引用本文: 厲孟, 甄平, 秦泗河. 下肢髓內延長技術應用進展. 中國修復重建外科雜志, 2016, 30(5): 647-650. doi: 10.7507/1002-1892.20160129 復制
近年來,隨著Ilizarov技術的推廣應用,既往臨床骨科棘手疾病,如肢體不等長、大段骨缺損及肢體嚴重畸形等,均能獲得滿意治療。但外固定延長術存在疼痛、軟組織切割、針道感染、肌肉攣縮、關節僵硬等并發癥,發生率達24%~117%[1-3],且長期佩戴外固定架嚴重影響患者正常生活。為縮短外固定時間、降低并發癥發生率,學者們進行了大量研究。有學者提出先外固定后髓內固定或在外固定下沿髓內釘進行延長的方案,并取得較好療效[4-5]。上世紀90年代,下肢髓內延長技術出現并用于臨床,目前該技術主要在歐美國家應用,尚未推廣至國內臨床。現對下肢髓內延長技術的相關研究進展作一綜述,為其在國內臨床應用奠定基礎。
1 下肢髓內延長系統類型
目前應用的下肢髓內延長系統均為套疊式,由上、下兩部分組成,下面延長部分通過套疊縮短至空心的上部髓內釘內,按延長機制可分為以下三大類。
1.1 機械型髓內延長系統
機械型髓內延長系統是參照機械原理進行延長,通過肢體旋轉活動驅動內部棘輪向下延伸,包括目前已停產的GEN(Gradual elongation nail),亦稱Albizzia nail(DePuy公司,法國)[6],以及2001年出現的ISKD(Intramedullary Skeletal Kinetic Distractor;Orthofix Inc公司,美國)[7]。兩者區別是肢體延長時所需旋轉范圍不同,GEN需要旋轉15~20°,可最大延長100 mm;ISKD為3~9°,可延長約110?mm[8-9]。ISKD為美國食品藥品監督管理局(FDA)認證產品,但2009年時由于器械組裝出現錯誤,導致同批號產品被召回[10]。
1.2 電力馬達驅動髓內延長系統
電力馬達驅動髓內延長系統的代表產品是德國Wittenstein Intens公司的Fitbone,于1997年由Baumgart等[11]首次報道應用于臨床。早期產品通過體外電池驅動,后期改進為通過電信號驅動。Fitbone系統由髓內釘、接收器(埋植于皮下組織并與髓內釘相連,直徑20 mm、厚約4 mm)、體外發射器組成,電動馬達長約10 mm,放置于髓內釘近端內部,接收器與髓內釘內馬達以電線連接,工作原理與心臟起搏器相似。體外發射器發出電信號至接收器,可產生1 000~1 800 N牽引力量,設計最長延伸長度約為80 mm[11-13]。見圖 1[12]。

1.3 磁力驅動髓內延長系統
磁力驅動髓內延長系統的代表產品是法國Phenix Medical公司的PHENIX[14]和由FDA認證的美國Ellipse Technologies公司的PRECICE[15-16],自2014年后陸續出現相關臨床應用報道。兩者均由髓內釘及外部控制器組成,髓內釘內有磁鐵及齒輪裝置連接于髓內釘上、下部分,外部控制器可產生強大磁力,驅動髓內釘內的齒輪裝置,從而延長肢體,設計最大延伸長度約為80 mm。見圖 2。
2 下肢髓內延長技術的適應證及禁忌證
髓內肢體延長技術早期主要用于治療先天或創傷后的肢體短縮,患者必須骺板已閉合且髓腔可容納髓內釘。先天及后天性肢體畸形亦是其適應證,此類畸形截骨平面需位于畸形頂點或接近畸形頂點處,但因髓內釘螺釘鎖定需要,截骨又需要距離關節7~10 cm以上,還需考慮急性畸形矯正對肢體神經血管的影響[14-18],故下肢髓內延長技術應用于此類患者有一定局限性,需嚴格篩選合適患者。近年,有學者通過改進髓內延長器械,進行骨搬運治療感染及腫瘤切除后的大段骨缺損,亦取得良好療效[19-20]。
禁忌證:①下肢骨干纖細不能容納髓內釘者;②骨髓腔狹窄、多段彎曲、骨髓炎、皮膚感染、骨骺板未閉等。另外,髓內延長器械較昂貴,且所有器械尚未被中國食品藥品監督管理局批準,目前該技術尚未在國內臨床應用。
3 下肢髓內延長技術的手術方案
3.1 手術步驟
與傳統外固定架不同,髓內延長器械術后不能進一步調整,故手術精確性要求較高。特別是股骨延長時,因股骨延長是沿股骨機械軸進行,每延長10?mm會導致下肢力線向內偏移1 mm[21-22],故在術中需考慮下肢力線的調整以防止延長后出現力線偏移。目前對于下肢髓內延長手術已形成較完備的理論。Baumgart[23]首先提出下肢延長時應采用逆向設計方法,具體步驟如下:
①首先決定矯正部位。將標準雙下肢全長X線片描畫于1張透明紙上,股骨頭中心與踝關節中心連線即為下肢力線,該連線需經過膝關節脛骨髁間棘內側,存在任何偏離均表明下肢力線異常。然后畫上所有雙下肢全長X線片上關節面的標定線,測量標定線與機械軸及下肢力線的角度,并確定畸形部位及短縮長度。
②如為股骨短縮畸形,先測量膝關節脛骨內側角,如角度未在85~90°范圍,提示可能存在脛骨畸形。以順行髓內釘為例,通過膝關節標記的理想下肢力線,從脛骨機械軸穿過膝關節中心,并向近端延伸直至通過理想股骨頭中心位置,將理想下肢力線與原異常下肢力線相重疊。
③在下肢力線上標出理想股骨頭位置,在最接近成角旋轉中心(center of rotation of angulation,CORA)部位確定截骨位置,作1條與股骨解剖軸垂直的截骨線。
④將截骨線以上的股骨部分畫于第2張紙上,標記該部分解剖軸及內部大致的髓內釘輪廓。注意充分考慮矢狀面及冠狀面上的彎曲,選擇合適直徑的直形髓內釘,如髓內釘無法通過,可考慮再增加一個截骨平面。
⑤將第1、2張紙上的股骨頭中心相重疊,沿著股骨頭中心旋轉近端的第2張紙,盡量使延伸的髓內釘進入第1張紙的遠端髓腔,并使股骨外側角保持在90°左右。如不能達到上述兩條標準,則需重新設計截骨平面。最終確定髓內釘軌跡及遠端入口,而第1張紙的股骨截骨線與第2張紙的股骨遠端間的距離即為延長長度。
⑥沿髓內釘向第1張紙的截骨平面移動第2張紙上的股骨近端,使兩者接觸,如果第1張紙的股骨遠端與第2張紙的股骨近端形成的股骨力線不影響患肢功能,則第2張紙標記的股骨頭中心即為新的股骨頭中心位置,移動后的股骨遠端及近端位置即為術中及延長后能達到的理想位置。
按照以上方法也可行股骨逆行髓內釘或脛骨順行髓內釘手術。
下肢矢狀面畸形對關節影響較小,大部分矢狀面畸形亦在CORA位置,一般只需在擴髓時直接調整;如不在CORA位置,則在畸形影響肢體功能時另行截骨處理。對于旋轉畸形,需要CT掃描后確定;如旋轉畸形影響下肢功能則需要糾正,可在術中于股骨近端、股骨髁、脛骨近端或遠端等部位打入垂直于骨矢狀面的Schanz釘,截骨后根據所需的矯正角度在骨冠狀面上旋轉調整Schanz釘即可。
3.2 術中注意事項
①擴髓前需在截骨部位作一小切口,以排出擴髓脂肪;②宜采用硬髓腔挫擴髓;③髓內釘需以手輕輕推入,不能用力打擊,防止內部裝置損壞;④在股骨遠端或脛骨近端時需要植入阻擋釘以更好穩定髓內釘,糾正或防止下肢冠狀面或矢狀面畸形。
4 下肢髓內延長技術療效及并發癥
4.1 臨床療效
總體來說,下肢髓內延長技術具有延長后關節功能恢復好、感染少、骨愈合快、切口小、并發癥少、患者舒適度好及住院時間明顯縮短等優勢。電力馬達驅動髓內延長系統Fitbone臨床應用較早,相關療效研究報道較多。2015年Horn等[24]對30例分別采用Fitbone與外固定延長的患者進行了對比研究,兩組均順利完成延長,但Fitbone組骨愈合指數為0.9~3.0個月/cm,明顯優于外固定延長組的0.9~3.4個月/cm;Fitbone組膝關節活動度于術后6周完全恢復正常,而外固定延長組延長過程中膝關節屈曲減少了5~60°(平均26°),去除外固定物6 個月后仍有40%患者膝關節無法屈曲達90°,20%患者行膝關節松解術;外固定延長組感染率達Fitbone組的9倍;除感染外,Fitbone組其他并發癥發生率為26%,亦顯著低于外固定延長組的90%。
磁力驅動髓內延長系統PHENIX及PRECICE臨床應用晚于Fitbone,初步臨床效果良好,但尚缺乏大樣本數據觀察結果[14-16]。Kirane等[15]于2014年報道了24例應用PRECICE治療的患者資料,包括股骨延長17例、脛骨延長7例(1例雙側脛骨同時延長);術后延長14~65 mm(平均35 mm),器械延長準確度為 96%,所有患者達到延長效果,急性矯正旋轉及成角畸形最大為20°。術后早期股骨延長組膝關節伸直丟失0~5°(平均1°),屈曲丟失5~30°(平均8°);脛骨延長組踝關節背伸丟失0~15°(平均2°),跖屈丟失0~20°(平均8°),但在3~4個月后均完全恢復。除1例內植物失敗外,其余并發癥發生率為24%,包括1例截骨處提前愈合、2例骨折延遲愈合、2例后期馬蹄內翻足及1例趾屈曲畸形。Thaller等[14]報道了10例PHENIX應用療效,其中股骨延長6例、脛骨延長4例。術后3例髓內釘較細者截骨早期愈合,其中1例再次截骨后完成延長,2例分別延長22 mm及13 mm后停止;余7 例均順利完成延長。10例患者延長1.3~7.6?cm (平均4.6 cm),牽拉時間為21~112 d(平均55 d),平均骨愈合時間為完成牽拉后50 d,負重時間指數為16~37 d/cm(平均27 d/cm);無感染、骨不愈合等并發癥,1例患者牽引過快引起疼痛及神經麻痹,經調整速度后恢復。Thaller等發現延長受阻均為細直徑髓內釘患者,考慮與內置磁鐵相對較小,作用磁力強度不夠有關。
4.2 并發癥
對于下肢髓內延長技術相關并發癥,目前研究焦點仍為器械本身。早期應用的機械型髓內延長系統中,GEN髓內釘因需要旋轉15~20°,患者疼痛較劇烈,依從性差,部分患者需行全麻后進行延長,已處于停產狀態。ISKD應用生理性肢體旋轉進行延長,疼痛問題部分解決,但出現延長不可控的致命問題,延長過快時可達3.8 mm/d左右,導致成骨差及骨不愈合,部分患者亦出現髓內釘遠端部分卡住或延長緩慢截骨處提前愈合而導致延長失敗,髓內釘斷裂亦時有發生,最終于2009年產品被召回,改進組裝后目前仍在臨床應用且療效良好[9-10, 25-26]。Mahboubian等[4]進行的ISKD與外固定架沿髓內釘延長的對照研究表明,兩者均可達到延長目的,但ISKD牽張速度為0.84~1.7 mm/d,延長不可控,出現較多并發癥,50%患者需再次手術處理,而外固定架沿髓內釘延長組僅有5%患者再次手術。
目前應用較多的Fitbone及PRECICE不僅延長精確,并且其器械本身失敗率低,總體成功率均較高[16]。但對三類髓內釘均具有豐富使用經驗的Thaller PH團隊,認為Fitbone由于采用電信號技術,少數患者出現電線斷裂、天線接收失敗等問題,更為嚴重的是出現腐蝕所致的骨溶解及骨水腫等問題,但尚無具體數據報道[14]。磁力驅動的PRECICE及PHNIX亦存在磁力強度不足,導致延長失敗,特別是肥胖患者股骨延長時,不推薦體質量指數>35的患者進行股骨髓內延長,并且兩者應用時間短,缺少大樣本隨機對照研究[14-16]。
綜上述,隨著髓內延長器械的完善,下肢髓內延長技術展現出了強大優勢,雖然目前仍存在諸多不足,但其是肢體延長、骨重建及矯形外科的發展方向之一。
近年來,隨著Ilizarov技術的推廣應用,既往臨床骨科棘手疾病,如肢體不等長、大段骨缺損及肢體嚴重畸形等,均能獲得滿意治療。但外固定延長術存在疼痛、軟組織切割、針道感染、肌肉攣縮、關節僵硬等并發癥,發生率達24%~117%[1-3],且長期佩戴外固定架嚴重影響患者正常生活。為縮短外固定時間、降低并發癥發生率,學者們進行了大量研究。有學者提出先外固定后髓內固定或在外固定下沿髓內釘進行延長的方案,并取得較好療效[4-5]。上世紀90年代,下肢髓內延長技術出現并用于臨床,目前該技術主要在歐美國家應用,尚未推廣至國內臨床。現對下肢髓內延長技術的相關研究進展作一綜述,為其在國內臨床應用奠定基礎。
1 下肢髓內延長系統類型
目前應用的下肢髓內延長系統均為套疊式,由上、下兩部分組成,下面延長部分通過套疊縮短至空心的上部髓內釘內,按延長機制可分為以下三大類。
1.1 機械型髓內延長系統
機械型髓內延長系統是參照機械原理進行延長,通過肢體旋轉活動驅動內部棘輪向下延伸,包括目前已停產的GEN(Gradual elongation nail),亦稱Albizzia nail(DePuy公司,法國)[6],以及2001年出現的ISKD(Intramedullary Skeletal Kinetic Distractor;Orthofix Inc公司,美國)[7]。兩者區別是肢體延長時所需旋轉范圍不同,GEN需要旋轉15~20°,可最大延長100 mm;ISKD為3~9°,可延長約110?mm[8-9]。ISKD為美國食品藥品監督管理局(FDA)認證產品,但2009年時由于器械組裝出現錯誤,導致同批號產品被召回[10]。
1.2 電力馬達驅動髓內延長系統
電力馬達驅動髓內延長系統的代表產品是德國Wittenstein Intens公司的Fitbone,于1997年由Baumgart等[11]首次報道應用于臨床。早期產品通過體外電池驅動,后期改進為通過電信號驅動。Fitbone系統由髓內釘、接收器(埋植于皮下組織并與髓內釘相連,直徑20 mm、厚約4 mm)、體外發射器組成,電動馬達長約10 mm,放置于髓內釘近端內部,接收器與髓內釘內馬達以電線連接,工作原理與心臟起搏器相似。體外發射器發出電信號至接收器,可產生1 000~1 800 N牽引力量,設計最長延伸長度約為80 mm[11-13]。見圖 1[12]。

1.3 磁力驅動髓內延長系統
磁力驅動髓內延長系統的代表產品是法國Phenix Medical公司的PHENIX[14]和由FDA認證的美國Ellipse Technologies公司的PRECICE[15-16],自2014年后陸續出現相關臨床應用報道。兩者均由髓內釘及外部控制器組成,髓內釘內有磁鐵及齒輪裝置連接于髓內釘上、下部分,外部控制器可產生強大磁力,驅動髓內釘內的齒輪裝置,從而延長肢體,設計最大延伸長度約為80 mm。見圖 2。
2 下肢髓內延長技術的適應證及禁忌證
髓內肢體延長技術早期主要用于治療先天或創傷后的肢體短縮,患者必須骺板已閉合且髓腔可容納髓內釘。先天及后天性肢體畸形亦是其適應證,此類畸形截骨平面需位于畸形頂點或接近畸形頂點處,但因髓內釘螺釘鎖定需要,截骨又需要距離關節7~10 cm以上,還需考慮急性畸形矯正對肢體神經血管的影響[14-18],故下肢髓內延長技術應用于此類患者有一定局限性,需嚴格篩選合適患者。近年,有學者通過改進髓內延長器械,進行骨搬運治療感染及腫瘤切除后的大段骨缺損,亦取得良好療效[19-20]。
禁忌證:①下肢骨干纖細不能容納髓內釘者;②骨髓腔狹窄、多段彎曲、骨髓炎、皮膚感染、骨骺板未閉等。另外,髓內延長器械較昂貴,且所有器械尚未被中國食品藥品監督管理局批準,目前該技術尚未在國內臨床應用。
3 下肢髓內延長技術的手術方案
3.1 手術步驟
與傳統外固定架不同,髓內延長器械術后不能進一步調整,故手術精確性要求較高。特別是股骨延長時,因股骨延長是沿股骨機械軸進行,每延長10?mm會導致下肢力線向內偏移1 mm[21-22],故在術中需考慮下肢力線的調整以防止延長后出現力線偏移。目前對于下肢髓內延長手術已形成較完備的理論。Baumgart[23]首先提出下肢延長時應采用逆向設計方法,具體步驟如下:
①首先決定矯正部位。將標準雙下肢全長X線片描畫于1張透明紙上,股骨頭中心與踝關節中心連線即為下肢力線,該連線需經過膝關節脛骨髁間棘內側,存在任何偏離均表明下肢力線異常。然后畫上所有雙下肢全長X線片上關節面的標定線,測量標定線與機械軸及下肢力線的角度,并確定畸形部位及短縮長度。
②如為股骨短縮畸形,先測量膝關節脛骨內側角,如角度未在85~90°范圍,提示可能存在脛骨畸形。以順行髓內釘為例,通過膝關節標記的理想下肢力線,從脛骨機械軸穿過膝關節中心,并向近端延伸直至通過理想股骨頭中心位置,將理想下肢力線與原異常下肢力線相重疊。
③在下肢力線上標出理想股骨頭位置,在最接近成角旋轉中心(center of rotation of angulation,CORA)部位確定截骨位置,作1條與股骨解剖軸垂直的截骨線。
④將截骨線以上的股骨部分畫于第2張紙上,標記該部分解剖軸及內部大致的髓內釘輪廓。注意充分考慮矢狀面及冠狀面上的彎曲,選擇合適直徑的直形髓內釘,如髓內釘無法通過,可考慮再增加一個截骨平面。
⑤將第1、2張紙上的股骨頭中心相重疊,沿著股骨頭中心旋轉近端的第2張紙,盡量使延伸的髓內釘進入第1張紙的遠端髓腔,并使股骨外側角保持在90°左右。如不能達到上述兩條標準,則需重新設計截骨平面。最終確定髓內釘軌跡及遠端入口,而第1張紙的股骨截骨線與第2張紙的股骨遠端間的距離即為延長長度。
⑥沿髓內釘向第1張紙的截骨平面移動第2張紙上的股骨近端,使兩者接觸,如果第1張紙的股骨遠端與第2張紙的股骨近端形成的股骨力線不影響患肢功能,則第2張紙標記的股骨頭中心即為新的股骨頭中心位置,移動后的股骨遠端及近端位置即為術中及延長后能達到的理想位置。
按照以上方法也可行股骨逆行髓內釘或脛骨順行髓內釘手術。
下肢矢狀面畸形對關節影響較小,大部分矢狀面畸形亦在CORA位置,一般只需在擴髓時直接調整;如不在CORA位置,則在畸形影響肢體功能時另行截骨處理。對于旋轉畸形,需要CT掃描后確定;如旋轉畸形影響下肢功能則需要糾正,可在術中于股骨近端、股骨髁、脛骨近端或遠端等部位打入垂直于骨矢狀面的Schanz釘,截骨后根據所需的矯正角度在骨冠狀面上旋轉調整Schanz釘即可。
3.2 術中注意事項
①擴髓前需在截骨部位作一小切口,以排出擴髓脂肪;②宜采用硬髓腔挫擴髓;③髓內釘需以手輕輕推入,不能用力打擊,防止內部裝置損壞;④在股骨遠端或脛骨近端時需要植入阻擋釘以更好穩定髓內釘,糾正或防止下肢冠狀面或矢狀面畸形。
4 下肢髓內延長技術療效及并發癥
4.1 臨床療效
總體來說,下肢髓內延長技術具有延長后關節功能恢復好、感染少、骨愈合快、切口小、并發癥少、患者舒適度好及住院時間明顯縮短等優勢。電力馬達驅動髓內延長系統Fitbone臨床應用較早,相關療效研究報道較多。2015年Horn等[24]對30例分別采用Fitbone與外固定延長的患者進行了對比研究,兩組均順利完成延長,但Fitbone組骨愈合指數為0.9~3.0個月/cm,明顯優于外固定延長組的0.9~3.4個月/cm;Fitbone組膝關節活動度于術后6周完全恢復正常,而外固定延長組延長過程中膝關節屈曲減少了5~60°(平均26°),去除外固定物6 個月后仍有40%患者膝關節無法屈曲達90°,20%患者行膝關節松解術;外固定延長組感染率達Fitbone組的9倍;除感染外,Fitbone組其他并發癥發生率為26%,亦顯著低于外固定延長組的90%。
磁力驅動髓內延長系統PHENIX及PRECICE臨床應用晚于Fitbone,初步臨床效果良好,但尚缺乏大樣本數據觀察結果[14-16]。Kirane等[15]于2014年報道了24例應用PRECICE治療的患者資料,包括股骨延長17例、脛骨延長7例(1例雙側脛骨同時延長);術后延長14~65 mm(平均35 mm),器械延長準確度為 96%,所有患者達到延長效果,急性矯正旋轉及成角畸形最大為20°。術后早期股骨延長組膝關節伸直丟失0~5°(平均1°),屈曲丟失5~30°(平均8°);脛骨延長組踝關節背伸丟失0~15°(平均2°),跖屈丟失0~20°(平均8°),但在3~4個月后均完全恢復。除1例內植物失敗外,其余并發癥發生率為24%,包括1例截骨處提前愈合、2例骨折延遲愈合、2例后期馬蹄內翻足及1例趾屈曲畸形。Thaller等[14]報道了10例PHENIX應用療效,其中股骨延長6例、脛骨延長4例。術后3例髓內釘較細者截骨早期愈合,其中1例再次截骨后完成延長,2例分別延長22 mm及13 mm后停止;余7 例均順利完成延長。10例患者延長1.3~7.6?cm (平均4.6 cm),牽拉時間為21~112 d(平均55 d),平均骨愈合時間為完成牽拉后50 d,負重時間指數為16~37 d/cm(平均27 d/cm);無感染、骨不愈合等并發癥,1例患者牽引過快引起疼痛及神經麻痹,經調整速度后恢復。Thaller等發現延長受阻均為細直徑髓內釘患者,考慮與內置磁鐵相對較小,作用磁力強度不夠有關。
4.2 并發癥
對于下肢髓內延長技術相關并發癥,目前研究焦點仍為器械本身。早期應用的機械型髓內延長系統中,GEN髓內釘因需要旋轉15~20°,患者疼痛較劇烈,依從性差,部分患者需行全麻后進行延長,已處于停產狀態。ISKD應用生理性肢體旋轉進行延長,疼痛問題部分解決,但出現延長不可控的致命問題,延長過快時可達3.8 mm/d左右,導致成骨差及骨不愈合,部分患者亦出現髓內釘遠端部分卡住或延長緩慢截骨處提前愈合而導致延長失敗,髓內釘斷裂亦時有發生,最終于2009年產品被召回,改進組裝后目前仍在臨床應用且療效良好[9-10, 25-26]。Mahboubian等[4]進行的ISKD與外固定架沿髓內釘延長的對照研究表明,兩者均可達到延長目的,但ISKD牽張速度為0.84~1.7 mm/d,延長不可控,出現較多并發癥,50%患者需再次手術處理,而外固定架沿髓內釘延長組僅有5%患者再次手術。
目前應用較多的Fitbone及PRECICE不僅延長精確,并且其器械本身失敗率低,總體成功率均較高[16]。但對三類髓內釘均具有豐富使用經驗的Thaller PH團隊,認為Fitbone由于采用電信號技術,少數患者出現電線斷裂、天線接收失敗等問題,更為嚴重的是出現腐蝕所致的骨溶解及骨水腫等問題,但尚無具體數據報道[14]。磁力驅動的PRECICE及PHNIX亦存在磁力強度不足,導致延長失敗,特別是肥胖患者股骨延長時,不推薦體質量指數>35的患者進行股骨髓內延長,并且兩者應用時間短,缺少大樣本隨機對照研究[14-16]。
綜上述,隨著髓內延長器械的完善,下肢髓內延長技術展現出了強大優勢,雖然目前仍存在諸多不足,但其是肢體延長、骨重建及矯形外科的發展方向之一。