽張成骨理論治療肢體畸形及短縮是上個(gè)世紀(jì)矯形外科最重要的貢獻(xiàn)之一［8］。該理論仍然是現(xiàn)如今使用內(nèi)固定或者外固定進(jìn)行畸形矯正的基本原則。臨床上常用的外固定支架有單邊外固定支架和傳統(tǒng)Ilizarov 支架。單邊外固定支架雖然比較輕便，佩戴舒服，然而只能運(yùn)用于單平面的畸形，具有一定的局限性。Ilizarov 支架已經(jīng)廣泛運(yùn)用于下肢畸形的矯正，特別是多平面的復(fù)雜畸形。然而Ilizarov 架構(gòu)型相對(duì)復(fù)雜，特別對(duì)于伴有旋轉(zhuǎn)移位和側(cè)方移位的畸形，需要額外的環(huán)來實(shí)現(xiàn)，操作上難度進(jìn)一步增加［9，10］。Taylor 空間支架是在Ilizarov 支架的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，將Stewart平臺(tái)及Chasles理論應(yīng)用于骨科。由兩個(gè)環(huán)及六根可調(diào)節(jié)支撐桿組成，配合計(jì)算機(jī)軟件，通過調(diào)整六根支撐桿，進(jìn)而對(duì)短縮、成角甚至六軸畸形進(jìn)行矯正［11］。相對(duì)于Ilizarov支架，能對(duì)復(fù)雜畸形更方便地進(jìn)行矯正，甚至病人及家屬可自行調(diào)節(jié)。

圖4 在3D打印模型上復(fù)制術(shù)中截骨及Taylor 架安裝 a：正面觀；b：側(cè)面觀

圖5 根據(jù)電子處方在3D模型上模擬矯形結(jié)果 a：正面觀；b：側(cè)面觀

圖6 病人，男，26 歲，9 年前右脛腓骨骨折保守治療 a：術(shù)前X 線片示右脛骨短縮，成角畸形；b：術(shù)后3個(gè)月X線片示右脛骨長(zhǎng)度同左側(cè)，可見骨痂

運(yùn)用Taylor空間支架進(jìn)行畸形矯正需配合計(jì)算機(jī)軟件使用，軟件所需要的畸形參數(shù)和安裝參數(shù)需要人工測(cè)量后再輸入，能否精準(zhǔn)地矯正畸形取決于測(cè)量的準(zhǔn)確與否。Rozbruch 等［12］應(yīng)用Taylor 空間支架對(duì)102 例病人進(jìn)行脛骨畸形矯正，認(rèn)為該技術(shù)能精確地矯正畸形并且無明顯并發(fā)癥。然而，目前測(cè)量需要標(biāo)準(zhǔn)的正側(cè)位X 線片，環(huán)中心的確定及旋轉(zhuǎn)畸形的測(cè)量仍然比較困難，因此容易產(chǎn)生誤差，造成畸形矯正不滿意。劉彥士等［13］通過CT 三維重建、計(jì)算機(jī)輔助測(cè)量與傳統(tǒng)X線測(cè)量，在脛骨骨折復(fù)位的精準(zhǔn)度進(jìn)行比較得到：傳統(tǒng)組病人正位X 線片中位移改善度為59.56%，角度改善度為72.76%；側(cè)位X 線片中位移改善度為56.31%，角度改善度為57.44%。計(jì)算機(jī)輔助組病人正位X線片中位移改善度為70.17%，角度改善度為81.02%；側(cè)位X 線片中位移改善度為67.41%，角度改善度為70.32%。本研究6例通過計(jì)算機(jī)三維重建輔助測(cè)量均獲得精準(zhǔn)矯形，我們認(rèn)為計(jì)算機(jī)輔助測(cè)量相比于傳統(tǒng)X 線測(cè)量更精準(zhǔn)。

由于骨骼的不規(guī)則性，骨骼畸形的矯正常常需要高年資醫(yī)師憑借其經(jīng)驗(yàn)，通過術(shù)前對(duì)比、術(shù)中反復(fù)透視確認(rèn)，進(jìn)行截骨矯形。對(duì)醫(yī)生的技術(shù)水平要求高，手術(shù)時(shí)間較長(zhǎng)，臨床效果重復(fù)性較低。3D 打印技術(shù)不僅能夠制備患肢骨模型，還能根據(jù)術(shù)前計(jì)劃設(shè)計(jì)并打印個(gè)體化導(dǎo)板，方便術(shù)中實(shí)施術(shù)前計(jì)劃［14］。Shi等［15］運(yùn)用3D打印個(gè)體化截骨導(dǎo)板進(jìn)行股骨遠(yuǎn)端閉合截骨與傳統(tǒng)術(shù)式相比，下肢力線調(diào)整的精確率、手術(shù)時(shí)間的長(zhǎng)度以及術(shù)后透視的次數(shù)，3D打印組均明顯優(yōu)于傳統(tǒng)手工截骨組，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。本研究應(yīng)用3D 打印截骨導(dǎo)板，具有截骨精準(zhǔn)、可重復(fù)性高、節(jié)省手術(shù)時(shí)間等優(yōu)點(diǎn)。3D打印導(dǎo)板的難度在于，術(shù)前導(dǎo)板的設(shè)計(jì)及術(shù)中導(dǎo)板的定位。我們的做法是：首先，根據(jù)Paley 等［16］研究方法確定畸形的成角旋轉(zhuǎn)中心，以該點(diǎn)為截骨位置，結(jié)合三維CT，反向設(shè)計(jì)截骨導(dǎo)板。其次，截骨導(dǎo)板設(shè)計(jì)應(yīng)包括定位用骨性標(biāo)志，脛骨近端可參考脛骨結(jié)節(jié)內(nèi)、外側(cè)緣，脛骨中段采用脛骨前嵴及后內(nèi)側(cè)嵴雙平面定位，脛骨遠(yuǎn)端以內(nèi)踝與干骺端夾角進(jìn)行定位。另外，本研究首次應(yīng)用3D打印創(chuàng)建術(shù)后模型，快速模擬畸形矯正終點(diǎn)，相對(duì)于傳統(tǒng)X線測(cè)量后生成電子處方，根據(jù)隨訪復(fù)查X 線的結(jié)果再進(jìn)行電子處方調(diào)整，具有以下顯著優(yōu)點(diǎn)：①可以對(duì)測(cè)量的畸形參數(shù)和安裝參數(shù)進(jìn)行驗(yàn)證，同時(shí)結(jié)合計(jì)算機(jī)輔助測(cè)量，大大提高精確性；②方便計(jì)算機(jī)處方的調(diào)整；③減少術(shù)后調(diào)整電子處方的次數(shù)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)誤差并調(diào)整；④減少病人的隨訪次數(shù)。

本研究仍有不足之處，首先，這是偏重于經(jīng)驗(yàn)的臨床回顧性分析，為自身對(duì)照，缺乏和傳統(tǒng)預(yù)估截骨法的對(duì)照，證據(jù)等級(jí)較低。其次，樣本量較小，將來需要更大樣本的前瞻性隨機(jī)對(duì)照研究，同時(shí)還應(yīng)該納入更多復(fù)雜畸形病例，從而更好地評(píng)價(jià)該方法的臨床效果。