3D打印截骨模塊輔助下全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)中與術(shù)前虛擬截骨的精確度比較

陳國(guó)仙 李國(guó)山 林宗錦 陳宣煌 翁 振 許國(guó)松 曾清東 陳偉義 林衛(wèi)挺

(莆田市第一醫(yī)院關(guān)節(jié)外科，福建 莆田 351100)

全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)(TKA)是治療某些終末期膝關(guān)節(jié)疾病的有效方法〔1，2〕，能夠解除膝關(guān)節(jié)疼痛，恢復(fù)膝關(guān)節(jié)生理力線，恢復(fù)膝關(guān)節(jié)正常的功能。決定TKA術(shù)后療效主要包括：術(shù)后下肢力線恢復(fù)、假體安裝的位置、病人的選擇等[3，4]，而影響假體位置和術(shù)后肢體力線主要取決于術(shù)中的截骨和軟組織平衡，所以TKA術(shù)中截骨操作的精確度最終可影響假體的使用壽命和TKA術(shù)后的療效。目前臨床上常用的傳統(tǒng)截骨工具是依據(jù)基于歐美人體解剖學(xué)特點(diǎn)而設(shè)計(jì)研發(fā)的，與國(guó)人膝關(guān)節(jié)解剖的匹配度有差異。國(guó)內(nèi)臨床醫(yī)師根據(jù)經(jīng)驗(yàn)在術(shù)中選用不同型號(hào)的試模逐一進(jìn)行比對(duì)匹配，假體大小的選擇往往取決于術(shù)者的經(jīng)驗(yàn)而非客觀數(shù)據(jù)，從而影響TKA術(shù)后的療效。目前3D打印技術(shù)已應(yīng)用于骨科臨床，主要涉及實(shí)物模型的制作、手術(shù)輔助材料的打印、內(nèi)植物的打印等〔5～8〕。在國(guó)內(nèi)3D打印技術(shù)運(yùn)用于TKA術(shù)中的研究較少，關(guān)于3D打印截骨模塊在TKA中指導(dǎo)截骨是否準(zhǔn)確的研究目前沒(méi)有報(bào)道。本實(shí)驗(yàn)通過(guò)術(shù)中截骨厚度的測(cè)量與術(shù)前計(jì)算機(jī)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行比較分析，對(duì)3D打印截骨模塊輔助下TKA截骨的精確度進(jìn)行評(píng)價(jià)。

1 資料與方法

1.1一般臨床資料 選擇莆田市第一醫(yī)院2015年3～8月經(jīng)膝關(guān)節(jié)正側(cè)位X線片證實(shí)為原發(fā)病變明確的晚期膝關(guān)節(jié)骨關(guān)節(jié)炎或類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎患者。納入標(biāo)準(zhǔn)：①經(jīng)保守治療無(wú)效，擬行單側(cè)膝關(guān)節(jié)置換的骨關(guān)節(jié)炎或類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎患者；②雙下肢靜脈彩超均未見(jiàn)異常；③所有患者簽署知情同意書(shū)，并獲得醫(yī)院倫理委員會(huì)批準(zhǔn)。排除標(biāo)準(zhǔn)為：①TKA手術(shù)禁忌證；②膝關(guān)節(jié)翻修術(shù)者；③凝血功能異常；④嚴(yán)重肝腎功能不全。本研究共納入20 例，其中男 8 例，女 12 例，年齡65～83(平均72.5)歲，病程3～20年。術(shù)前診斷:骨關(guān)節(jié)炎13例，類風(fēng)濕性膝關(guān)節(jié)炎7例；膝關(guān)節(jié)內(nèi)翻15例，膝關(guān)節(jié)外翻5例，術(shù)前美國(guó)特種外科醫(yī)院(HSS)膝關(guān)節(jié)評(píng)分為(48.8±2.1)分。

1.2術(shù)前準(zhǔn)備 常規(guī)行心電圖、肺功能、下肢深靜脈彩色超聲檢查及血生化、凝血功能檢查， 了解患者重要臟器功能及有無(wú)手術(shù)禁忌證。術(shù)前常規(guī)行下肢全長(zhǎng)正側(cè)位X線、雙下肢CT掃描檢查。將掃描的Dicom格式數(shù)據(jù)導(dǎo)入Mimics.14軟件(Materialise公司，比利時(shí))，對(duì)下肢進(jìn)行三維重建，將重建的下肢骨骼模型以STL格式保存，然后在2D視圖下測(cè)定脛骨平臺(tái)后傾角、股骨外旋角及外翻，確定術(shù)中使用的脛骨及股骨假體型號(hào)，并測(cè)量術(shù)中股骨遠(yuǎn)端和脛骨近端截骨量，設(shè)計(jì)脛骨和股骨側(cè)截骨模塊，最后利用Replicator-2 3D打印機(jī)(Maker Bot公司，美國(guó))，采用聚乳酸打印材料，打印股骨和脛骨截骨模塊。術(shù)前進(jìn)行低溫等離子消毒。

1.3手術(shù)過(guò)程 所有患者手術(shù)由同一醫(yī)生主刀完成。全身麻醉，取膝關(guān)節(jié)前正中切口，由髕骨內(nèi)緣進(jìn)入，骨顯露膝關(guān)節(jié)，切除增生的滑膜組織、前后交叉韌帶及半月板，松解軟組織，咬除脛骨近端和股骨的骨贅及關(guān)節(jié)軟骨，將3D打印截骨模塊緊密貼合脛骨近端和股骨遠(yuǎn)端骨皮質(zhì)，用標(biāo)準(zhǔn)鋸片(1.2 mm厚)完成脛骨、股骨關(guān)節(jié)面的截骨。由同一位不知道計(jì)算機(jī)測(cè)量結(jié)果的骨科醫(yī)生，用游標(biāo)卡尺測(cè)量股骨遠(yuǎn)端、脛骨平臺(tái)最高點(diǎn)和脛骨平臺(tái)最低點(diǎn)截骨厚度，將人工測(cè)量的截骨片厚度加上在切骨中丟失的骨的厚度作為術(shù)中最終測(cè)量的厚度。放置試模，復(fù)位膝關(guān)節(jié)觀察膝關(guān)節(jié)屈伸活動(dòng)度良好、屈伸間隙平衡后取出試模，脈沖式槍沖洗膝關(guān)節(jié)，安裝膝關(guān)節(jié)假體及墊片，放置負(fù)壓引流管，逐層縫合。

1.4術(shù)后處理及療效評(píng)價(jià) 術(shù)后常規(guī)使用低分子肝素鈣預(yù)防血栓，抗生素預(yù)防感染，非甾體藥物使用鎮(zhèn)痛處理，術(shù)后48 h拔除引流管，術(shù)后即行下肢功能鍛煉，術(shù)后3 d拍片復(fù)查觀察下肢力線恢復(fù)。下肢力線測(cè)量是髖關(guān)節(jié)中點(diǎn)到膝關(guān)節(jié)中點(diǎn)的連線與膝關(guān)節(jié)中點(diǎn)到踝關(guān)節(jié)中點(diǎn)的連線的夾角即是機(jī)械脛股角(MFT)。采用HSS膝評(píng)分評(píng)價(jià)膝關(guān)節(jié)功能恢復(fù)情況，記錄術(shù)后3個(gè)月的HSS膝評(píng)分。

1.5統(tǒng)計(jì)學(xué)方法 采用 SPSS17.0 軟件進(jìn)行t檢驗(yàn)。

2 結(jié) 果

2.1預(yù)后 本實(shí)驗(yàn)所有患者手術(shù)順利，手術(shù)時(shí)間為(70.5±3.6)min。所有患者術(shù)后獲得3個(gè)月隨訪，其中1例合并糖尿病者切口延遲愈合，經(jīng)過(guò)對(duì)癥處理3 w后全愈合，其余患者術(shù)后無(wú)切口感染、深靜脈血栓、皮膚大面積瘀斑等并發(fā)癥。

2.23D打印截骨模塊輔助下TKA術(shù)后療效 術(shù)后3個(gè)月隨訪，膝關(guān)節(jié)活動(dòng)良好，其HSS膝關(guān)節(jié)評(píng)分增至(88.6±2.8)分，與術(shù)前HSS膝關(guān)節(jié)評(píng)分(48.8±2.1)分對(duì)比差異顯著(t=-22.36，P=0.00)。3D打印截骨模塊輔助下TKA術(shù)前下肢線MFT〔(8.4±2.6)°〕與術(shù)后下肢力線MFT對(duì)比同樣具有顯著差異〔(2.2±1.3)°,t=7.56，P=0.00〕。

2.33D打印截骨模塊下TKA術(shù)中各部位截骨厚度測(cè)量與術(shù)前計(jì)算機(jī)測(cè)量對(duì)比分析 股骨遠(yuǎn)端截骨厚度術(shù)前計(jì)算值為(9.28±0.52)mm，術(shù)中測(cè)量值為(9.15±0.62)mm；脛骨平臺(tái)最高點(diǎn)截骨厚度術(shù)前計(jì)算值為(10.18±0.49)mm，術(shù)中測(cè)量值為(10.25±0.45)mm；脛骨平臺(tái)最低點(diǎn)截骨厚度術(shù)前計(jì)算值為(3.48±0.07)mm，術(shù)中測(cè)量值為(3.22±0.09)mm，三組術(shù)中及術(shù)前計(jì)算機(jī)截骨厚度測(cè)量均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(t=1.32，P=0.53；t=-0.78,P=0.49和t=1.68，P=0.68)。3D打印截骨模塊能夠較精確指導(dǎo)TKA中截骨。

3 討 論

TKA手術(shù)最主要的目的就是獲得理想的下肢力線〔9,10〕，從而使得安裝假體的負(fù)載分布得到優(yōu)化，防止負(fù)載出現(xiàn)偏移，利于假體獲得長(zhǎng)期的生存率。有研究報(bào)道〔11〕手術(shù)失敗率增高、假體壓力增加和術(shù)后功能得分低等都與術(shù)后下肢的力線和假體的位置不良有關(guān)。還有研究〔12〕發(fā)現(xiàn)臨床上對(duì)于傳統(tǒng)機(jī)械定位系統(tǒng)，即是由經(jīng)驗(yàn)豐富的醫(yī)生操作，下肢力線對(duì)線誤差超過(guò)3°的發(fā)生率也至少為10%。有研究表明任何與機(jī)械軸的成角都會(huì)影響假體的使用壽命,理想的假體位置是脛骨、股骨端的假體分別垂直于各自的機(jī)械軸〔13〕。生物力學(xué)試驗(yàn)〔14〕證明股骨和脛骨假體對(duì)線內(nèi)外翻大于4°可明顯加速聚乙烯襯墊磨損，從而引起假體松動(dòng)、關(guān)節(jié)不穩(wěn)，甚至早期失敗，術(shù)后還可以產(chǎn)生疼痛、活動(dòng)受限，影響患者術(shù)后的滿意率。很多研究〔15～20〕顯示計(jì)算機(jī)輔助導(dǎo)航法在全膝關(guān)節(jié)置換中的應(yīng)用較傳統(tǒng)方法明顯提高了下肢力線和假體旋轉(zhuǎn)軸線的準(zhǔn)確性,但其受到計(jì)算機(jī)導(dǎo)航設(shè)備費(fèi)用昂貴，術(shù)中操作技術(shù)學(xué)習(xí)曲線長(zhǎng)，術(shù)中所需手術(shù)時(shí)間較常規(guī)手術(shù)時(shí)間要長(zhǎng)半小時(shí)至1 h，可能會(huì)增加感染機(jī)會(huì)等因素的限制，在基層醫(yī)院不容易開(kāi)展和推廣。3D 打印技術(shù)作為一種新發(fā)展的技術(shù)，該技術(shù)包括逆向工程技術(shù)和快速成型技術(shù)。目前3D 打印技術(shù)已在工業(yè)制造領(lǐng)域、生物醫(yī)療領(lǐng)域等得到發(fā)展迅速，并取得了一定的成效。近年來(lái)3D打印技術(shù)已逐漸應(yīng)用于骨科領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)已有較多研究〔21〕顯示3D導(dǎo)航模板技術(shù)成功應(yīng)用于脊柱內(nèi)固定領(lǐng)域,使得復(fù)雜脊柱手術(shù)簡(jiǎn)單化、精準(zhǔn)化。3D打印技術(shù)也應(yīng)用于骨盆腫瘤領(lǐng)域的研究報(bào)道〔22〕，在打印的骨盆模型上切除半骨盆，然后設(shè)計(jì)個(gè)性化人工半骨盆假體，取得了滿意臨床效果。3D打印技術(shù)還應(yīng)用于骨折領(lǐng)域的研究報(bào)道〔23〕，指導(dǎo)復(fù)雜骨折，并取得較好的臨床效益。國(guó)內(nèi)近期同樣運(yùn)用該技術(shù)于髖關(guān)節(jié)置換及髖關(guān)節(jié)翻修領(lǐng)域的研究報(bào)道〔24，25〕，使關(guān)節(jié)置換中假體安放位置的準(zhǔn)確性、假體型號(hào)的選擇、術(shù)前骨缺損的評(píng)估等技術(shù)難題得到解決。對(duì)于國(guó)內(nèi)3D打印技術(shù)應(yīng)用于膝關(guān)節(jié)領(lǐng)域研究報(bào)道較少，本實(shí)驗(yàn)通過(guò)術(shù)中截骨厚度的測(cè)量與術(shù)前計(jì)算機(jī)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行比較分析，對(duì)3D打印截骨模塊輔助下TKA截骨的精確度進(jìn)行評(píng)價(jià)。決定TKA術(shù)后療效主要包括：術(shù)后下肢力線恢復(fù)、假體安裝的位置，當(dāng)術(shù)中能夠準(zhǔn)確進(jìn)行按照術(shù)前計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)的截骨量進(jìn)行精準(zhǔn)截骨，使用假體安裝位置良好，為恢復(fù)術(shù)后良好的下肢力線做必要準(zhǔn)備。本實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果說(shuō)明3D打印截骨模塊可以更精確指導(dǎo)TKA術(shù)中的截骨，能更精確指導(dǎo)術(shù)中假體放置位置,從而得到更精確的下肢力線，促進(jìn)TKA術(shù)后膝關(guān)節(jié)功能更好的恢復(fù)。