胫骨平台塌陷骨折复位植骨内固定导向装置的研制与应用

吕宏升，周甜甜，张汉权，卢健敏，黄丹霞，林梅琴，董学峰

（泉州医学高等专科学校临床医学院康复教研室，福建泉州 362000）

胫骨平台骨折是一种常见的损伤，约占所有骨折的1%，发生率为10.3/100 000[1-2]。高能量损伤（道路交通事故）的青年人和低能量损伤（简单跌倒）的老年人是发生胫骨平台塌陷骨折的主要人群，其发生机制为胫骨近端轴向载荷力和冠状面（内翻/外翻）扭转力同时作用于膝关节，导致关节剪切和凹陷以及机械轴错位[3]。如果不能及时解剖复位并且继续进行日常生活活动，会加速软骨磨损，造成成角畸形、膝关节不稳和创伤性关节炎等后果，严重影响患者的生活质量[4]。传统手术通常需要大切口来暴露骨折端，甚至对于单纯的部分塌陷骨折还要切开一部分完好的皮质骨，这样不仅术中出血量增加，术后出现关节僵硬和屈伸功能障碍的概率也大大增加[5]。近年来，关节镜微创手术在骨科创伤中得到了广泛的应用，但是在没有工具辅助的情况下很难维持关节面的稳定性和完整性，从而大大降低了手术的精确性和规范性[6]。为了提高胫骨平台塌陷骨折复位植骨内固定术的效率并增强手术效果，研发一种新型的手术辅助装置是极其必要的。目前，国内外鲜有此类装置的报道，张震等[7]对市售空心环锯及打入器进行加工，设计了导向复位植骨器，但是该导向装置无法根据患者骨折情况进行调节，并且在使用时需要借助外力固定，长期效果不确定。为克服上述导向装置的缺陷，本研究设计一种胫骨平台塌陷骨折复位植骨内固定导向装置，不仅外形稳固，还能在术中随时调节，从而实现解剖复位、充分植骨和内固定。

1.1 设计要求

该导向装置需要达到以下设计要求：（1）结构简单，方便组装和拆卸；
（2）制作技术要求低，原材料容易获取，加工程序简单且价格适宜；
（3）稳定，能抵抗一定的旋转和轴向力。

1.2 结构设计

该导向装置由螺钉、克氏针导向器、克氏针、倒“T”字形顶棒、倒“T”字形环凿5个部分构成（如图1所示），其中克氏针导向器通过安装于顶棒上的螺钉固定于顶棒上，与顶棒贴合，位于环凿的把手侧；
克氏针穿过克氏针导向器上的孔洞固定在克氏针导向器上；
顶棒外径与环凿内径匹配，从环凿把手侧的孔洞中穿过环凿，尖端抵达工作区域，并与克氏针交汇。

1.3 设计优点

胫骨平台塌陷骨折后，临床上常采用的措施是先在平台下做一切口，然后用骨刀或者刮匙将塌陷骨块撬拔复位，再在骨折面下植入自体骨或人工骨，最后选择合适的方法进行内固定。本研究设计的导向装置可以很好地克服手术过程中的几个技术难点，其具体优势如下：（1）胫骨平台塌陷骨折后产生的碎片很容易嵌进松质骨，再加上缺乏软组织附着，将这些碎片复位的难度很高。传统的手术方法很难实现精准复位，具有再次塌陷的风险，而且需要切开关节，创伤较大、感染风险高。而在关节镜的辅助下将克氏针打入塌陷骨折处，再通过击打顶棒内芯可以很好地将塌陷的骨块顶起到正常位置，从而达到精准复位的目的。（2）进行颗粒植骨时内固定非常困难，定位不准确，容易伤及正常关节面和其他组织。该导向装置中的环凿可以环形凿开部分骨皮质和松质骨，同时可以将凿下的骨皮质和松质骨敲打进骨隧道作为植骨使用，不但减少了植骨量，而且增加了对塌陷骨块的支撑力。该导向装置中的克氏针导向器可以根据植骨块的位置打入克氏针，再通过环凿植入骨颗粒，并在隧道口旋入挤压螺钉固定，同时可以在克氏针导向器引导下平行于关节面打入克氏针，旋入支撑螺钉，从而使内固定非常稳固。此外，根据克氏针导向器的设计，可以同时以不同角度打入多根克氏针，使得塌陷骨块关节面下可置入多枚空心螺钉，形成“竹排”效果，防止塌陷骨块复位丢失。（3）在关节镜和导向装置的辅助下，可以清楚地看到关节腔内的骨折情况，快速复位，明显缩短手术时间，并且手术切口小，几乎不影响周围软组织及血管，加速了平台塌陷骨折的恢复进程。（4）该导向装置是基于正常人和胫骨平台塌陷骨折患者的CT原始数据进行3D建模，利用Rhino等3D设计软件完成，并且制作材料为不锈钢，是可以正常消毒反复使用的器械，不需要每人定制，可以适用于绝大多数普通身高、体质量的患者。这种方式改变了传统医生在设计和改进临床所需的器械设备时需要请专业人员来绘制草图并加工试制的方式，节约了大量的时间和资金成本。

该导向装置用于辅助胫骨平台塌陷骨折复位植骨内固定（使用模拟如图2所示），使用对象须符合以下标准：（1）纳入标准：①Schazker分型Ⅲ型胫骨平台骨折；
②骨折移位；
③平台塌陷＞2 mm。（2）排除标准：①年龄小于18岁或大于70岁者；
②开放骨折及伤前膝关节活动范围＜90°的患者；
③有重度骨质疏松，骨肿瘤、骨性关节炎关节间隙狭窄等可能影响手术方式的患者；
④患膝局部感染者。

图2 三维切面使用模拟图

操作方法如下：（1）通过关节镜探查膝关节，找到骨折塌陷处，将交叉韧带重建胫骨骨道定位器尖端放置在骨折块中心，调整定位器角度和导向装置角度一致，之后将交叉韧带定位器克氏针导管固定于胫骨皮质端，电钻旋入克氏针，针尖刚好穿出关节面软骨。（2）组装导向装置，将顶棒内芯和环凿（环凿的直径一般设定为8 mm，既能够通过顶棒，又不会太粗，还能够旋入8～10 mm直径的挤压螺钉固定植骨块；
长度主要通过正常人胫骨长度比例来确定）套入定位克氏针，旋转内芯尖端使之抵住胫骨皮质，旋转出环凿把手，击打环凿把手使之穿过胫骨内侧骨皮质。（3）固定环凿，旋转顶棒内芯，使得内芯尖端斜面平行关节面，击打顶棒内芯把手，将环凿凿下来的骨块沿着定位克氏针方向推顶至胫骨平台塌陷骨块下方（根据导向装置的设计，顶棒尖端和克氏针尖端在软骨下方交汇），将塌陷骨块沿克氏针方向顶起至正常解剖位置。（4）拔出顶棒和定位克氏针，沿环凿内植入人工骨或者自体骨颗粒，用顶棒推顶、打实。（5）安装平行关节面的克氏针导向器（交叉韧带定位器打入导针的时候选择和导向装置一样的角度），旋紧螺钉固定好导向装置，根据植骨块和塌陷骨块位置，平行胫骨平台关节面打入2～3根克氏针，拆除导向装置，平行胫骨平台旋入空心螺钉至对侧骨皮质。（6）拔除克氏针和环凿，再次植入碎骨块至骨隧道口，旋入挤压螺钉固定。需要注意的是，对于胫骨平台大面积塌陷，要提前通过手术模拟软件重建CT数据并规划好进针位置，必要时可以考虑通过双隧道（内侧和外侧）复位和植骨。

选取2020年3月至2022年2月到泉州医学高等专科学校附属人民医院就诊的符合上述标准的胫骨平台骨折患者40例，随机分为治疗组和对照组（每组20例），治疗组在关节镜下使用导向装置进行植骨复位内固定术，对照组行传统切开复位内固定术。术后统计每组患者的平均手术时间，术后6个月统计每组患者的骨折愈合率以及创伤后关节炎、膝关节僵直、深静脉血栓等并发症的发生率。本试验已通过泉州医学高等专科学校医学伦理委员会批准，并且所有入组患者均在试验前签署了知情同意书。

采用SPSS 25.0统计软件进行数据分析，计量资料和计数资料分别表示为xˉ±s、%。符合正态分布的计量资料组间比较采用独立样本t检验，计数资料采用χ2检验。P＜0.05代表差异具有统计学意义。

术前2组患者在年龄、性别及部位等方面的差异无统计学意义（P＞0.05），具有可比性。术后治疗组的手术时间较对照组缩短，并且术后6个月治疗组的骨折愈合率高于对照组，而并发症发生率低于对照组，差异均具有统计学意义（P＜0.05），详见表1。综上，在关节镜下使用该导向装置可以有效缩短手术时间，提高骨折愈合率并降低并发症发生率。

表1 2组患者手术时间、愈合率和并发症发生率比较

目前，胫骨平台塌陷骨折的手术指征尚不明确。有研究认为关节塌陷＜2 mm、骨折移位＜5 mm可以采取保守治疗[8]。然而，目前大多数研究者认为只有极少数几乎没有移位和凹陷的骨折可以完全免于手术，否则关节软骨磨损速度会加快，造成关节退变和创伤性关节炎等一系列不可逆转的后果[9]。因此，尽可能完善地修复关节面、恢复下肢正常力线、塌陷部分的充分植骨以及稳固的内固定对于患者的预后至关重要[10]。然而，目前对于何种手术方式效果最佳尚缺乏统一系统的研究[11]。在胫骨平台塌陷骨折的复位和内固定过程中，传统手术和关节镜下的微创手术共同的缺点就是不够精确。在缺乏工具辅助的情况下通常会存在视野盲区，导致开骨窗的位置不准确，这时就需要扩大切口，不仅会损害更多的软组织，还会导致植骨量增加，给患者带来身体和经济层面的双重负担。胫骨平台塌陷骨折复位植骨内固定导向装置弥补了上述手术的缺陷，改进了现有手术工具的不足，在优化胫骨平台塌陷骨折手术方案的同时，还能为其他部位的骨折治疗提供一个新的思路。

综上，胫骨平台塌陷骨折复位植骨内固定导向装置具有结构简单、手术操作可行性强、准确度高和创伤小等特点，并且临床应用效果良好。未来，该导向装置还可以联合3D打印技术进行临床模拟[12]，加强手术的安全性和有效性，为后续的临床研究奠定基础。然而，该导向装置也存在局限性：（1）本研究只探讨了导向装置对SchazkerⅢ型胫骨平台骨折的应用效果，对于其他分型骨折的效果尚不明确；
（2）采用导向装置进行骨折复位植骨内固定术要求后方骨皮质完整，不适用于后侧平台骨折手术，因这种骨折后方需要支撑钢板，单纯镜下复位、平行螺钉固定不能解决问题；
（3）不适合处理胫骨平台爆裂骨折。因此，未来还要进一步研究改进，以适应更多的骨折分型。