《Annals of 3D Printed Medicine》：Chevron versus transverse osteotomies in intercalary reconstructions – Lessons learned from cadaveric biomechanical study about mechanical stability and biological implications
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背景 长骨缺损的间隔同种异体骨移植重建面临骨不连和移植物失败等挑战。生物力学稳定性和可用骨表面积对同种异体骨愈合和治疗成功至关重要。虽然横向截骨术（transverse osteotomy）常用，但Chevron截骨术相比横向技术可能提供更好的生物力学稳定性和
背景 长骨缺损的间隔同种异体骨移植重建面临骨不连和移植物失败等挑战。生物力学稳定性和可用骨表面积对同种异体骨愈合和治疗成功至关重要。虽然横向截骨术（transverse osteotomy）常用，但Chevron截骨术相比横向技术可能提供更好的生物力学稳定性和更大的可用骨表面积。方法 本研究纳入10具尸体标本，评估轴向和扭转负荷下的生物力学稳定性。十根胫骨分别采用横向截骨术（n=5）或Chevron截骨术（n=5）技术进行间隔重建，每例均辅以三维打印患者特异性锯导板（3D printed patient specific sawguides）。负荷条件选择模拟正常步态中出现的峰值力。使用数字图像相关技术（digital image correlation, DIC）测量截骨界面的碎片间运动（interfragmentary motion, mm）。从三维模型计算可用骨表面积（mm2）。结果 在轴向负荷下，Chevron截骨术组平均碎片间运动为0.4 mm（95% CI 0.3 mm – 0.5 mm），而横向截骨术组为0.2 mm（95% CI 0.1 mm – 0.2 mm）。在扭转负荷下，Chevron组与横向截骨术组之间未观察到差异。Chevron截骨术组的可用骨表面积高于横向截骨术组，平均为758 mm2（95% CI 616 mm2 – 900 mm2），而横向截骨术组为575 mm2（95% CI 491 mm2 – 659 mm2）。结论 Chevron截骨术通过增加表面积提供了理论上的生物学优势。然而，这一优势强烈依赖于精确执行和跨截骨平面的持续碎片间压缩，若无这些条件，潜在益处可能无法实现。
**论文解读文章**
**研究背景与问题**
长骨缺损的间隔重建（intercalary reconstruction）常采用同种异体骨移植（allograft），因其提供生物力学稳定性和结构支撑。然而，术后并发症如骨不连（nonunion，发生率12%–63%）、移植物骨折（7%–21%）和感染（5%–30%）仍普遍存在。足够的可用骨表面积（available bone surface area）和机械稳定性是移植物整合（graft incorporation）的关键，促进一期骨折愈合和骨性愈合。虽然一定程度的碎片间运动（interfragmentary motion）可刺激骨痂形成和二期骨折愈合，但过度运动会通过破坏生物和力学条件干扰愈合过程。历史上，横向截骨术（transverse osteotomy）是间隔重建中最常用的配置；相比之下，双平面或Chevron截骨术（Chevron osteotomy）提供更大的接触面积和潜在优越的生物力学稳定性。既往研究已证明Chevron配置在不同解剖背景下增强扭转刚度并增加可用骨表面积。这些更复杂的截骨配置可能改善间隔重建中的旋转控制，从而有助于在手术中保留原生几何形态。医学影像和三维技术（3D technology）的进步进一步支持这些复杂截骨配置的执行，通过高度精准的术前规划及个性化手术工具（包括患者特异性三维打印钻头和锯导板）来辅助。因此，本研究旨在确定在模拟日常负荷条件下，Chevron截骨术是否比横向截骨术在长胫骨缺损的间隔重建中提供更优越的机械稳定性和更大的可用骨表面积。该论文发表在《Annals of 3D Printed Medicine》。
**主要关键技术方法**
研究人员使用了5对新鲜冰冻人类尸体胫骨（n=10），来源为荷兰乌得勒支大学医学中心解剖学系的遗体捐赠项目，所有捐赠者生前签署知情同意书。主要关键技术包括：①使用CT扫描（Philips Spectral CT 7500）获取骨骼影像，并在Mimics 26.0中进行分割（segmentation），生成三维模型（3D models）；②在3-Matic 19.0中设计患者特异性锯导板（patient-specific saw guides），确保标准化10 cm缺损，Chevron导板包含两个120° V形斜面和60°相对轴向旋转，横向导板则设定两横向切面间隔10 cm；③导板采用选择性激光烧结（selective laser sintering）以ISO 13485认证的聚酰胺12粉末三维打印（3D-printed）制造；④力学测试使用伺服液压试验机（MTS Systems Corporation），并结合高速相机（Pixelink）通过数字图像相关技术（digital image correlation, DIC）测量碎片间运动；⑤可用骨表面积从术后三维模型计算。
**研究结果**
（1）**轴向负荷下的碎片间运动**：在轴向负荷（180 N）下，Chevron截骨术组平均碎片间运动为0.36 mm（95% CI 0.27 mm – 0.46 mm），而横向截骨术组为0.18 mm（95% CI 0.12 mm – 0.24 mm），表明Chevron组稳定性较低。尽管使用了患者特异性三维打印锯导板，Chevron组中宿主骨与供体骨之间实现精确匹配更为困难，形状不匹配常导致界面间隙；而横向截骨术因直切面可压缩，间隙较小。在轴向负荷从0 N增至180 N时，Chevron配置出现明显的“摆动”（wobble），归因于骨段间形状不匹配。
（2）**扭转负荷下的相对旋转**：在扭转负荷（3 Nm）下，Chevron截骨术组平均相对旋转为0.18°（95% CI 0.16° – 0.20°），横向截骨术组为0.16°（95% CI 0.13° – 0.18°），两组间无显著差异。研究人员认为，Chevron V形几何限制碎片间旋转的假设未得到证实，可能因加载扭矩较小、锁定加压钢板（LCP）和锁定螺钉主导了旋转稳定性，以及锯切精度不足。
（3）**可用骨表面积**：Chevron截骨术组的宿主骨平均可用骨表面积为758 mm2（95% CI 616 mm2 – 900 mm2），而横向截骨术组为575 mm2（95% CI 491 mm2 – 659 mm2），Chevron组表面积更大，提示理论上的生物学优势。
**讨论与结论**
研究人员在讨论中指出，Chevron截骨术理论上增加接触面积，但这一优势仅在实现精确几何匹配并维持稳定压缩固定时才能体现。实验中，宿主与移植物直径差异导致不稳定，尤其在Chevron组，强调术前需要充分选择同种异体骨（如利用数字化骨库CT扫描数据）。Chevron配置对手术误差更敏感，微小不准确可导致三维不匹配、部分接触和间隙形成，降低有效负荷分担，甚至抵消表面积增加带来的生物学优势。扭转负荷下未观察到差异，可能因LCP钢板固定主导了稳定性，且3 Nm扭矩可能过低。轴向负荷下的位移可能受骨密度影响，但两组骨密度（mg/ml CaHA）相当，故排除该因素。在创伤性骨重建中，允许一定碎片间运动以促进愈合，但间隔重建中同种异体骨仅含骨基质，故专家主张实现稳定以确保一期骨愈合，因此安全运动范围不能直接套用。研究还强调，骨愈合不仅取决于名义表面积，更取决于界面中实现共形接触并承受均匀压缩负荷的部分，无压缩的表面积无生物学意义。Chevron截骨术结合三维技术辅助的术前规划，可通过患者特异性锯导板调整V形角度（如宿主V形更陡、移植物V形更平）实现压配，消除“摆动”。但导板锯片长度有限，需移除后手工完成后部骨桥，带来误差风险。研究局限性包括：轴向测试中2例标本在螺钉固定处骨折而排除，样本量减少；导板固定钢板槽限制了灵活性；二维DIC对Chevron复杂几何的评估有限；尸体标本无法评估骨愈合，未来需临床研究。
**研究结论**（翻译自原文）：Chevron截骨术通过增加表面积提供了理论上的生物学优势。然而，这一优势强烈依赖于精确执行和跨截骨平面的持续碎片间压缩，若无这些条件，潜在益处可能无法实现。
