探讨3D打印截骨导板在踝上截骨术治疗内翻型踝关节炎中的临床效果。
回顾性队列研究。纳入2019年1月—2022年6月徐州仁慈医院采用踝上截骨术治疗的19例内翻型踝关节炎患者的临床和影像学资料。患者年龄36~63岁，其中，男12例、女7例，左足10例、右足9例，TakakuraⅡ期7例、Ⅲa期9例、Ⅲb期3例。患者根据不同手术方式分组：观察组8例，均采用3D打印截骨导板截骨；对照组11例，均采用传统踝上截骨治疗。观察指标：（1）比较2组患者的手术时间、术中透视次数、出血量及骨愈合时间。（2）比较2组术前及术后末次随访时的疼痛视觉模拟评分法（VAS）评分、踝关节功能评价指标美国足踝外科协会（AOFAS）踝-后足评分，以及影像学测量指标后胫骨前侧关节面（TAS）角、胫骨侧面关节面（TLS）角及距骨倾斜（TT）角。
观察组与对照组性别、年龄、侧别、Takakura分期等基线资料比较，差异均无统计学意义（P值均>0.05）。19例患者均顺利完成手术，术后均获随访，随访时间16~24（19.3±3.1）个月。（1）观察组手术时间为96（92，103）min、较对照组的127（125，132）min更短，透视次数为2（2，3）次、较对照组的4（4，5）次更少，差异均有统计学意义（Z=3.60、3.45，P值均<0.001）。观察组术中出血量为30（21，43）mL，对照组为60（50，90）mL，差异有统计学意义（Z=3.38，P<0.001）；观察组骨愈合时间为13（12，13）周，对照组为13（12，13）周，差异无统计学意义（Z=1.02，P=0.351）。（2）组内比较：观察组末次随访AOFAS评分为89.5（88.0，91.5）分、VAS评分为1.0（0.5，1.5）分，TAS角为 90.9°（89.9°，91.8°）、TT 角为0.1°（0.0°，0.4°），均较术前的60.5（57.5，65.5）分、4.0（3.5，5.5）分、83.6°（83.1°，84.2°）、1.9°（1.3°，2.6°）改善明显，差异均有统计学意义（t=30.33、5.40、25.43、6.19，P值均<0.05）；对照组末次随访AOFAS评分为88.0（87.0，90.0）分、VAS评分为1.0（1.0，2.0）分、TAS角为 90.5°（89.6°，91.6°）、TT为 0.0°（0.0°，0.5°），均较术前的56.0（53.0，65.0）分、4.0（4.0，5.0）分、83.3°（81.4°，84.5°）、2.3°（1.2°，2.7°）改善明显，差异均有统计学意义（t=16.54、7.87、39.05、9.15，P值均<0.001）；2组末次随访TLS角与术前比较差异均无统计学意义（P值均>0.05）。组间比较：2组患者AOFAS评分、VAS评分，以及TAS角、TT 角、TLS角，术前及术后末次随访差异均无统计学意义（P值均>0.05）。
3D打印截骨导板截骨术治疗踝关节炎安全有效，具有操作简单，导板限深、截骨精准的特点，疗效与传统踝上截骨治疗踝关节炎相当，并且术中手术时间更短、透视次数更少。
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近年来，踝关节炎的发病率逐年增高，全球有1%的人受到踝关节炎的影响［1］。踝关节炎有原发性、创伤性、炎性等，而最常见的为创伤性踝关节炎，因为踝关节损伤机制所致，尤以内翻型踝关节炎最多见［2］。根据内翻型踝关节炎的影像学表现，临床上常依据Takakura分期采取阶梯治疗：对于Ⅰ期踝关节炎患者，可根据症状采取消炎镇痛治疗，或辅助关节镜清理以缓解踝关节症状；Ⅱ期及Ⅲ期踝关节炎的距骨倾斜（talar tilt，TT）角均增大、踝关节内翻、软骨破坏，单纯清理关节无法改善踝关节的力线，致踝关节疼痛不能缓解，此时为了改善功能，延缓踝关节炎的进一步发展，临床多采取踝上截骨手术治疗［3, 4, 5］；Ⅳ期（终末期）踝关节炎全部关节间隙闭塞，关节骨性接触，多采取踝关节融合或踝关节置换手术治疗［6］。而传统的踝上截骨术中需要反复透视确定截骨线、测量撑开角度，增加了手术时间，并且如何精确保留对侧骨皮质及“合页”的结构完全依靠经验判断。为了解决以上问题，2019年有学者设计出了3D打印导板辅助治疗内翻型踝关节炎患者的手术，结果显示，借助3D打印导板辅助可缩短手术时间，减少透视次数和术中出血［7］。同年，我科根据内翻型踝关节炎患者畸形情况也设计了一款3D打印截骨导板，是通过导板上截骨槽的厚度限制锯片的深度，借助于术前1∶1踝关节模型上精确测量和规划，使得术中操作更加简单。在本研究中，我们回顾性分析了2019年1月—2022年6月我院采用不同手术方案的19例内翻型踝关节炎患者的临床资料，旨在探讨3D打印截骨导板在踝上截骨治疗内翻型踝关节炎中的疗效，为临床3D打印截骨导板在治疗中的应用积累更多的资料。
纳入标准：（1）符合内翻型踝关节炎诊断；（2）影像学分期符合TakakuraⅡ期、Ⅲa期、Ⅲb期；（3）采用传统踝上截骨或3D打印截骨导板治疗。排除标准：（1）临床资料及影像资料不完整；（2）术后随访时间少于12个月；（3）合并距骨旋转明显的内翻踝关节炎；（4）内翻畸形角度过大（TT角>15°）。
回顾性队列研究。纳入2019年1月—2022年6月徐州仁慈医院接受踝上截骨治疗的19例内翻型踝关节炎患者的临床和影像学资料。患者年龄36~63岁，其中，男12例、女7例，左足10例、右足9例，TakakuraⅡ期7例、Ⅲa期9例、Ⅲb期3例。按不同手术方式将患者分为：观察组8例，均采用3D打印截骨导板截骨；对照组11例，均采用传统踝上截骨治疗。
本研究符合《赫尔辛基宣言》的要求。所有患者家属签署手术知情同意书。
患者均采用全身麻醉，平卧位。患肢近端绑气囊止血带，设置压力50 kPa（1 kPa=0.133 mmHg），对侧髂前上棘处消毒待术中取髂骨植骨。19例患者手术均由同一组医师完成。
采用踝前内侧弧形切口，长度约10 cm，依次切开皮肤、皮下组织、筋膜，显露踝关节。注意保护血管神经，探查踝关节，清理增生的滑膜组织及增生的骨赘、游离体，探查胫距关节面，并松解三角韧带（根据术前及术中检查外侧副韧带的情况，如外侧副韧带损伤需行韧带修复手术）。定位截骨点：胫骨内侧缘内踝上4~5 cm处，以克氏针自内向外（下胫腓关节上缘）钻入定位截骨线，C臂X线机透视明确克氏针位置（如位置不正确则需调整克氏针后再次透视），摆据沿克氏针截骨，保留截骨对侧骨膜及软组织；撑开截骨线，根据术中C臂X线透视评估撑开高度。取髂骨，并修整髂骨符合撑开胫骨大小，填塞截骨端，复位截骨端矫正踝关节力线。截骨端予钢板固定，再次正侧位X线透视，确认踝关节力线满意。
术前准备：根据患者术前CT三维重建资料打印1∶1踝关节3D标本。在踝关节负重位X线片上测量胫骨前侧关节面（tibial articular surface，TAS）角、胫骨侧面关节面（tibial lateral surface，TLS）角及TT角，并据此设计踝关节截骨导板。于3D假体上计算并绘制截骨线，在截骨线上设计导板上缘截骨槽，深度不可太深，防止损伤对侧骨膜及软组织，以50 mm摆锯全部进入时保留胫骨外侧骨皮质2~3 mm为宜（即摆锯据片50 mm，胫骨截骨线+导板厚度为52 mm），保留胫骨外侧合页结构。设计导板下缘与踝关节标本严格贴合，方便术中安装及定位。导板上预留定位孔，方便术中固定。于3D假体上模拟截骨，撑开胫骨内侧骨皮质，纠正踝关节畸形，于假体上测量胫骨内侧撑开的距离，便于术中测量取髂骨结构植骨的厚度。导板设计详见图1。
手术方法：从切开皮肤至探查胫距关节面，步骤同对照组。安装截骨导板，使截骨导板与内踝完全贴合，打入3枚2 mm克氏针定位，50 mm摆锯沿导板上缘截骨槽截骨，保留截骨对侧骨膜及软组织。根据术前设计的撑开角度、距离及胫骨缺损大小，取相等髂骨，并修整成截骨端胫骨缺损形状。垫块填塞入截骨端，复位截骨端矫正踝关节力线。行C臂X线机透视确认踝关节力线、截骨位置良好。截骨端予钢板固定，正侧位透视检查无力线异常。部分畸形较重的患者如需进一步行腓骨截骨［8］，术前于模型上模拟截骨，记录腓骨撑开的长度、截骨线的角度，在下胫腓关节近端处截骨，方向自外上向内下，复位纠正力线后，截骨端予植骨和腓骨钢板固定。
患者术后行中立位支具固定3周，术后常规给予抗感染、抗凝治疗，定期换药观察切口情况。拆除石膏后联合康复科行早期康复锻炼。术后6周逐步扶拐部分负重锻炼，术后3个月完全负重行走。
观察指标：（1）比较2组术中透视次数、术中出血量、手术时间及骨愈合时间。（2）采用疼痛VAS评分评估患者疼痛情况，美国足踝外科协会（American Orthopaedic Foot and Ankle Society，AOFAS）踝-后足评分评估术后功能、对线及疼痛（90~100 分为优，80~89 分为良，70~79 分为可，<70 分为差）。比较2组术前及术后末次随访组内和组间的VAS、AOFAS评分差异。（3）患者术后1、3、6、12个月及末次随访时复查X线片。比较2组患者术前及末次随访时的负重影像学测量指标：TAS角，在患者胫骨前后位X线上测量，为胫骨远端关节面和胫骨纵轴线之间的夹角（正常范围90°±3°）；TLS角，在侧位X线上测量，为胫骨远端关节面与胫骨纵轴的夹角（正常范围81°±5°）；TT角，在患者胫骨前后位X线上测量，为胫骨远端关节面和距骨关节面之间的夹角。以上指标的测量由同一位高年资骨科副主任医师完成，测量3次取平均值。
应用SPSS 22.0统计学软件对数据进行统计学分析。服从正态分布的计量资料以±s表示，组间比较采用独立样本t检验，组内手术前后的比较采用配对t检验；不服从正态分布的计量资料以M（Q1，Q3）表示，组间比较采用Mann-Whitney U检验。分类资料以例表示，组间比较采用χ2检验。以P<0.05为差异有统计学意义。影像学指标测量结果的一致性采用ICC检验：ICC值<0.40为一致性较差，ICC值0.40~0.75为一致性一般，ICC值>0.75为一致较好。
观察组与对照组性别、年龄、侧别、分期对比，差异均无统计学意义（P值均>0.05），见表1。影像学指标的测量结果TAS、TLS和TT角的结果一致性一般（ICC=0.61）。
观察组与对照组内翻型踝关节炎患者的基线资料比较
观察组与对照组内翻型踝关节炎患者的基线资料比较
| 组别 | 例数 | 性别（例） | 侧别（例） | Takakura分期（例） | 年龄［岁，M（Q1，Q3）］ | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 男 | 女 | 左 | 右 | Ⅱ | Ⅲa | Ⅲb | |||||
| 观察组 | 8 | 5 | 3 | 4 | 4 | 3 | 4 | 1 | 48.5（45.3，55.3） | ||
| 对照组 | 11 | 7 | 4 | 6 | 5 | 4 | 5 | 2 | 51.0（47.5，55.5） | ||
| 统计值 | χ2=0.00 | χ2=0.04 | χ2=0.12 | Z=0.37 | |||||||
| P值 | 0.960 | 0.845 | 0.943 | 0.710 | |||||||
注：观察组采用3D打印截骨导板截骨；对照组采用传统踝上截骨
患者均顺利完成手术，术后均获得随访，随访时间为16~24（19.3±3.1）个月。
观察组手术时间为96（92，103）min、透视次数2（2，3）次，对照组手术时间127（125，132）min、透视次数4（4，5）次，观察组较对照组手术时间更短，术中透视次数更少，差异均有统计学意义（Z=3.60、3.45，P值均<0.001）。观察组术中出血量30（21，43）mL；对照组出血量60（50，90）mL，观察组术中出血量更少，差异有统计学意义（Z=3.38，P<0.001）；观察组骨愈合时间13（12，13）周；对照组骨愈合时间13（12，13）周，2组骨愈合时间对比，差异无统计学意义（Z=1.02，P=0.351）。
观察组和对照组的组内比较：末次随访AOFAS评分、VAS评分、TAS角、TT角均较术前改善明显，差异均有统计学意义（P值均<0.05）；末次随访TLS角与术前比较差异均无统计学意义（P值均>0.05）。2组间AOFAS评分、VAS评分，以及TAS角、TT角、TLS角比较，术前及末次随访差异均无统计学意义（P值均>0.05）。见表2。
观察组（8例）与对照组（11例）内翻型踝关节炎患者术前与末次随访观察指标比较[M（Q1，Q3）]
观察组（8例）与对照组（11例）内翻型踝关节炎患者术前与末次随访观察指标比较[M（Q1，Q3）]
| 观察指标 | 术前 | 末次随访 | t值a | P值 | |
|---|---|---|---|---|---|
| VAS评分（分） | |||||
| 观察组 | 4.0（3.5，5.5） | 1.0（0.5，1.5） | 5.40 | <0.001 | |
| 对照组 | 4.0（4.0，5.0） | 1.0（1.0，2.0） | 7.87 | <0.001 | |
| Z值 | -0.43 | -0.88 | |||
| P值 | 0.965 | 0.381 | |||
| AOFAS评分（分） | |||||
| 观察组 | 60.5（57.5，65.5） | 89.5（88.0，91.5） | 30.33 | <0.001 | |
| 对照组 | 56.0（53.0，65.0） | 88.0（87.0，90.0） | 16.54 | <0.001 | |
| Z值 | -1.45 | -1.46 | |||
| P值 | 0.147 | 0.144 | |||
| TAS角（°） | |||||
| 观察组 | 83.6（83.1，84.2） | 90.9（89.9，91.8） | 25.43 | <0.001 | |
| 对照组 | 83.3（81.4，84.5） | 90.5（89.6，91.6） | 39.05 | <0.001 | |
| Z值 | -0.62 | -0.41 | |||
| P值 | 0.536 | 0.679 | |||
| TLS角（°） | |||||
| 观察组 | 83.4（82.8，84.5） | 83.7（82.9，84.6） | 2.76 | 0.078 | |
| 对照组 | 83.7（83.0，85.0） | 83.9（82.9，84.7） | 0.77 | 0.461 | |
| Z值 | -0.66 | -0.37 | |||
| P值 | 0.509 | 0.710 | |||
| TT角（°） | |||||
| 观察组 | 1.9（1.3，2.6） | 0.1（0.0，0.4） | 6.19 | 0.001 | |
| 对照组 | 2.3（1.2，2.7） | 0.0（0.0，0.5） | 9.15 | <0.001 | |
| Z值 | -0.46 | -0.13 | |||
| P值 | 0.649 | 0.893 |
注：观察组采用3D打印截骨导板截骨；对照组采用传统踝上截骨；VAS为视觉模拟评分法；AOFAS为美国足踝外科协会；TAS为胫骨远端前侧关节面；TLS为胫骨远端外侧关节面；TT为距骨倾斜；a术前与术后的差值符合正态分布，采用配对t检验
典型病例见图2。
踝上截骨术于 1936年由Speed和 Boyd提出，1995年经Takakura 报道后推广，其治疗效果也得到广泛的认可［9, 10, 11］。踝上截骨术治疗内翻型踝关节炎可以矫正踝关节力线及胫骨纵轴线，使胫距关节面接近正常，从而改善踝关节炎症状，甚至逆转踝关节炎的进程［12］。踝上截骨术的要点主要包括设计截骨角度及截骨位置，通过楔形截骨矫正踝关节TAS角及TLS角，恢复踝关节力线。然而，传统截骨手术存在着诸多不足：（1）术中反复X线透视定位截骨线，不仅延长了手术时间，而且反复置针造成副损伤，增加了出血量。（2）克氏针定位后摆锯沿克氏针方向截骨，截骨角度及距离无法完全贴合克氏针，产生偏差。（3）在截骨过程中时常出现克氏针松动情况，后半程截骨需凭目测完成。截骨后术中无法准确测量胫骨的撑开高度，仅靠术中C臂X线透视下目测确定，目测角度存在偏差。（4）踝上截骨时为了利于矫形后胫骨对位及愈合，建议保留胫骨外侧骨膜及软骨组织、形成“合页结构”［13, 14］；而传统踝上截骨时主要依靠主刀医师的经验，在骨皮质完全切断前及时停止，因此，保留对侧骨皮质难免出现偏差。如何解决以上难点，促使手术更简单而精准，我科采取了医工联合的模式，借助3D打印截骨导板克服以上难点。
近年来，3D打印技术在骨科手术中应用越来越广［15, 16］，尤其是矫形重建手术中的应用不仅为手术设计提供了3D模型［17］，也设计了各种截骨导板辅助手术［7，18, 19, 20］，获得了良好的效果。在以上研究基础上，我科结合3D打印技术设计了一套踝上截骨导板辅助手术，此导板具有以下特点：第一，导板内侧面与内踝完全贴合，术中安装，无需环绕整个胫骨，减小了术中的剥离，安放后以3枚克氏针交叉固定，方便快捷，且经过术前规划，克氏针方向与电锯走行平面无相交，术中互相不影响。第二，截骨槽的厚度同时兼具限深的功能，50 mm锯片限深后直接保留对侧2~3 mm骨皮质。术前我们在电脑上建立患者1∶1模型，采用导板辅助模拟截骨，于术前测量截骨角度、撑开的高度，以及需植骨的骨块厚度并记录，如此我们便把复杂的截骨步骤转移至术前设计，尽量缩短术中的截骨时间。同时，可以更多地关注软组织的风险，尤其是踝关节内侧延长后皮肤牵拉过紧出现坏死的风险，我们采取以下3点应对措施：（1）对于畸形过大（TT角>15°）者不建议采取此术式矫形；（2）切口设计偏前侧入路作一弧形切口，使截骨平面及内固定位于皮瓣下，不直接暴露在切口内；（3）撑开后截骨远端内侧的突起要用电锯去除，内固定要选择合适，贴合良好，避免内侧皮肤张力较大。在操作中导板还具有以下优点：（1）导板上截骨线的角度与方向均通过电脑数字化设计，理论上均达到标准角度。（2）避免了反复透视及截骨的副损伤，节约了手术时间，减少了透视次数。（3）截骨导板固定依靠设计的交叉克氏针固定，牢固可靠，避免了截骨时克氏针松动的风险。（4）截骨导板上的截骨槽按照患者胫骨宽度及锯片长度设计，限制摆锯上线摆动的误差，同时限制截骨深度，从而起到保护对侧骨皮质的作用，有利于保留胫骨对侧合页的作用。
本研究中，我科借助3D打印截骨导板完成了8例患者的手术，手术时间较传统手术明显缩短，并减少了以往反复透视的次数，仅需在截骨前后透视即可。比较术后1年以上随访时的影像学指标（TAS、TLS及TT角）及功能指标（AOFAS、VAS评分），结果发现采取3D截骨导板行踝上截骨与传统截骨手术均可明显改善踝关节畸形，功能与疼痛缓解良好，因为传统手术的术中偏差也已在允许误差范围内，因此获得的胫距关节匹配度良好，2组数据相比在疗效方面无明显差异。但是，3D截骨导板的应用简化了手术步骤，缩短了手术时间，减少了术中透视次数，不仅使患者受益，也减小了手术医师暴露辐射的风险，因此有推广的价值。
综上所述，3D打印截骨导板在踝上截骨手术中应用，术前模拟截骨测量术中的截骨角度及撑开高度，可以简化术中截骨手术步骤，减少术中反复透视、缩短手术时间，术后随访功能恢复良好，畸形矫正效果符合预期，可以作为TakakuraⅡ期、Ⅲa期、Ⅲb期踝关节炎的保踝治疗方案。本研究的不足之处：（1）观察指标较单一，缺少对患者踝关节活动度的后期随访，需进一步随访完善。（2）样本量较小，术后观察时间点的设计不一致，有待后期病例的积累，或联合多中心研究增大样本量，进行长期随访。
曹广超, 杨龙, 惠悦华, 等. 3D打印截骨导板在内翻型踝关节炎踝上截骨术中的应用效果观察[J]. 中华解剖与临床杂志, 2024, 29(10): 668-675. DOI: 10.3760/cma.j.cn101202-20240513-00154.
所有作者声明不存在利益冲突
