Ilizarov技术个性化重建创伤性跟骨骨髓炎并畸形七例

Abstract

Objective

To summarize the clinical experiences of personalized reconstruction using Ilizarov technique for the treatment of 7 patients with post-traumatic calcaneal osteomyelitis and deformity.

Methods

Between January 2014 and January 2022, 7 patients with post-traumatic calcaneal osteomyelitis and deformity were treated. All patients were male, with a mean age of 45.4 years (range, 27-61 years). The duration of osteomyelitis ranged from 2 to 72 months (median, 6 months). Based on the extent of bone defect, deformity characteristics, and stability requirements of the hindfoot, personalized reconstructive strategies were designed using the Ilizarov technique. Of the 7 patients, 6 underwent in situ multiplanar trajectory bone transport reconstruction of the calcaneus, and 1 underwent tibial osteotomy with bone transport for replacement reconstruction due to talar infection and necrosis combined with extensive calcaneal defect. Postoperatively, X-ray films were performed regularly to evaluate the trajectory of the transported bone segment, bone contact, and mineralization of new bone; the external fixator configuration was adjusted according to the position of the bone segment and the requirements for deformity correction.

Results

All patients completed bone transport and successfully removed the external fixator. And all patients experienced 1-3 needle infections, which improved after symptomatic treatment. All incisions healed by first intention. All patients were followed up 6-60 months (mean, 36.5 months). In 6 patients who underwent in situ multiplanar trajectory bone transport reconstruction, the external fixator adjustment period ranged from 30 to 62 days (mean, 39.3 days), and the duration of external fixation ranged from 6 to 8 months (mean, 6.8 months). After removal of the external fixator, the 6 patients achieved a plantigrade foot, with varying degrees of improvement in calcaneal length, height, contour, and longitudinal arch. After fixator removal, the Maryland score was 78.8±4.4 and the American Orthopaedic Foot & Ankle Society (AOFAS) ankle-hindfoot score was 80.1±4.4; there were significant differences when compared with the preoperative scores (33.0±4.1, 30.7±8.4; P<0.001). In 1 patient who underwent tibial osteotomy with bone transport for replacement reconstruction, the external fixator adjustment period was 82 days, and the duration of external fixation was 13 months. After fixator removal, the patient was able to walk with full weight-bearing without pain. The Maryland score was 78 and the AOFAS ankle-hindfoot score was 77.

Conclusion

Multi-plane adjustment, flexibly combining straight, oblique, and curved planes with bone transport techniques, provide a comprehensive solution for the treatment of post-traumatic calcaneal osteomyelitis and deformity. These techniques offer advantages such as effective infection control, minimal trauma, adequate new bone formation, and gradual deformity correction, making them a valuable approach for calcaneal reconstruction.

创伤性跟骨骨髓炎常继发于开放损伤、骨折内固定术后感染或反复清创治疗后，据统计其占全身骨髓炎的7%～8%^[1]，常合并骨坏死缺损畸形、瘢痕窦道形成，影响患者行走功能，造成严重后遗症^[2]。临床治疗主要结合清创、局部应用抗感染材料重建等方法^[3-5]，但难以同时达到感染控制、骨缺损修复、足支撑恢复及后足稳定等目标。

Ilizarov技术是基于牵拉成骨和稳定固定原则，通过调整外固定器构型实现骨块搬移和畸形矫正。跟骨体积小、形态不规则，同时承担后足负重、足纵弓维持及足底支撑功能，采用传统长骨搬移方式（单纯线性或单平面搬移）难以同时恢复跟骨高度、长度、足底负重点和后足力线。2014年1月—2022年1月，河南省洛阳正骨医院（河南省骨科医院）骨与关节感染二科收治7例创伤性跟骨骨髓炎并畸形患者，根据骨缺损范围、畸形特点及后足稳定性重建的要求，分别采用跟骨原位多平面轨迹骨搬移重建和胫骨搬移替代重建，均获得较好疗效。现回顾该7例患者临床资料，总结基于Ilizarov技术的个性化重建思路、骨搬移调整要点及临床效果，以期为临床诊治此类患者提供参考。报告如下。

1. 临床资料

1.1. 一般资料

患者纳入标准：① 跟骨感染后骨坏死遗留骨缺损（跟骨原位重建要求缺损面积<2/3）；② 骨缺损面积小于软组织缺损；③ 跟骨感染后畸形愈合；④ 跟骨感染、陈旧骨折遗留未复位畸形。

排除标准：① 年龄<16岁或>70岁；② 足底负重区皮肤大面积缺损；③ 存在急性感染、水肿创面或脱套伤创面；④ 合并不能控制的糖尿病（长期糖化血红蛋白>7.45%，空腹血糖>8 mmol/L）、局部皮肤癌、真菌性皮肤病等创面；⑤ 不能接受或耐受使用外固定器；⑥ 合并精神病等不能配合治疗。

本组7例患者均为男性；年龄27～61岁，平均45.4岁。均为外伤导致跟骨骨髓炎，其中高处坠落伤5例、交通事故伤1例、砸伤1例。骨髓炎病程2～72个月，中位病程6个月。1例跟骨感染伴跟骨结节牵拉分离移位、5例跟骨感染缺损畸形（包括局部缺损与成角）、1例跟骨伴距骨感染坏死缺损。患者本次入院前均接受4～9次手术，平均5.6次；包括内固定、多次清创引流、封闭式负压引流覆盖、开放植骨、载药材料填塞等。患者一般资料详见表1。

表 1.

Clinical data of 7 patients

7例患者临床资料

序号 No.	性别 Gender	年龄（岁） Age (years)	致伤原因 Cause of injury	手术史（次） History of surgery (times)	病程（月） Disease duration (months)	细菌培养结果 Results of bacterial culture	畸形情况 Deformities
1	男	61	高处坠落伤	5	2	铜绿假单孢菌	近端后上分离移位
2	男	45	高处坠落伤	4	6	金黄色葡萄球菌、大肠埃希菌	近端缺损
3	男	48	高处坠落伤	9	72	金黄色葡萄球菌、棒状杆菌	中部缺损反向成角（摇椅足）
4	男	59	高处坠落伤	4	6	大肠杆菌	远端缺损
5	男	27	交通事故伤	4	61	阴沟肠杆菌	远端缺损
6	男	28	砸伤	6	69	溶血葡萄球菌	远端缺损
7	男	50	高处坠落伤	7	11	金黄色葡萄球菌、棒状杆菌	距、跟骨感染坏死缺损

1.2. 治疗方法

本组6例（例1～6）采用跟骨原位多平面轨迹骨搬移重建，1例（例7）胫骨截骨搬移替代重建。

1.2.1. 截骨术前准备

术前行跟骨轴位、侧位X线片以及足部CT检查，必要时增加踝关节正位X线片。取创面/窦道深处分泌物行细菌培养及药敏试验，提示患者均存在1种及以上细菌感染，待术区皮肤无急性炎症反应（红、肿、热、痛）后确定手术（术前临床药师会诊、联合应用敏感抗生素3～5 d），试戴环形外固定架，确定内、外侧关节器安装位置以及关节器类型（万向关节、单轴向关节、弹簧关节），确定术中截骨线，构思术后骨块搬移路线。

1.2.2. 手术方法

① 清创：椎管内麻醉，患者取平卧位、臀部垫软枕，消毒铺巾，抬高患肢不驱血，使用气囊止血带；沿窦道加压注入稀释后无菌亚甲蓝，常规作跟骨外侧L形切口或沿原手术切口暴露跟骨，根据染色范围阶段性切除感染骨质（切除范围大于正常骨质界限0.5 cm^[6]），清扫周围脓性肉芽及感染组织，生理盐水、H₂O₂溶液冲洗后，1%聚维酮碘溶液浸泡10 min，反复冲洗，二次铺巾，更换手套、器械等。

② 安装外固定架及截骨：跟骨原位重建者，C臂X线机透视下定位术前设计截骨线，安装术前设计的环形外固定架，小腿部应至少安装2个固定环并置3枚固定针，以确保稳定性；滑移骨块宜固定2针（2枚贯穿针或半针加贯穿针），中足、前足需固定。安装环形外固定架内、外侧关节器时，对准畸形顶点。将踝关节固定于功能位，小腿部外固定应于前足、中足部外固定装置连接后保持稳定，搬移模块根据骨块滑移方向与相邻稳定外固定通过关节器或预弯的螺纹杆连接。

胫骨截骨搬移替代重建者，胫骨近端截骨向远端搬移，小腿需至少放置4环（胫骨近端2环、搬运环置1枚贯穿针及1枚半针、踝上空环），足环与跟骨搬移设计相同，足部固定前足、中足（建议固定3～4枚贯穿针）。

1.2.3. 术后处理

① 抗感染治疗：术后根据细菌培养结果继续联合应用抗生素治疗。本组静脉应用敏感抗生素2～3周（包括术前），然后改为口服敏感抗生素3～4周，总使用时间约6周。

② 骨搬移方法： 跟骨原位重建者，术后7 d开始调整搬移环，初期以纵向或斜向牵开为主，跟骨部每日调整螺纹杆距离1～2 mm，如行弧形滑移可增多至每日2 mm，如先正常搬移后期调整弧形滑移，则每日1.0～1.5 mm。术后7 d开始复查X线片，重点观察截骨线、搬移骨块启动情况、骨块方向、距下关节及踝关节关系和中足排列。若骨块沿预设轨迹移动，则继续原方向搬移；若出现骨块偏移、旋转趋势、螺纹杆受力不均或后足力线偏移，则及时调整螺纹杆方向或更换关节器。当滑移骨块接近预定矫形位置，或需由单一方向搬移转入冠状面、矢状面联合调整时，根据X线片所示骨块位置更换预弯螺纹杆或关节器。对于畸形严重且预计搬移轨道角度较大者，可先直线牵开3～5 mm，待截骨线清晰、骨块明显分离后，再转换为关节器引导下的多平面调整。搬移过程中每1～2周复查X线片，并根据骨块轨迹、骨接触面积、足底负重点及后足力线变化动态调整外固定架。骨块到达预定位置后适度加压锁定；待X线片显示骨接触区间隙模糊、连续骨小梁通过、搬移区新生骨矿化良好，且负重行走无明显疼痛和畸形时，逐步增加负重并评估拆除外固定架时机。

胫骨截骨搬移替代重建者：胫骨搬移距离根据患者健侧肢体长度（与健侧相等或略短）评估确定，术后7 d开始搬移，每日1 mm、分4次完成。搬移达目标后（通过长度与X线片评估），调整外固定架将胫骨与中足跗骨融合。

③ 功能锻炼：术后即可指导患者行股四头肌伸缩、膝关节屈伸等锻炼。3 d左右扶双拐下床患肢不负重行走锻炼。1周后患肢部分负重锻炼，从自身体质量10%开始逐步增加，搬移骨块到位、各骨接触并适当加压后可负重体质量30%～50%；根据新生骨矿化程度逐步增加负重，骨块到位后2周负重可达体质量70%～80%；也可短距离多频次正常负重行走。待X线片示踝关节融合部可见骨小梁通过、间隙模糊消失，搬移或延长区新生骨矿化明显、密度与原骨组织无明显差异、骨小梁沿肢体方向有序连续排列、各方向可见明显连续皮质形成时，松动针夹后负重行走（1.0～1.5个月），患肢无疼痛畸形则拆除外固定架；拆除外固定架后建议支具保护下逐步负重行走6～8周。

1.3. 疗效评价指标

拆除外固定架后即刻采用Maryland评分评价足部功能，美国矫形足踝协会（AOFAS）踝-后足评分评价踝部功能，并与术前评分比较。

1.4. 统计学方法

采用SPSS25.0统计软件对跟骨原位多平面轨迹骨搬移重建患者（例1～6）足踝部功能评价指标进行分析。计量资料经 Shapiro-Wilk 正态性检验均符合正态分布，数据以均数±标准差表示，手术前后比较采用配对t检验；检验水准取双侧α=0.05。

2. 结果

本组7例患者均完成骨搬移并顺利拆除外固定架，搬移期间患者均出现1～3次针道感染，主要表现为渗出、红肿或疼痛，经暂停负重锻炼、休息、局部冲洗消毒及减少针-皮肤界面摩擦等处理后改善；所有切口均Ⅰ期愈合，无严重并发症发生。患者均获随访，随访时间6～60个月，平均36.5个月。例1～6外固定调整时间为30～62 d，平均39.3 d；带架时间6～8个月，平均6.8个月；拆除外固定架后均获得跖行足，未出现明显跟骨内翻，跟骨长度、高度、外形及足纵弓较术前有不同程度恢复；Maryland评分由术前（33.0±4.1）分改善至拆架后（78.8±4.4）分；AOFAS踝-后足评分由术前（30.7±8.4）分改善至拆架后（80.1±4.4）分，手术前后差异均有统计学意义（t=–26.340，P<0.001；t=–13.269，P<0.001）。例7外固定调整时间82 d（搬移1个月后出现骨段疼痛，动态调整搬移速度为0.50～0.75 mm/d），带架时间13个月；拆除外固定架后，患者可完成日常生活及无痛全负重行走，Maryland评分由术前30分改善至78分，AOFAS踝-后足评分由术前19分改善至77分。随访期间未见感染复发。 见表1及图1～3。

图 1.

Case 2

例2

a、b. 术前跟骨侧位X线片及CT示跟骨感染后骨坏死不愈合；c. 术中清理大量坏死骨；d. 安装环形外固定架后X线片；e、f. 术后4年跟骨正位及轴位X线片示跟骨高度、外形及足弓较术前改善，未见明显内外翻畸形；g、h. 术后4年患者获跖行足及足底支撑恢复

a, b. Preoperative lateral X-ray film and CT of the calcaneus showing osteonecrosis and nonunion secondary to infection; c. Intraoperative debridement with removal of extensive necrotic bone; d. X-ray film after application of a circular external fixator for bone transport; e, f. Anteroposterior and axial X-ray films at 4 years postoperatively, showing improved calcaneal height, contour, and arch compared with preoperative status, with no obvious varus or valgus deformity; g, h. Clinical photographs at 4 years postoperatively demonstrating a plantigrade foot and restored plantar weight-bearing support

图 3.

Case 7

例7

a、b. 术前侧位X线片及三维CT示距骨感染坏死合并跟骨缺损及后足结构破坏；c. 术中清创；d、e. 安装环形外固定架后，搬移前及搬移后3个月X线片；f. 术后5年侧位X线片示胫骨搬移骨段与中足跗骨融合，后足支撑重建；g、h. 术后5年患者获跖行足及负重行走功能

a, b. Preoperative lateral X-ray film and three-dimensional CT showing talar infection and necrosis combined with calcaneal defect and hindfoot structural disruption; c. Intraoperative debridement; d, e. Lateral X-ray films after application of the circular external fixator and at 3 months after bone transport, respectively; f. Lateral X-ray film at 5 years postoperatively, showing fusion of the transported tibial segment with the midfoot tarsal bones and reconstruction of hindfoot support; g, h. Standing and plantar views at 5 years postoperatively, demonstrating that the patient achieved a plantigrade foot and weight-bearing walking function

图 2.

Case 3

例3

a. 术前后足畸形及足底负重异常；b. 术前CT示跟骨中部缺损伴畸形愈合、“摇椅足”样改变；c. 术中清创去除坏死骨；d. 截骨安装环形外固定架后X线片；e、f. 术后5年跟骨侧位及轴位X线片示跟骨形态、足弓及后足力线较术前改善，骨性重建稳定；g、h. 术后5年足底支撑及负重功能恢复

a. Preoperative clinical photograph showing hindfoot deformity and abnormal plantar weight-bearing; b. Preoperative CT demonstrating a calcaneal defect with malunion and a rocker-bottom foot deformity; c. Intraoperative debridement with removal of necrotic bone; d. X-ray film after osteotomy and application of a circular external fixator; e, f. Lateral and axial X-ray films at 5 years postoperatively, showing improved calcaneal morphology, arch, and hindfoot alignment compared with preoperative status, with stable bony reconstruction; g, h. Standing and plantar views at 5 years postoperatively, demonstrating restoration of plantar support and weight-bearing function

3. 讨论

3.1. 基于Ilizarov技术个性化重建治疗创伤性跟骨骨髓炎并畸形原理

目前，有关跟骨骨髓炎并畸形处理报道较少，由于感染和畸形同时存在增加了治疗难度，如不能有效治疗易导致足部失去任何功能，而现有的跟骨感染缺损保肢相关报道临床参考价值有限^[7-11]。临床此类患者治疗方法包括传统皮瓣（骨皮瓣）重建技术，以及近年出现的膜诱导技术、3D打印结合皮瓣^[12]、骨移植等多方法结合技术、外固定架骨重建技术等^[13-15]，其中以阶段性骨切除配合外固定架骨重建、矫形等联合治疗疗效明确^[16-17]。我们认为此类患者具有一定特殊性，因感染播散，跟骨周围关节面被破坏或已出现部分或全部关节融合，故重建过程中无需过多关注关节问题。治疗主要关注点应为感染控制、恢复后足及中足稳定，以利于无痛行走等日常生活、工作能力的恢复或改善；尽量恢复跟骨高度、长度、宽度^[18]。其治疗难点是感染控制与骨缺损修复难以同步完成、不规则骨形态重建困难、内植物相关感染风险及软组织覆盖要求高，以及治疗周期较长等^[19-21]。

2014年以来，我科对跟骨骨髓炎并畸形的治疗方法进行了一系列尝试研究：从分期治疗到同期治疗、跟骨原位（前、后侧缺损及近端移位等）搬移重建^[7]拓展至其他骨代替、单个骨感染至邻近骨感染重建，单纯感染缺损畸形至感染畸形愈合重建等，患者随访时间也由初期收治的最长26个月增至60个月，形成了较为全面的感染控制、外固定修复重建理念。基于上述前期跟骨感染并畸形的治疗经验，我们提出了基于Ilizarov技术个性化重建治疗方案。Ilizarov技术已广泛用于长骨骨缺损修复、肢体延长及畸形矫正，近年研究也验证了用于感染性严重跟骨缺损重建的可行性及有效性，为复杂后足保肢治疗提供了一种选择^[22]。我们将其应用于跟骨这一不规则骨感染畸形重建中，根据跟骨残余骨量、缺损部位、畸形方向及足底负重区情况进行个体化外固定架构型设计和分阶段调整。与长骨不同，跟骨体积较小、形态不规则，同时承担后足负重、足纵弓维持及跟腱力臂传导等功能，若仅沿单一方向直线搬移，往往难以同时恢复跟骨长度、高度、足底负重点及后足力线。本组6例选择跟骨原位多平面轨迹骨搬移重建，多平面轨迹骨搬移主要指通过截骨设计、关节器转换、螺纹杆方向调整及连续影像学评估，引导搬移骨块在矢状面、冠状面及轴向上逐步滑移、旋转和加压，而不是指螺纹杆本身为非直线结构；在跟骨原位重建时，根据不同缺损和畸形类型，分阶段完成牵开、滑移、旋转、加压及锁定。我们认为实现跟骨弧形或多平面搬移的关键在于“先启动、再调整、后加压”。初期应以启动骨块和获得基本牵开间隙为主，通常先采用相对单纯的纵向或斜向牵引，使截骨端分离并确认搬移骨块活动性。待X线片复查示截骨线清晰、骨块已进入预设轨迹后，再根据跟骨长度、高度和后足力线恢复情况，逐步更换预弯螺纹杆或关节器，进行冠状面和矢状面的联合调整。对于“摇椅足”畸形或跟骨前、后部缺损病例，骨块在搬移过程中需要兼顾下移、前后移位、旋转及接触面加压。此时，内外侧关节器可用于控制冠状面和矢状面方向，后侧或下方螺纹杆提供推移或牵引力量，最终通过多方向微调获得相对稳定的骨接触和可负重的足底支撑。本组6例临床应用提示，跟骨原位多平面轨迹骨搬移更适用于跟骨仍保留一定残余骨量、足底负重区软组织条件尚可、感染清创后可获得可搬移骨块的患者。对于距骨感染坏死合并跟骨大部缺损、原位重建条件不足者，可考虑胫骨截骨搬移替代重建^[23]，但其治疗目标更接近后足稳定性重建和融合性重建，本组1例上述类型患者经治疗后也获得较好疗效。

3.2. 技术挑战及对策

控制骨块按照预期轨迹移动是跟骨原位多平面轨迹骨搬移重建的主要难点。跟骨为不规则骨，残余骨块形态、软组织张力、外固定架受力方向和足底负重点均可能影响骨块行进轨迹。若牵引方向过于单一，可能出现骨块偏移、旋转不足或接触面积不理想；若调整过快或受力点设置不当，则可能导致螺纹杆卡顿、软组织阻挡、后足力线偏移甚至踝距关系异常。对此，术前应结合健侧足形态、跟骨轴位和侧位X线片及CT资料进行充分规划；术中应保证小腿、后足、中足和前足的整体稳定；术后应通过连续X线片复查观察滑移骨块方向、骨接触面积、距下关节位置、踝关节间隙和足底负重点变化，并根据影像学结果及时调整外固定构型。

避免距骨脱位、踝关节间隙异常增宽及后足失稳，是治疗过程中的另一关键问题。跟骨搬移时，如果前足、中足和后足固定不充分，或骨块推动力量过大、方向过于集中，可能造成距骨位置异常或后足排列改变。本组1例患者在搬移过程中出现骨块未按预期轨迹滑移，并伴踝关节间隙增宽，后经调整外固定架布局和改变着力点后完成矫正。基于该例经验，我们认为在跟骨搬移或矫形过程中，应重视中足及前足固定对后足稳定性的辅助作用；必要时可通过调整螺纹杆方向、更换关节器、改变推移支点，甚至增加对距骨的临时固定，以降低距骨脱位或后足失稳风险。一旦发现骨块偏移、旋转趋势、关节间隙异常或后足力线偏移，应及时干预，而不宜等待骨块完全偏离轨迹后再处理。

感染控制与骨重建同步进行也是该技术的优势和风险所在。彻底清除感染坏死骨是治疗成功前提，但若截骨部位与感染区域重叠，或局部软组织条件较差，直接同期截骨搬移可能增加感染控制失败及再生成骨不良的风险。对于感染控制把握不足的患者，可考虑先行清创并以载药人工骨材料临时填塞，待局部炎症控制后再二期截骨重建。治疗过程中还需关注针道渗出、软组织阻挡、截骨不全及最终对位不良等问题，并根据具体情况及时处理。

3.3. 疗效评价及分析

本组患者治疗后在疼痛、步行距离、摆脱助行工具、上下楼梯及稳定性方面均较前改善，但距下关节和足跗关节活动度仍较差或消失，我们对此应客观认识。第一，创伤后跟骨骨髓炎患者多有多次手术史，局部瘢痕形成、软组织挛缩及关节周围粘连较重；第二，感染清创过程中需切除坏死骨及炎症肉芽组织，部分患者原有距下关节或足跗关节面已被破坏；第三，外固定重建的主要目标是控制感染、恢复足底支撑和后足力线，完全恢复距下关节及足跗关节活动次之；第四，对于距骨感染坏死合并跟骨大部缺损，胫骨搬移替代重建的本质更接近稳定性重建和融合性重建，关节活动度改善并非主要目标。因此，对此类复杂病例的疗效评价不宜仅强调关节活动范围或影像学形态是否完全接近解剖重建，而应综合评价感染是否控制、是否获得跖行足、疼痛是否缓解、能否无痛或低痛负重行走、后足-中足是否稳定以及日常生活能力是否改善。

本研究病例较少，病例类型存在异质性，且缺乏对照，今后仍需进一步积累病例并延长随访，以明确不同缺损类型的适应证、调整策略及远期功能结局。此外，该技术存在以下不足：外固定架构型、使用、调整需有经验的医师完成，需提前试用、配件齐全，较为繁琐；患者对外固定架耐受性、外固定架本身并发症如针眼感染、疼痛等，也是临床需考虑的重要内容。

综上述，我们认为对于感染后跟骨畸形，利用个性化外固定技术通过原位重建、邻近组织重建方式，是一种安全、有效且容错率高的治疗方式。目前3D打印技术及AI技术在医学领域应用发展迅速，在该技术中联合术前三维建模、创立Ilizarov治疗分型用于指导诊疗、术中AI技术辅助截骨达到精准化治疗目的，将是下一步研究重点。

Funding Statement

河南省科技厅课题（182102310487）；河南省中医药科学研究专项课题（2019ZY2090）

Project of Science and Technology Department of Henan Province (182102310487) ; Special Research Project on Traditional Chinese Medicine of Henan Province (2019ZY2090)