白六莉，李佳義，劉佳敏，馬磊，李宗瀚，黃江，曹光磊，安帥

(首都醫(yī)科大學(xué)宣武醫(yī)院骨科，北京 100053)

膝關(guān)節(jié)骨關(guān)節(jié)炎是骨科常見的中老年慢性退行性疾病，骨關(guān)節(jié)炎40歲人群的患病率為10%～17%，而60歲人群可達(dá)50%，75歲以上人群中則高達(dá)80%[1]。在合并膝內(nèi)翻畸形的患者中更容易發(fā)生內(nèi)側(cè)間室磨損，從而發(fā)生膝關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)間室的骨關(guān)節(jié)炎，影響患者日常生活[2-3]。這種膝內(nèi)翻的主要原因是脛骨側(cè)的畸形。脛骨高位截骨術(shù)(high tibial osteotomy，HTO)是目前治療膝關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)骨關(guān)節(jié)炎合并膝內(nèi)翻畸形的可靠方法，其原理是通過調(diào)整下肢力線糾正膝關(guān)節(jié)內(nèi)翻從而進(jìn)行負(fù)重應(yīng)力的重新分布，達(dá)到膝關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)間室減壓的目的。對(duì)于終末期的膝關(guān)節(jié)骨關(guān)節(jié)炎患者來說，人工全膝關(guān)節(jié)置換手術(shù)(total knee arthroplasty，TKA)是目前主要選擇的手術(shù)方式。但該手術(shù)切除了交叉韌帶，損失了膝關(guān)節(jié)的本體感覺，影響了膝關(guān)節(jié)自然狀態(tài)的運(yùn)動(dòng)學(xué)，從而術(shù)后有較高的不滿意度[4]。如果能夠在膝關(guān)節(jié)炎早期通過矯正下肢力線、減輕內(nèi)側(cè)關(guān)節(jié)面負(fù)荷、阻止疾病的進(jìn)展，則可推遲甚至避免實(shí)施TKA。

1963年，Coventry[5]首次報(bào)道應(yīng)用外側(cè)閉合楔形脛骨高位截骨術(shù)治療早期膝關(guān)節(jié)骨關(guān)節(jié)炎。隨后大量關(guān)于HTO手術(shù)治療內(nèi)翻膝關(guān)節(jié)炎的臨床應(yīng)用研究表明，該術(shù)式在矯正力線、緩解疼痛、延緩關(guān)節(jié)退變方面療效確切[6-8]。HTO逐漸成為適合相對(duì)年輕活躍，并伴有一定程度脛骨內(nèi)翻的膝骨關(guān)節(jié)炎患者的手術(shù)方式。然而，HTO手術(shù)矯正精確度以及術(shù)后維持情況都不穩(wěn)定。高精度截骨的病例10～15年長(zhǎng)期生存率最高可達(dá)94%，從而避免后續(xù)進(jìn)行全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)，達(dá)到保膝效果[9]。而部分病例因手術(shù)技術(shù)和測(cè)量定位方法問題，長(zhǎng)期生存率相對(duì)較低，且并發(fā)癥較多[10]。近年來HTO逐漸由外側(cè)閉合楔形脛骨高位截骨術(shù)(closed wedge high tibial osteotomy，CWHTO)向內(nèi)側(cè)開放楔形脛骨高位截骨術(shù)(openwedge high tibia osteotomy，OWHTO)轉(zhuǎn)變，配合雙平面截骨加鋼板鎖定，長(zhǎng)期療效和生存率都更加滿意，5年生存率80%～98%，10年生存率可達(dá)74%～86.6%[11]。盡管如此，現(xiàn)行方法仍存在透視次數(shù)高、術(shù)中力線和術(shù)后力線不一致、定位截骨困難等不足。3D打印則是解決這些問題的可行方法，通過術(shù)前、術(shù)中輔助簡(jiǎn)化HTO，提高截骨精度，減少輻射，更適合經(jīng)驗(yàn)相對(duì)不足的年輕醫(yī)生。本文回顧闡述近年來3D打印技術(shù)應(yīng)用于脛骨高位截骨術(shù)的研究進(jìn)展，探討其用于治療膝關(guān)節(jié)骨關(guān)節(jié)炎的發(fā)展方向。

1 3D打印技術(shù)在HTO中的應(yīng)用

1.1 術(shù)前計(jì)劃模型 術(shù)前計(jì)劃模型可分為脛骨近端模型及楔形截骨塊模型兩類，用于：(1)準(zhǔn)確規(guī)劃截骨間隙大小，以糾正冠狀面和矢狀面軸向偏差；(2)檢測(cè)截骨后可能出現(xiàn)的膝關(guān)節(jié)屈伸空間損害。脛骨近端模型用于術(shù)前模擬，可配合截骨導(dǎo)板使用，輔助術(shù)中合頁點(diǎn)精準(zhǔn)定位，確定術(shù)中截骨導(dǎo)板使用的適應(yīng)度[12]。楔形截骨塊模型可于手術(shù)設(shè)計(jì)時(shí)再現(xiàn)實(shí)際截骨的內(nèi)側(cè)高度和傾角，并在術(shù)中插入截骨間隙輔助鋼板固定，維持截骨角度，可取得滿意的力線糾正結(jié)果[13-14](見圖1)。

1.2 截骨導(dǎo)向器 截骨導(dǎo)向器也稱個(gè)體化截骨導(dǎo)板(patient-specific instrumentation，PSI)，是目前應(yīng)用較廣泛的3D打印輔助HTO設(shè)計(jì)。截骨導(dǎo)板可依照術(shù)前計(jì)劃引導(dǎo)術(shù)中截骨位置、方向和深度準(zhǔn)確定位，輔助醫(yī)生實(shí)行截骨與撐開，精確建立截面、空間距離、成角關(guān)系等復(fù)雜空間結(jié)構(gòu)，通過個(gè)性化設(shè)計(jì)提高手術(shù)精度并縮短手術(shù)時(shí)間，為大幅減少手術(shù)時(shí)間、出血量、透視次數(shù)提供了可能，從而降低翻修率、減少并發(fā)癥發(fā)生[15-17](見圖2)。

目前應(yīng)用于HTO領(lǐng)域的截骨導(dǎo)向器主要存在兩種設(shè)計(jì)理念。應(yīng)用較為廣泛的是局部骨面貼合導(dǎo)板設(shè)計(jì)，由Victor和Premanathan[18]于2013年首次使用，14例患者成功實(shí)施根據(jù)導(dǎo)板所示截骨槽的設(shè)定位置進(jìn)行截骨。這種設(shè)計(jì)可與個(gè)體骨表面結(jié)構(gòu)吻合，在各平面均顯示出良好的精度，且術(shù)后愈合良好，膝關(guān)節(jié)功能評(píng)分顯著提高[19]。在此基礎(chǔ)上，又有導(dǎo)板增加了撐開校準(zhǔn)功能，導(dǎo)板本身設(shè)計(jì)有校準(zhǔn)孔，僅于撐開角度與預(yù)期一致時(shí)兩校準(zhǔn)孔可用校準(zhǔn)桿對(duì)齊，從而減少術(shù)中透視劑量[16]。但局部依附導(dǎo)板設(shè)計(jì)存在導(dǎo)板面積較大、軟組織剝離較多，缺乏術(shù)中檢驗(yàn)工具等問題[20]。Jones等[10]提出另一種使用遠(yuǎn)端骨標(biāo)志定位的截骨釘?shù)缹?dǎo)板設(shè)計(jì)理念，依靠遠(yuǎn)端骨標(biāo)志放入導(dǎo)板，引導(dǎo)導(dǎo)針植入，取出導(dǎo)板由導(dǎo)針定位鋸切。其所需切開剝離的范圍更小，理論上可減少傷口感染、不愈合等并發(fā)癥，但可能導(dǎo)致精度降低，操作過程也較為繁瑣。

a 術(shù)前模擬脛骨近端模型 b 楔形截骨塊模型 c 術(shù)中維持撐開角度大體照 a 個(gè)體化定制截骨導(dǎo)向器 b 術(shù)中確定截骨平面和撐開角度

1.3 植入骨模型 3D打印技術(shù)可用于HTO術(shù)后個(gè)性化植入物的制作，塑造形狀復(fù)雜、結(jié)構(gòu)精細(xì)的植入物，滿足不同患者的需求。且3D打印可實(shí)現(xiàn)多孔鈦材料、鈦(Ti)/羥基磷灰石復(fù)合材料等植入物的制作，增加其生物力學(xué)相容性[21-22]。

2 3D打印輔助HTO較傳統(tǒng)HTO手術(shù)比較

2.1 下肢力線矯正精度 HTO發(fā)展至今，精確執(zhí)行力線矯正被公認(rèn)為是手術(shù)成功的關(guān)鍵之一。目前多數(shù)傳統(tǒng)HTO術(shù)中僅依靠手摸體表標(biāo)志和手扶力線桿透視的方法來估測(cè)下肢力線，術(shù)中誤差可能較大，難以達(dá)到計(jì)劃截骨角度[23]。也有報(bào)道使用PACS圖像進(jìn)行規(guī)劃，該方法可以保證計(jì)劃矯正角度，卻存在無法維持術(shù)中矢狀面的問題[24]。

3D打印于術(shù)前行計(jì)算機(jī)輔助三維圖像重建，數(shù)字格式的使用可以選擇性地放大測(cè)量的參考區(qū)域，精確計(jì)劃截骨。實(shí)物打印也為醫(yī)生提供更直觀的模擬方案。術(shù)中依靠PSI引導(dǎo)手術(shù)定位，行HTO時(shí)可植入楔形截骨模型維持矯正間隙，確保截骨角度完全遵循術(shù)前計(jì)劃。Yang等[16]研究了10例使用PSI輔助HTO的患者，所有患者實(shí)際矯正平均值[距脛骨內(nèi)側(cè)平臺(tái)邊緣外側(cè)(60.2±2.78)%]與計(jì)劃校正值一致。高小康等[25]比較常規(guī)截骨與截骨導(dǎo)向器輔助截骨治療40例膝內(nèi)翻畸形合并骨關(guān)節(jié)炎，結(jié)果顯示3D打印組術(shù)后力線偏差比值更小，下肢力線矯正更精確。且有研究顯示，在一定自由度內(nèi)即使PSI出現(xiàn)錯(cuò)位，對(duì)下肢力線矯正仍沒有影響[26]。在三維校正精度方面，3D打印也展示出其良好的優(yōu)越性，各平面均能達(dá)到計(jì)劃角度，同時(shí)不存在傳統(tǒng)HTO術(shù)后的脛骨后平臺(tái)變化問題[27-28]。

2.2 透視次數(shù)和累積放射劑量 不論對(duì)傳統(tǒng)HTO還是3D打印手術(shù)來說，透視的使用都必不可少。在一項(xiàng)傳統(tǒng)與新技術(shù)對(duì)照研究中[12]，傳統(tǒng)技術(shù)每次術(shù)中干預(yù)所需的透視圖像平均為55張，而3D打印平均僅需8張(6～14張)，輻射暴露減少6.9倍。Jacquet等[29]針對(duì)HTO截骨導(dǎo)向器在學(xué)習(xí)曲線后透視圖像數(shù)量的研究中也指出，學(xué)習(xí)曲線為9例時(shí)平均拍攝圖像僅為(4±1)張。趙大鵬等[30]應(yīng)用截骨導(dǎo)向器輔助的OWHTO術(shù)19例與20例常規(guī)截骨比較，截骨組術(shù)中透視次數(shù)僅(17.5±2.7)次，而傳統(tǒng)組透視次數(shù)(22.2±3.2)次，3D打印組透視次數(shù)明顯更少。

此外，術(shù)前膝關(guān)節(jié)CT掃描輻射暴露水平僅0.16 mSv，遠(yuǎn)低于術(shù)中透視所需的每分鐘20～200 mSv[16]。如果在保證手術(shù)參數(shù)與計(jì)劃一致的情況下，PSI可僅通過對(duì)準(zhǔn)桿與近、遠(yuǎn)孔同軸來實(shí)現(xiàn)下肢力線負(fù)重比率監(jiān)測(cè)，從而避免使用透視和導(dǎo)航系統(tǒng)，降低輻射劑量。

2.3 臨床功能評(píng)分 下肢力線的矯正將有效阻止內(nèi)側(cè)間室軟骨破壞進(jìn)展。3D打印在HTO中的應(yīng)用，不僅保留了HTO手術(shù)改善下肢力線的優(yōu)點(diǎn)，還增加了手術(shù)精準(zhǔn)性，維持脛骨后傾角度，因而減少對(duì)膝關(guān)節(jié)的屈伸活動(dòng)及前交叉韌帶張力的影響，術(shù)后患者活動(dòng)量明顯增加[31]。Chaouche等[32]調(diào)查100例使用PSI的OWHTO患者，術(shù)后HKA矯正精度高，且膝關(guān)節(jié)損傷和骨關(guān)節(jié)炎評(píng)分(the knee injury and osteoarthritis score，KOOS)等評(píng)估項(xiàng)目2年內(nèi)結(jié)果均得到顯著改善。高潤(rùn)子等[33]證實(shí)術(shù)后下肢負(fù)重線比率、Lysholm評(píng)分等均優(yōu)于術(shù)前，1年后隨訪效果優(yōu)良。3D打印研究中觀察到的功能評(píng)分常優(yōu)于傳統(tǒng)手術(shù)，但其功能結(jié)果優(yōu)越性的證明仍存在隨訪時(shí)間短(1～2年)和對(duì)照組缺乏等限制[19，24，34]。

2.4 生存率和翻修率 實(shí)施HTO手術(shù)的患者中有部分面臨著翻修問題，一般采用全膝關(guān)節(jié)置換方式。HTO生存率并不穩(wěn)定，高者10年生存率可達(dá)90%，而也有報(bào)道5年生存率只有78%，10年生存率僅52%[35]。造成翻修的常見危險(xiǎn)因素為高齡(>60歲)、女性以及患有糖尿病、骨質(zhì)疏松、高脂血癥等原發(fā)疾病[36]。目前還未見關(guān)于3D打印輔助HTO翻修率的報(bào)道，與這項(xiàng)技術(shù)開展時(shí)間較短、隨訪年限不足有關(guān)。

2.5 并發(fā)癥發(fā)生情況 3D打印輔助HTO時(shí)由于未改變手術(shù)基本方法，故仍存在合頁骨折、骨延遲愈合、髕骨高度下降等并發(fā)癥可能[37-39]。但由于3D打印截骨操作更精確，多數(shù)無上述并發(fā)癥報(bào)道。此外3D打印技術(shù)明顯縮短手術(shù)時(shí)間，具有降低感染率的潛在臨床優(yōu)勢(shì)[12，24-25，29]。陳金國等[23]包含47例的對(duì)照研究中3D打印組未出現(xiàn)術(shù)后感染，而傳統(tǒng)截骨組中有1例出現(xiàn)術(shù)后感染癥狀。

3 總結(jié)與展望

脛骨高位截骨術(shù)被稱為治療膝關(guān)節(jié)骨關(guān)節(jié)炎的保膝手段，由于保留了自身的韌帶等結(jié)構(gòu)，相較全膝關(guān)節(jié)置換、單髁置換等手術(shù)方法，患者術(shù)后保留了正常膝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)。3D打印技術(shù)在這一術(shù)式的基礎(chǔ)上，幫助醫(yī)生制定更加個(gè)體化的治療方案，達(dá)到精確截骨，并且簡(jiǎn)化操作、縮短手術(shù)時(shí)間、減少輻射量等，保證了HTO手術(shù)矯正效果。但目前3D打印技術(shù)在HTO中的應(yīng)用還未形成系統(tǒng)化的操作流程，無法作為普及工具，且缺乏長(zhǎng)期研究證明精確力線矯正與良好的臨床結(jié)果相關(guān)。關(guān)于3D打印的具體應(yīng)用方式也需要繼續(xù)進(jìn)行探索與比較。綜上所述，3D打印在脛骨高位截骨術(shù)中的應(yīng)用研究仍處在較初步階段，還需技術(shù)創(chuàng)新與臨床研究找到標(biāo)準(zhǔn)化的應(yīng)用方法。相信憑借其突出的自身優(yōu)勢(shì)以及技術(shù)的不斷成熟，3D打印技術(shù)在脛骨高位截骨術(shù)中的輔助應(yīng)用將越來越廣泛。