3D 打印个性化截骨模具在罕见下肢发育畸形全膝关节置换中的应用

2015-01-14   文章来源:厦门大学附属福州第二医院 张怡元     点击量:2975 我要说

  恢复下肢正常的力线、获得良好的软组织平衡是人工膝关节置换术(TKA)的关键因素和目标,下肢发育畸形引起股骨、胫骨在三维平面上的成角和(或)旋转畸形,其关节外畸形加剧了TKA手术的难度。膝关节假体安置影响下肢力线,位置不良可能导致髌骨轨迹不良、早期松动、聚乙烯垫片磨损加剧。因此,对于严重发育畸形伴有骨性关节炎,由于其特殊的病理解剖,TKA手术中使用传统截骨器械会受到巨大的限制。关节外畸形的TKA手术可以分期或一期完成。通过3D打印个性化截骨模具能简化同期治疗骨性关节炎和关节外畸形。

  我们将3D打印个性化截骨模具应用于一罕见下肢发育畸形全膝关节置换手术。现总结应用体会,为临床进一步应用提供参考,报告如下。

  病例介绍

  李某某,女,60岁,双侧膝关节疼痛、活动受限并伴股骨胫骨畸形40余年,其股骨远端前弓大,股骨前髁小,后髁大,胫骨近端后外弓30°,股骨髁及胫骨平台发育小,KSS评分15分,患者来我院就诊,要求行手术治疗改善外观及生活质量。

  该患者躯干高度正常,四肢长度不成比例地短小,为短肢型侏儒,且股、胫骨变短和弯曲,干骺端异常,头面部正常,无典型三叉畸形,无腰椎椎弓根间距逐渐变小,智力及体力发育良好,家族中同代兄弟姐妹7人,其中3人类似病情,因此考虑该患者为家族型软骨发育不全型侏儒症合并双膝严重骨性关节炎(关节外畸形伴内翻)。


术前外观

  我们对患者进行64排螺旋CT扫描,轴向平面切片1mmx1mm,数据保存为DICOM格式,输入Materialise®三维建模软件,进行三维重建配准,三维建模软件重建后分析患者膝关节解剖结构、分析力线、外翻角、内外旋角和截骨面,模拟标准化手术程序,重建下肢力线,设计胫骨近端截骨矫形模块及股骨、胫骨平台、胫骨髓内干等模具,通过3D打印技术制作出1:1的患骨3D实物模型、手术导板及截骨模板。


  术前X光片正侧位 右侧 左侧


双下肢全长正侧位片


通过CT数据重建病人三维数据

  术中取膝正中纵行切口,髌旁内侧人路,首先与股骨侧模型比对后去除软骨,运用股骨侧导板及3D四合一截骨板依次完成股骨截骨;然后进行胫骨侧模型对比和标记,对后去除软骨,运用胫骨侧导板完成胫骨平台截骨;3D模型对比找出固定点固定导板模块行胫骨矫形截骨;进行矫形后,通过模块固定断端,测试伸屈间隙,3D模块固定进行假体安装。采用爱康ACCK假体:股骨侧:A3 S2#;胫骨平台:ACCK 1#(定制处理),胫骨平台加长杆:生物固定型非偏置、直径8mm、80mm长,假体采用水泥固定,延长杆采用生物固定。

  手术步骤:



  该患者术后下肢畸形得到较好的矫正、获得良好的下肢力线及关节活动度,术后6个月随访,KSS膝关节评分85,而ROM为0°-100°。X光片未见假体松动迹象。

  术后影像


术后外观

  经验和体会:

  临床上膝关节骨关节炎合并关节外畸形并不多见,主要原因为骨折畸形愈合、截骨术后、代谢性骨病(如Paget病、佝偻病)以及先天性或发育性畸形。手术有三种方案:(1)TKA术前施行关节外畸形矫正,待截骨处骨愈合后再行TKA;(2)TKA手术同期行关节外畸形截骨矫正,先获得相对正常的力线,再施行TKA手术;(3)TKA术中关节内代偿性截骨加软组织平衡矫正畸形。

  关节外畸形可涉及冠状面(内翻或外翻)、矢状面(屈曲或过伸)和轴面(内旋或外旋),其中任何一种组合均有可能出现,但以冠状面成角畸形(内翻或外翻)最为常见。关节外畸形增加了TKA术中准确定位和截骨难度,当胫骨关节外畸形在冠状面<20°时,一期TKA在关节内代偿性截骨加软组织平衡可有效矫正畸形。对于严重关节内、外翻畸形患者,可术中在C臂X线机透视下辅助确定假体位置;也可通过计算机导航技术的应用提高下肢力线的精确性。

  普通TKA手术主要通过髓内定位与髓外定位进行胫骨截骨,本例患者胫骨近端后外弓30°,选择髓内定位容易造成内、外翻及后倾偏差,而髓外导向系统的应用不能保证假体准确放置,亦会出现视觉偏差。膝关节力线偏差超过±3°会增加TKA失败率。为此,寻找一种安全可靠、简便易行的方法用于膝关节严重发育畸形TKA患者,以精确截骨及恢复下肢力线,具有重要意义。

  手术前三维建模软件重建后模拟标准化手术程序,重建下肢力线,手术中应用个性化3D打印截骨模具,进而简化手术进程,提高手术操作准确度,达到良好的手术效果,同时也节约了手术时间,减少手术器械准备,从而有效地减少患者住院期间的医疗费用。

  然而,个性化3D打印截骨模具的应用可获得理想的假体位置和下肢力线,以及早期优良的临床疗效,现主要应用于一些个例中,这种新型技术应用于膝关节置换术的远期疗效仍需长期的临床结果来证实。

  参考文献(略)

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