作者：Jennifer L. Favinger, Alice S. Ha , Michael E. Brage, Felix S. Chew
From the Departments of Radiology (J.L.F., A.S.H., F.S.C.) and Orthopedic Surgery (M.E.B.), University of Washington Medical Center, 4245 Roosevelt Way NE, Box 354755, Seattle, WA 98105
尽管在假体关节置换方面取得了技术进步，但由于肿瘤或创伤性损伤而失去大量骨骼或软组织的年轻患者，可能不是假体植入物的良好候选者，其相对于生物组织移植物具有有限的寿命。近年来，在整形外科手术中使用生物材料的情况有所增加。这种称为同种异体移植物的材料由尸体骨、软骨和其他可以移植到活体患者体内的软组织组成。或者，可以从吱声一个部位获取部分自体骨并移植到自身的另外一个部位。
外科手术的范围从局部植入小的骨软骨栓，到用同种异体移植物替换整个关节。所使用的同种异体移植物的大小取决于所需的骨骼和软组织的量。在大体积骨丢失患者中使用同种异体移植物通常可以保留肢体功能，避免截肢，这使其成为治疗年轻患者的有吸引力的选择。
使用同种异体移植物的优点包括移植材料与天然组织的相似性，以及在没有自体移植供体部位的情况下患者发病率降低，与使用自体移植物的相比，缺点包括较慢的生物重塑和移植物融合。同种异体移植组织植入的潜在并发症包括移植物不愈合，塌陷和衰竭; 感染; 和继发性骨关节炎。本文讨论了每种移植手术的适应症和基本步骤。
同种异体移植的来源
根据美国组织库协会（1）的标准，同种异体移植物由尸体供体提供，并在供体死亡后24小时内获得。具有完整软骨的年轻供体是优选的。同种异体移植供应商进行广泛的供体筛查测试，以最小化疾病传播的风险。已经有肌肉骨骼移植物相关感染个案记载（2，3），软组织组分越高，感染的风险越大。值得注意的是，先进的供体筛查方法和灭菌技术（如抗菌浴浸泡）几乎消除了通过同种异体移植物传播疾病的风险（4））。同种异体移植物制备的策略是移植由软骨下死骨支撑的活软骨，理论上限制了免疫反应的可能性，因为死骨充当惰性机械支架（5）。
不需要移植物受体的免疫抑制，因为对这种移植物的免疫应答是有限的（6）。
获取同种异体移植物后21天内，是移植的最佳时间。在手术前，外科医生要求局部或国家组织库进行尺寸匹配的同种异体移植物。在移植之前，同种异体移植物被广泛清洁并且可以在4℃下冷冻或保持新鲜直至需要它们。新鲜和冷冻同种异体移植物均用于移植，使用新鲜同种异体移植物的优点是软骨细胞仍然存活，已被证明可以提高移植物存活率（6 - 8））。
在手术室中，将移植物置于温盐水浴中，并再次用脉冲灌洗进行清洁。除去特定手术所不需要的任何多余材料，并使用尽可能少的同种异体移植物，再次限制免疫反应的可能性。植入后，同种异体移植物通过多年缓慢的生长发育融入宿主骨中（5）。
部分关节面同种异体移植和自体移植
部分关节表面移植的最常见适应症是骨软骨缺损。
骨软骨缺损 - 关节软骨的局灶性缺损可能延伸至涉及软骨下骨 - 被认为是由慢性重复性创伤引起的（图1a）（9）。 部分关节移植的其他适应症包括缺血性坏死，导致骨软骨骨折的急性创伤和近关节肿瘤（图2a）。 当骨缺损影响超过10mm但小于关节表面的50％时，可以使用部分关节面同种异体移植（10）。
A
B
图1：部分关节面同种异体移植，修复一名28岁女性，踝关节骨软骨缺损，踝关节疼痛加重。（a）初始X光片显示大的后内侧距骨圆顶缺损（箭头）。（b）一年随访X线片显示良好的移植物结合（箭头）和内侧踝骨截骨部位的愈合。
图2：部分关节面同种异体移植用于重建55岁女性的关节表面，其具有胫骨肿瘤的近关节受累。（a）CT定位片图像显示外侧胫骨平台的巨大细胞肿瘤。（b）术后立即拍摄的X线片显示了与原生胫骨近端相邻的位置良好的胫骨平台移植物，用侧板和螺钉固定。由于移植失败和肿瘤复发，后来进行全膝关节置换术。
已经描述了用于骨软骨缺损的多个分期系统。缺陷通常根据受影响的特定骨骼进行分类。骨软骨缺损的分期可以帮助整形外科医生进行治疗计划。被用于距骨骨软骨缺损的分期系统，例如，包括伯恩特和哈蒂放射线分期系统（表）和赫普尔磁共振（MR）成像的分类系统（11，12）。对于Ⅲ期或更高级别的Berndt和Harty缺损，或未移位（III期）或移位（IV期）骨折碎片的患者，建议进行外科手术干预（13）。骨软骨损伤的术前成像可以通过放射线照相术，CT关节造影术，MR成像或MR关节造影术进行（图3a，4a）。
CT关节造影，MR关节造影或MR成像可用于识别不稳定的骨折碎片（由流体底切定义）或移位的关节内碎片。这些信息可以帮助计划部分关节表面移植手术的外科医生确定缺损的大小和程度。
Berndt和Harty对距骨穹顶骨软骨缺损的分类
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图3：一名21岁男性足球运动员的部分关节面同种异体移植，有多处创伤性膝关节损伤和持续性疼痛史。（a）使用T1加权脂肪饱和序列获得的术前轴向MR关节图，显示髌骨（箭头）和滑车的软骨缺损。（b）用流体敏感的脂肪抑制序列获得的术后轴向MR图像显示同种异体移植物塞（箭头），其相对于天然髌骨比较突兀，并且看起来像水肿，这是术后立即摄影的正常形态。
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图4a一名19岁女性的部分关节面同种异体移植物的并发症。（a）术前冠状CT关节造影显示外侧距骨穹顶的缺血性坏死（箭头），伴有软骨裂隙和软骨下塌陷（箭头）。（b）术中照片显示手术切除的骨折片段（左）并切除有损伤的骨软骨（中间），以及同种异体移植物（右）。（c）第二次术中照片显示位于距骨圆顶的同种异体移植物。（d） 8个月后随访成像X线片显示移植物缺血性坏死和软骨下塌陷（箭头）。
已经开发了多种外科手术技术来治疗小的骨软骨病变。最初的技术涉及通过微骨折或钻孔进行关节镜骨髓刺激。在使用骨软骨同种异体移植物变得普遍之前，自体移植物通常用于修复骨软骨缺损。自体移植物仍偶尔用于非负重关节表面缺损，但同种异体移植组织更常用于修复涉及负重关节表面的损伤。使用同种异体移植材料的优点包括，用在解剖学上相似的移植物重建大的病变，在保留的运动范围内保留肢体的可能性，以及由于缺乏自体移植供体部位而降低的发病率。
对于部分关节表面置换手术，可以进入关节并将缺损切除至可行的健康骨骼。例如，对于涉及距骨的病变，必须进行内侧或外侧截骨术以到达距骨圆顶。切割尺寸匹配的同种异体移植物以适合缺陷，并紧密固定在适当位置（图1b，4b，4c）。对于自体移植物移植，从同侧胫骨平台或髂嵴收获天然骨。大多数患者报告部分关节表面置换术后关节疼痛减轻，功能改善（14）。在El-Rashidy等人的一项研究中（14），移植后37个月发现移植失败率为10％，受影响的患者需要额外手术。
在部分关节表面置换程序之后，获得连续X射线照片以监测愈合。
在初始X光片上，移植物排列应与天然骨的表面齐平或略高于其表面（图1b，2b，3b）。与天然骨相比，移植物经常出现硬化（图2b）。如果有移植失败的证据或患者正在经历疼痛，则通常使用CT或MR进行横断面关节造影。在MR图像上，可以看到残留的移植物骨髓水肿，并且移植物可能并不总是与天然骨完全齐平
（图3，5）。常规放射学随访检查通常在术后6周，12周，6个月和之后每年进行，但如果患者出现疼痛，或有理由担心移植物功能障碍的可能性，则可以较短的间隔进行；通常首先进行射线照相，如果有临床症状，则进行额外的横断面成像检查（10）。在随访图像中，应仔细评估同种异体移植物的排列，并与术后初始X光片进行比较。任何移植物骨不连，移植物塌陷的迹象（图4d），应在放射学报告中描述继发性骨关节炎。术后立即MR图像上移植物和天然软骨之间的交界处裂开，可能是早期移植失败的征兆（图5b）（14）。
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图5b一名24岁男性棒球运动员的股骨内侧髁部分关节面同种异体移植物。（a）移植后立即获得的冠状T2加权脂肪饱和MR关节造影图像显示同种异体移植物（箭头）中预期的弥漫性骨髓水肿，其位置良好。（b）在随访评估中获得的矢状T1加权脂肪饱和的MR关节图，显示骨髓水肿的消退和移植物结合到天然骨中。然而，移植物中的弥漫性软骨变薄和前天然髁 - 同种异体移植物连接处的裂缝（箭头），提示继发性骨关节炎。
全关节面同种异体移植
当关节表面的大于50％被断裂，缺血性坏死，或大体积的骨软骨缺陷的囊性损坏，可以使用整个接合面同种异体移植物（10，15，16）。该手术的禁忌症包括活动性局部或全身感染以及关节两侧的受累。如果涉及关节的两侧，则优选整个关节同种异体移植，如下一节中所讨论的。术前成像通常通过放射线照相或CT进行，以确定损伤是否仅涉及一个或两个关节表面并绘制异常图。
对于整个关节表面同种异体移植手术，通常在荧光透视引导下，将整个受损关节表面切除。使用骨和软骨的切除部分作为模板，外科医生切割尺寸匹配的同种异体移植物以适应缺陷；然后用螺钉将同种异体移植物固定到位（图6）。在Haene等人的一项研究中（16），经过大约4年的随访，这些同种异体移植物中有50％表现出退行性变化; 31％被认为是失败的移植物; 13％需要重复手术。值得注意的是，即使在成像时存在同种异体移植物功能障碍的迹象，患者也可能保持良好的功能（16）。
图6：一名26岁男性踝关节的全关节面同种异体移植物。（a）正面X线片显示由于机动车辆碰撞造成的创伤引起的复杂的开放性距骨骨折脱位。（b）在切除后立即获得的侧位X线片显示用于外固定的装置。患者随后接受了同种异体前移植。（c）移植后获得的横向X射线照片，显示同种异体前距离表面的板和螺钉固定到天然距骨。
进行连续射线照相检查以对患有全部或部分关节表面同种异体移植物的患者进行术后监测。移植物应与天然骨齐平，与天然骨相比可能出现硬化（图7）。CT和MR成像等横断面成像模式通常用于持续不适的患者，和有移植失败症状和体征的患者（10）。骨髓水肿通常见于术后即刻的MR成像（图5a）。移植后1年，自体移植受者中骨髓水肿的发生率高达50％（17）。同种异体移植物应逐渐呈现正常骨髓的信号强度特征。在T1和T2加权图像的同种异体移植物持续低信号强度，是暗示纤维更换移植物的髓腔，或者是移植生长替代失败（18，19）。潜在的并发症包括感染，移植物塌陷或骨不连，继发性骨关节炎和硬件失败（图7c）。
图7：具有链球菌败血症和原发性距骨缺血性坏死史的30岁女性，整个关节面同种异体移植失败。（a）术前检查显示原发性距骨中的软骨下塌陷，和继发性骨关节炎。（b）术后即刻X线片显示同侧穹顶整个关节面同种异体移植物，用两个螺钉固定到位并且看起来很好对齐。（c）在18个月的随访评估中获得的侧位X线片，患者报告间歇性踝关节疼痛，显示胫骨关节中的继发性骨关节炎。前螺钉（箭头）旋出，并且与胫骨接触，当足部完全背屈时会引起关节撞击。
全关节同种异体移植
当关节的两个表面都被创伤后或退行性关节炎，肿瘤受累或严重创伤破坏或损坏时，可以进行全关节同种异体移植。
对于在关节周围具有大骨缺损的患者，特别是不具有关节假体资格的年轻患者，优选使用同种异体移植物。全关节同种异体移植也可以作为未来假体关节置换的桥梁疗法。整个关节同种异体移植物移植的禁忌症包括炎性关节炎，活动性局部或全身感染的存在，以及可能妨碍手术成功的过度畸形或不稳定性。
术前成像通常通过放射线照相或CT。
对于整个关节同种异体移植物置换手术，将天然损伤关节切除，然后将切除的骨骼用作切割同种异体移植物的模板。将同种异体移植物置于关节中，并在用螺钉固定到适当位置之前用荧光透视法评估对准和柔韧性。该手术的失败率很高：在Bugbee等人（10）对86例踝关节同种异体移植物监测整个联合移植物的研究中，42％的关节移植需要额外手术; 移植失败的平均时间为3。7年。
与患有其他类型同种异体移植物的患者一样，通过连续射线照相检查监测具有全关节同种异体移植物的患者。术后放射照片可以显示移植物的硬化外观（图8，9），但移植关节周围的空间应该被保留。可能的并发症包括硬件故障，接枝塌陷（图9C，9D）或不愈合，移植物的骨溶解（图10D），和继发性骨关节炎（图9，10）。
图8a一名30岁女性的全踝同种异体移植物。（a）正面X线片显示复杂的pilon骨折，最初用钢板和螺钉固定修复。（b）随访侧位X线片显示初始手术修复失败，踝关节活动完全丧失导致继发性骨关节炎。患者随后进行全踝同种异体移植。（c，d）术中照片显示移植前（c）和移植后（d）的同种异体移植物。（e，f）正面（e）和横向（f）在手术后立即获得的X光片显示同种异体移植物的初始硬化外观，这是正常的发现。
图9b一名40岁男性全踝同种异体移植失败。（a，b）移植后立即获得的 X射线片显示踝关节同种异体移植物的正常外观，具有移植骨的硬化外观和关节空间的保留。（c，d）在15个月的随访评估中获得的额外放射照相图显示移植物塌陷和继发性骨关节炎。
图10e一名患有复杂肘部骨折的25岁女性全肘同种异体移植失败。（a）术后正面X线片显示手术后清创后肘部骨折，植入抗生素珠和外固定。患者接受了全肘同种异体移植手术。（b，c）术中X线片显示移植前移植后的同种异体移植。在图c中，移植物用肱骨和尺骨板和螺钉固定，并且桡骨头已被切除。（d）四个月的随访X线片显示术后移植失败，和肱骨假体骨折伴假体周围骨折（箭头）。该患者接收的第二肘移植和桡骨头假体，在X射线照片上看出（e）具有良好的术后效果。
同种异体移植全关节融合术
对于已经失去很多骨骼的患者而言，关节置换是不可行的，但仍然优选保肢，可以进行与同种异体移植物的完全关节融合。对于具有影响踝关节的严重病理状况的患者，例如全踝关节置换术失败，缺血性坏死，创伤，感染或神经病变，胫骨关节置换术可以避免肢体截肢。此类患者的术前图像显示关节广泛受累，骨量损失足以使关节置换不太可能是一种选择（图11a）。
图11a一名38岁男性的股骨头同种异体移植的全踝关节融合。（a）正面X线片显示初始距骨穹隆同种异体移植失败，并伴有距骨塌陷，硬件故障和严重的继发性骨关节炎。患者随后与股骨头同种异体移植物进行全踝关节融合。（b，c）术中X线片显示胫骨和距下骨的扩孔（b）以形成大的圆形腔（c），以准备植入同种异体股骨头。（d） 在短期术后随访评估中获得的侧位X线片显示骨融合的进展，股骨头同种异体移植物通过髓内杆，和多个螺钉牢固地保持在适当位置。
在该过程中，通过使用一系列尺寸增大的半球形扩孔器，在胫距和距下关节的位置处产生大的球形腔。然后用尺寸匹配的股骨头同种异体移植物填充腔（图11b，11c）。关节与髓内钉和多个皮质螺钉融合。踝部位于中性背屈，轻微的外翻角度，以最大限度地发挥其功能。不愈合的速率是高的，约50％，特别是在糖尿病患者中，一项研究通过钲等人（21）。然而，在同一项研究中，肢体挽救率为71％，关节显示放射线融合或无症状不愈合; 症状性骨不连经常发展，需要最终的膝下截肢。
在该程序之后获得的随访射线照片应证明同种异体移植物与天然骨的进行性融合（图11d）。潜在的并发症包括硬件失败和移植物骨溶解。
作为填充物的同种异体移植
对于由于肿瘤或复杂的非愈合性骨折导致的大的骨干缺损，可以植入闰间自体移植物或同种异体移植物以保护肢体并保持天然关节。需要进行造影增强CT或MR成像的术前成像，以确定肿瘤的范围和需要切除的骨量（图12a，12b）。
图12a一名24岁女性的小腿同种异体移植物，其中小腿疼痛逐渐加重。（a）初始X线片显示胫骨病变（箭头之间的区域），腓骨弯曲。（b）冠状对比度增强的T1加权脂肪饱和MR图像，显示具有大的软组织成分的异质增强的胫骨病变。根据活检结果将病变诊断为尤文肉瘤。患者接受肿瘤切除和胫骨同种异体移植。（c，d）在6个月的随访评估中，获得的CT图像显示截骨部位的骨桥持续失效（箭头），这一发现与骨不连相一致。硬件完好无损，肢体仍然有效。
手指关节移植
对于失去特别有用手指的患者，例如拇指（图13a），可以选择用功能较低的跖骨替换原始指骨。在这种情况下，经常使用自体移植物，因为连接软组织（例如血管和肌腱），某种程度的连续性对于移植物的功能是必不可少的。已经尝试使用血管化同种异体移植物，但是具有这些同种异体移植物的患者需要长期免疫抑制治疗（5），这与更高的感染风险和其他并发症相关。术前，这些患者通常使用CT或MR进行横断面成像，以进行手术计划，以识别接受和捐赠手指内的血管解剖结构。
图13b全指骨自体移植。（a）一名三十八岁男子左手的斜照片显示拇指复杂的开放性骨折，即因爆炸而受伤。在首次尝试血运重建治疗失败后，进行截肢和腹股沟皮瓣重建，使用患者的第二趾进行全指骨自体移植，该趾从左脚截肢，位于远端跖骨水平。（b）斜射线照片显示在将脚趾固定到第一掌骨并将移植物脉管系统和肌腱附着到移植部位的那些之后的左手。（c）左脚的正面X光片显示用克氏针固定第一和第三跖骨。
用于修复手的同种移植物的常用手指是第二脚趾。脚趾在跖骨水平截肢，背侧脉管系统和肌腱保持完整。将屈肌和伸肌腱和脉管系统吻合，并用骨板和螺钉将骨头固定在适当位置（图13b）。然后用克氏针桥接第一和第三脚趾（图13c）。该程序通常需要血管和整形外科医生的额外帮助。
术后可以通过连续射线照相检查监测患者，以评估移植部位的骨融合情况。全指自体移植的可能并发症包括血管衰竭，狭窄或闭塞; 软组织坏死或感染; 和自体移植收获部位的发病率。并发症发生率约为10％，患者出现血管衰竭，肌腱粘连和关节僵硬。值得注意的是，大多数患者在供体部位没有长期步态困难或疼痛（23）。
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