3D打印导板在肿瘤性长骨畸形胫骨截骨矫形中的应用

浦飞飞，张志才，邵增务，于一涵，吴蔚，马晓孟，刘芸

良性骨肿瘤临床较为多见，当肿瘤生长在长骨近关节处可影响关节活动，进而演变为长骨畸形，进一步加重畸形，导致骨关节炎，影响患者正常生活[1]。目前针对长骨畸形的治疗手段有限，传统截骨矫形依据术者对X线片粗略测量的长骨畸形状况，依靠术者个人经验进行截骨操作，费时费力，对于截骨矫正角度难以控制误差，容易引起关节半脱位，甚至损伤血管神经[2]。3D打印技术通过数字建模、辅助材料及内植物打印等指导截骨的术前设计和术中导向，提高截骨精度[3]。术前可以参照手术部位三维模型的骨性标志点调整力线和旋转轴线，制定个性化截骨方案[4-5]。本研究回顾性分析52 例3D 打印截骨导板辅助的骨肿瘤长骨畸形截骨矫形资料，为临床治疗提供指导。

1 资料与方法

1.1 临床资料

选择2021 年6 月至2022 年12 月收治的骨肿瘤长骨畸形截骨矫形患者。纳入标准：①肢体良性骨肿瘤合并畸形需行截骨矫形者；②采用3D 打印截骨导板行截骨矫形。排除标准：①未采用3D 打印截骨导板辅助截骨矫形的患者；②恶性骨肿瘤患者；③合并严重关节炎、类风湿性关节炎患者；④合并肝肾器官和神经系统严重原发性疾病者。

本组52 例，男32 例，女20 例。年龄18～53 岁，中位数36 岁。骨肿瘤病理类型：骨软骨瘤病34 例，骨纤维异样增殖症12 例，其他类型6 例。单侧畸形39例，双侧畸形13 例。本组患者的主要临床症状均为膝关节外翻畸形，膝关节活动受限。发病至手术时间1～13年，中位数5年。

本研究经华中科技大学同济医学院附属协和医院医学伦理委员会审查批准（2021-IEC-484），所有患者均签署知情同意书。

1.2 手术方法

3D打印截骨导板设计制作（图1）：术前行双下肢CT 扫描，扫描数据以Dicom 格式导入Mimics 软件，三维重建下肢骨骼并以STL 格式保存分析。使用Miniaci 法计算下肢力线并分析胫骨高位截骨角度。然后再模拟胫骨近端外侧上方截骨平面，分析调整胫骨平台后倾角度，最后模拟胫骨结节后方截骨平面。当截骨平面明确后，模拟手术截骨，计算分析下肢力线矫形情况。制备3D 打印截骨导板，并行光固化处理，然后经低温等离子消毒后备用。

图1 3D打印截骨导板设计

手术操作（图2）：所有手术均由同一组医师完成。患者于全身麻醉下，患肢大腿根部上止血带。常规消毒、铺巾。取前方纵形切口，逐层切开皮肤、筋膜，显露并钝性分离肌肉，显露下肢长骨畸形区域，根据术前设计安放截骨导板，克氏针固定截骨导板，行胫骨高位楔形截骨，断端复位后透视确认复位情况。采用锁定加压接骨板行断端固定，软尺测量下肢力线和下肢长度，位置满意后冲洗伤口，逐层缝合伤口，无菌敷料包扎。

图2 3D打印截骨导板辅助截骨矫形

1.3 评价指标及随访计划

术前及术后1 周拍摄下肢全长及膝关节负重正侧位X线片，测量负重线比率（weight bearing line,WBL）、关节线相交角（joint line conergence angle,JLCA）、胫骨近端内侧角（medial proximal tibial angle, MPTA）、胫骨后倾角（posterior tibial slope,PTS）。术前、术后6个月、术后1年采用Lysholm评分评估下肢功能。

1.4 统计学方法

应用SPSS 20 软件进行统计学分析，正态分布数据采用均数±标准差表示，计量资料比较采用t检验，以P＜0.05为差异有统计学意义。。

2 结果

所有患者下肢畸形均得到有效矫正。与术前相比，术后1 周的WBL 和MPTA 均显著增加，JLCA 显著减小，差异均有统计学意义（P＜0.05）。与术前相比，术后1 周的PTS 略微增加，但差异无统计学意义（P＞0.05）。见表1。

表1 手术前后WBL、JLCA、MPTA、PTS比较（n=52，±s）

表1 手术前后WBL、JLCA、MPTA、PTS比较（n=52，±s）

注：WBL 为负重线比率；JLCA 为关节线相交角；MPTA 为胫骨近端内侧角；PTS为胫骨后倾角。

PTS（°）11.64±3.91 12.05±4.13 2.284＞0.05时间术前术后1周t值P值WBL（%）13.48±6.82 64.37±3.49-7.294＜0.05 JLCA（°）3.31±1.24 1.13±0.63-1.463＜0.05 MPTA（°）79.42±9.85 92.89±8.63-4.153＜0.05

术前Lysholm 评分为（84.28±4.39）分，术后6 个月随访时（94.68±6.24）分，术后1 年为（95.46±6.51）分。与术前比较，术后6 个月、1 年的Lysholm 评分均显著增加（t=-5.087，P＜0.05；t=-3.237，P＜0.05）；而术后6 个月与术后1 年的Lysholm 评分比较，差异无统计学意义（t=1.245，P＞0.05）。

典型病例见图3。

图3 患者，男，31岁，多发骨软骨瘤致膝关节外翻畸形

3 讨论

骨肿瘤导致的长骨畸形临床处理较为困难，截骨矫形手术是纠正畸形的有效手段[6]。但肢体畸形常发生在三维空间内，而非单纯成角，术前截骨设计还涉及复杂的测量计算，过程复杂繁琐，传统截骨方式难以进行精准预测[7]。尽管CT 三维重建技术可以帮助明确畸形状况，但仍然无法精确解决力线问题，也无法准确制定最佳的截骨方式[8]。因此，如何对骨肿瘤长骨畸形进行精准化截骨矫形成为临床研究的重点和难点问题，尤其是如何正确选择术中所需的截骨角度、截骨平面及截骨方向。传统截骨矫形手术的截骨量和矫正角度主要凭借术者的个人经验，借助术前X 线的测量和术中反复多次透视调整截骨方式，以上操作不仅费时费力，还会增加患者的辐射时长，造成患者的骨量丢失，延长手术时间，增加术后并发症，影响截骨矫形效果[9]。

随着现代医学技术及工业制造技术的快速发展，可以利用计算机辅助分析最佳截骨角度、大小和方向，借助3D 打印机制作截骨导板辅助术中截骨矫形[10]。3D 打印技术凭借术前数字化建模，确定截骨平面和截骨角度，利于手术者进行术前评估，方便规划手术方案，同时还可以进行临床教学和手术预演，也利于医师和患者的手术谈话沟通[11]。3D 打印截骨导板起到截骨导向、定位及保护作用，截骨导板为定制化产品，是根据患者的解剖数据逆向设计而成，并使用增材制造技术完成打印生产，匹配精度高，大大提高手术效率。选择患者的硬组织特征结构进行定位，术中指示解剖位置，可对术者进行规范化教学，缩短学习曲线，便于新技术的开展和加快中青年医生成长[12]。本研究采用3D 打印模板，省去了术前复杂的影像学评估和技术选择，缩短了手术时间，减少了不必要的手术创伤，提高了手术成功率，减少了并发症。

肿瘤导致的长骨畸形的髓腔与健康骨髓腔存在差异，常表现为狭窄、弯曲、硬化，髓内钉固定存在诸多不便[13]。外固定架相较于接骨板和髓内钉稳定性不足，容易发生钉道感染[14]。本研究在截骨复位后均使用锁定接骨板内固定，有利于下肢力线的恢复。锁定接骨板通过特有的钉孔、钉帽螺纹咬合技术，可以对骨块无提拉作用下实现有效把持，避免术后矫正角度丢失。此外，锁定接骨板还可通过增加接骨板长度及干骺端多角度螺钉固定来增加骨干支撑及稳定性[15]。本组所有患者均使用锁定加压接骨板内固定，术后初始稳定性较好，可以实现早期功能锻炼。对于骨面贴合程度欠佳的接骨板可行局部塑形，术后随访发现对位和力线良好，内固定稳定。

本组患者下肢畸形均得到有效矫正。WBL由术前13.48%±6.82%提高至术后64.37%±3.49%；JLCA由术前3.31°±1.24°减少至术后1.13°±0.63°；MPTA 由术前79.42°±9.85°提高至术后92.89°±8.63°；PTS 由术前11.64°±3.91°变为术后12.05°±4.13°。这些结果表明，3D 打印模板辅助下的截骨矫形手术可以较好地矫正畸形，内固定稳定，满足早期负重运动要求。3D打印技术实现了精准个体化治疗，提高了患者的预后、功能恢复和生活质量，手术安全性更高。但是需要注意的是，矫形手术不仅需要精确的截骨术，还需要外科医生的临床经验，从而更好地治疗软组织，减少并发症发生。

但本研究也存在回顾性分析研究、纳入样本量较小、随访时间较短等局限性，后期仍需进一步研究。

4 结论

总之，骨肿瘤导致的长骨畸形截骨矫形具有一定的临床挑战性，3D 打印截骨导板辅助截骨矫正联合锁定接骨板内固定利于术前规划和模拟操作，有利于提升手术效率、提高临床疗效、缩短手术时间、减少术中出血，助力骨科朝着数字化、手术精准化发展。

【利益冲突】所有作者均声明不存在利益冲突