3D打印聯合計算機輔助Taylor空間外固定架治療下肢復雜畸形

宗群川，張啟福，楊建成，曹志強，陳貝貝，張鶴令，胡一博，王濤*

(1.青海大學附屬醫院創傷骨科，青海 西寧 810000；2.青海省人民醫院創傷骨科，青海 西寧 810000)

下肢畸形一直是外科界的難題，其中足畸形較為復雜，例如馬蹄內翻足畸形，多表現為前足內收仰趾和后足內翻畸形，還包括腓骨肌進行性萎縮癥所致足畸形等。目前可采用的糾正手術方法較多，包括肌腱轉移，中足楔形切除，三關節固定術，距骨切除和跟骨截骨術等[1]。但對嚴重畸形進行的手術矯正，尤其是在成年患者中，可導致脛神經麻痹和皮膚壞死等并發癥[2]。Taylor空間框架(Taylor space frame，TSF)的臨床應用，通過六軸的調節實現空間的矯正，在下肢畸形治療和并發癥的預防上取得了較大的進步。3D打印技術利用三維CT影像，通過mimics程序還原空間畸形關節，輔助進行畸形參數測量、精確截骨及完善矯正方案，聯合TSF以達到精準矯形的目的。為了進一步明確此項聯合治療的臨床效果，本文對接受此項技術治療患者的資料進行了相關研究，現報告如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料 該研究回顧性分析了2016年1月至2020年1月于我院利用3D打印技術聯合計算機輔助下Taylor空間外固定架治療的下肢畸形患者13例，男5例，女8例；年齡18～41歲，平均(31.62±8.99)歲。其中足畸形患者12例(3例雙足)，小腿畸形1例，所有患者入院后均由同一主任醫師團隊負責手術及相關治療。

1.2 手術要點

1.2.1 術前準備 術前患者常規檢查行走步態、小腿及足部肌群肌力、痛點及活動范圍等，進行踝關節或下肢骨正側位片及三維CT、雙下肢立位片進行力線測量，運用mimics軟件對CT圖像進行三維重建和3D打印，術前利用影像資料及3D打印模型分析畸形形態及發病原因，結合術者經驗，針對患者的畸形特點和致畸原因制定個體化治療方案及詳細且完善的具有可行性的術前計劃，同時進行畸形參數的測量，確定截骨的位置及后期外架調節方案。術前與患者及家屬詳細交待患者治療計劃、手術風險及并發癥。

1.2.2 手術要點 術中根據預定方案進行脛腓骨、足外側柱、跟骨或其他部位截骨，足畸形患者根據需要選擇跟腱的延長、軟組織松解及脛后肌腱轉位等，在軟硬組織得到一定程度矯正后，進行Taylor環形外固定架的安裝，近段環垂直骨干，足遠端環可采用“U”型加半環，克氏針及半針固定后立柱連接，立柱序號固定后記錄參數。

1.2.3 術后處理 術后患者常規復查踝關節或下肢骨正側位片、雙下肢立位片，根據影像資料進一步計算畸形參數及安裝參數。通過計算機程序輔助計算，依據患者病情設定調節時限，得出矯形立柱的調節方案來進行緩慢矯正。當依據X線片所得參數存在明顯誤差時，可再次通過CT資料進行3D影像重建，空間測量相關參數和矯形模擬。同時術后要注意并發癥的預防，如釘道感染、皮膚壞死等。

1.3 效果評價 術后患者在Taylor外架拆除后進行肢體評價，主要評價結果根據Paley提出的標準，分為優、良、一般和差[3]。評價標準為：(1)跖行足；(2)無疼痛或疼痛受限(活動后VAS評分<2分)；(3)隨訪中無復發畸形；(4)患者是否滿意[4]。當所有四個標準都滿足時，效果評價為優；當滿足其中3個標準時，效果評價為良；當滿足其中2個標準時，效果評價為一般；當滿足達不到2個標準時，效果評價為差。足畸形患者還通過采用美國足踝外科協會(American orthopedic foot ankle society，AOFAS)踝-后足評分系統及曼徹斯特-牛津足部問卷(Manchester-Oxford foot questionnaire，MOXFQ)評分量表進行術前和術后的評價[5-6]。

2 結 果

13例患者中，小腿畸形1例，足畸形12例(患足15只)；隨訪時間46～132周，平均(79.76±32.68)周；隨訪期間4例出現關節僵硬，3例術后有疼痛癥狀，2例出現皮膚壞死及釘道感染問題；術后拆除外固定架后對患者進行Paley評價，6例次優(37.5%)，7例次良(43.75%)，3例次一般(18.75%)，見表1。足畸形患者手術前后AOFAS評分差異有統計學意義(P<0.05)；在MOXFQ評分中，行走/站立，疼痛及社會聯系明顯改善，MOXFQ指數手術前后差異有統計學意義(P<0.05)，見表2。

表1 13例患者基本信息、并發癥及Paley評價

表2 患者手術前后AOFAS及MOXFQ評價結果分)

典型病例一為39歲男性患者，創傷后致右小腿畸形伴皮膚壞死15年入院。入院后患者診斷為右小腿畸形、右小腿軟組織疾患。脛腓骨截骨術后采用3D打印技術聯合Taylor外固定架治療，術后療效評價為優(見圖1～4)。

圖1 術前X線片及大體照示右小腿畸形明顯，小腿中段見皮膚潰瘍面，軟組織條件差

圖2 3D模型重建畸形脛腓骨，確定旋轉角度及截骨位置

圖3 外固定架矯正后效果圖

典型病例二為39歲女性患者，雙足內翻畸形數10年入院。入院后患者診斷為右足腓骨肌萎縮癥、雙側足畸形。入院后患者接受了3D打印技術聯合Taylor外固定架固定，矯形術中同時進行了右足跟骨截骨、跟腱延長、軟組織松解及脛后肌腱轉位，術后患者皮瓣壞死，后期逐步改善，療效評價為良(見圖5～8)。

3 討 論

下肢畸形包括先天性和后天性兩種類型，足畸形是下肢畸形的常見類型，致畸原因主要有先天性馬蹄內翻足、創傷后內翻畸形足、腦癱及神經性馬蹄內翻足等。復雜足畸形的治療是矯形外科的一大挑戰，通過截骨和關節固定矯正多有皮膚和切口愈合問題，矯正過度或不完全等問題[7-8]。Ilizarov環形外架的出現為20世紀的畸形矯正做出了重要貢獻，但在多平面復雜畸形矯正時多需要進行多次調整和建立更多的鉸鏈，即使對于有經驗的外科醫生來說，Ilizarov框架矯正復雜畸形也是一項艱巨的任務[9]。Taylor外架通過六柱理論三維校正，利用計算機程序計算畸形參數，更加科學、有效地矯正足部畸形[10-11]。Manner等[11]比較了155例使用TSF和Ilizarov外架的復雜畸形校正結果，發現用TSF治療的患者中有91%達到了矯正目標，而用Ilizarov固定器治療的患者中只有56%達到了矯正的目的。

圖4 拆除外架后X線片及大體照示下肢力線及軟組織條件改善，下肢功能恢復可

圖5 術前X線片及大體照示右足內翻畸形明顯，伴下肢力線改變

圖6 3D模型重建雙足，計算右足畸形參數，確定截骨位置

圖7 術后X線片及大體照示足畸形糾正良好，外觀正常

圖8 術后切口周圍及足背見皮瓣壞死，后期軟組織條件恢復

早在17世紀出現的數學幾何定理就為TSF奠定了數學基礎，18世紀兩環六柱的機械裝置被運用到了工業領域，直到1994年，TSF由泰勒兄弟發明并運用到了外科手術中[12]。目前，TSF被認定為一種有效的外科手術矯形工具，可以用計算機精度矯正任何類型的畸形[1，13]。Floerkemeier等[4]研究發現，TSF治療的9例復雜足畸形患者中，8例表現出良好的效果。同樣，Waizy等[10]報告了9例接受TSF治療的患者中，7例有良好結果。Eidelman[14]在他們的11例殘存的馬蹄內翻足畸形患者中，接受TSF治療后，結果分為優異(3例)，良好(6例)和較差(1例)。Hassan等[15]在9例中有8例報告了令人滿意的結果。顏景濤等[16]研究發現Taylor外固定架結合有限截骨術治療重度馬蹄內翻足畸形療效滿意。盡管各項研究使用了不同的評價指標使得我們無法集中比較，但良好的臨床效果無可厚非，在我們的研究中也表現了類似的結果：所有患者下肢畸形均被矯正，Paley評價均為優、良或一般，術后較術前患肢功能明顯改善。

雖然TSF技術治療下肢畸形是有效的，但術前治療方案的設計、截骨部位及外架的安裝多與手術醫生的經驗相關，失敗經驗換來的成功率不可忽視，尤其對于復雜畸形來說常是治療最困難的部分。3D打印技術的聯合應用剛好幫助解決該問題，在外科應用中，與計算機斷層掃描(CT)/磁共振成像(MRI)相比，3D打印技術不僅可以生成模型，3D視覺及觸覺模型提供了更好的解剖學描述，可以針對患者作出精準手術方案。既往有類似研究，Shi等[17]對比了3D打印輔助股骨遠端截骨與傳統術式，下肢力線調整的精確率、手術時間的長度及透視的次數，3D打印組均有明顯優勢。陳青植[18]在小腿矯形矯正治療中聯合3D打印技術也表現了較好的臨床效果。

此次研究中術前利用3D打印技術重建了復雜畸形的三維模型結構，明確定位截骨位置，精準計算矯正角度，模型預手術設計出實施方案。另外Taylor外固定架固定后，畸形參數和安裝系數的測量多存在較大誤差，多因術后X線或CT影像受肢體的擺放及術中安裝誤差的影響。該研究中，術后利用3D影像技術，在三維空間進行精確測量畸形參數和安裝系數，提高外架調整方案的準確性，使得復雜畸形的治療成功率也有所提高。

下肢畸形矯正并發癥的預防與患者預后密切相關，并發癥出現與畸形病因類型、復雜程度及術者經驗等相關。首先足畸形發病原因與并發癥的關系容易被忽視，如先天性或后天性馬蹄內翻足軟組織損傷程度多有不同，如脛前肌及腓骨外側肌力的不同，固定不變的手術方式往往會導致后期的矯正不足或矯枉過正的外翻足現象；另外腓骨肌營養不良所致足內翻畸形多呈進行性發展，術后患者內翻畸形復發率較高。其次足畸形復雜程度較高時，截骨術區及足趾遠端多會有血供不佳的情況，嚴重時有皮膚壞死或足趾缺血壞死現象出現，主要歸因于矯正部位術區血供的破壞，或外固定裝置對畸形骨骼及攣縮軟組織進行過快牽拉，違背了張力-應力原理[19]。研究報道，過快矯正復雜足畸形并發癥發生率較高，感染和傷口并發癥發生率可高達27%[20]，但軟組織多數會隨末梢循環的重建而改善，壞死皮膚也會逐漸愈合。另外脛后神經損傷也可發生在足畸形的急性矯正術后[21]，在此研究中采用逐步矯正方式，均未出現神經損傷并發癥。同時研究發現，矯正足畸形時，踝關節僵硬發生率較高，既往也有類似報道，Dela Huerta[22]通過環形外架逐步矯正12例成年的馬蹄內翻畸形患者，雖然所有患者均達到了矯正目的，但在最終隨訪時踝關節普遍有僵硬，平均活動范圍為10°。并發癥的發生與醫生的經驗仍有緊密關系，3D打印技術的聯合使用立體呈現畸形形態，可有效彌補術者經驗不足的缺點，完善矯形治療方案，有效預防相關并發癥發生。

綜上所述，此次研究表明，3D打印技術聯合TSF技術有較好的臨床效果，能夠更加科學和精確的完善手術截骨及畸形矯正，但研究樣本量較小，需擴大樣本量，通過設立對照組進一步發掘優化治療效果及預防并發癥的優勢。