3D打印技術(shù)在人工膝關(guān)節(jié)置換術(shù)中的應(yīng)用價(jià)值研究

趙意華 楊志遠(yuǎn)(.鄭州大學(xué)第五附屬醫(yī)院 脊柱骨病科 河南 鄭州 450000； .焦作市第二人民醫(yī)院 河南 焦作 45400)

3D打印技術(shù)在人工膝關(guān)節(jié)置換術(shù)中的應(yīng)用價(jià)值研究

趙意華1楊志遠(yuǎn)2
(1.鄭州大學(xué)第五附屬醫(yī)院 脊柱骨病科 河南 鄭州 450000； 2.焦作市第二人民醫(yī)院 河南 焦作 454001)

目的探討3D打印技術(shù)在人工膝關(guān)節(jié)置換術(shù)中的應(yīng)用價(jià)值。方法對(duì)2015年1月至2016年6月焦作市第二人民醫(yī)院骨三科收治的40例行單側(cè)人工膝關(guān)節(jié)置換術(shù)患者的臨床資料進(jìn)行回顧性分析，根據(jù)治療方案不同分為傳統(tǒng)手術(shù)組和3D打印組，各20例。比較兩組患者手術(shù)時(shí)間、總出血量、下肢力線(xiàn)偏差、術(shù)后6個(gè)月紐約特種外科醫(yī)院(HSS)膝關(guān)節(jié)評(píng)分。結(jié)果3D打印組患者手術(shù)時(shí)間短于傳統(tǒng)手術(shù)組，總出血量少于傳統(tǒng)手術(shù)組，下肢力線(xiàn)殘差小于傳統(tǒng)手術(shù)組，術(shù)后HSS膝關(guān)節(jié)評(píng)分高于傳統(tǒng)手術(shù)組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均<0.05)。結(jié)論采用3D打印技術(shù)輔助行人工膝關(guān)節(jié)置換術(shù)，治療效果好，可有效縮短手術(shù)時(shí)間、減少總出血量，顯著改善下肢力線(xiàn)。

膝關(guān)節(jié)置換術(shù)；3D打印技術(shù)；療效

膝關(guān)節(jié)置換術(shù)是臨床治療嚴(yán)重膝骨關(guān)節(jié)疾病的切實(shí)有效方法，適用于嚴(yán)重的膝關(guān)節(jié)疼痛、不穩(wěn)、畸形、日常生活活動(dòng)嚴(yán)重障礙，經(jīng)過(guò)保守治療無(wú)效或效果不顯著的患者，能夠有效恢復(fù)患者下肢力線(xiàn)，顯著緩解患者疼痛、活動(dòng)受限等癥狀[1]。精確的下肢力線(xiàn)是人工膝關(guān)節(jié)置換術(shù)的關(guān)鍵所在，傳統(tǒng)的定位法主要依賴(lài)術(shù)者經(jīng)驗(yàn)，易出現(xiàn)較大誤差。3D打印技術(shù)輔助人工膝關(guān)節(jié)置換術(shù)主要是通過(guò)術(shù)前行CT檢查精確測(cè)量下肢力線(xiàn)，重建股骨髁及脛骨平臺(tái)，并設(shè)計(jì)和制作相應(yīng)的截骨模具，使得截骨更加精確，進(jìn)而獲得更好的生物學(xué)力線(xiàn)，提高患者術(shù)后恢復(fù)效果，現(xiàn)已成功應(yīng)用于臨床并獲得骨科醫(yī)師及患者的認(rèn)可[2]。本研究通過(guò)回顧性分析接受不同手術(shù)方案行單側(cè)人工膝關(guān)節(jié)置換術(shù)患者的臨床資料，旨在探討3D打印技術(shù)在人工膝關(guān)節(jié)置換術(shù)中的應(yīng)用價(jià)值。

1 資料與方法

1.1一般資料對(duì)2015年1月至2016年6月焦作市第二人民醫(yī)院骨三科收治的40例行單側(cè)人工膝關(guān)節(jié)置換術(shù)患者的臨床資料進(jìn)行回顧性分析。納入標(biāo)準(zhǔn)：①原發(fā)單側(cè)膝關(guān)節(jié)重度骨性關(guān)節(jié)炎[紐約特種外科醫(yī)院(hospital for special surgery knee score，HSS)膝關(guān)節(jié)評(píng)分<60分]；②既往無(wú)膝關(guān)節(jié)手術(shù)史；③膝關(guān)節(jié)無(wú)嚴(yán)重的內(nèi)外翻畸形及骨缺損；④髕骨活動(dòng)良好，無(wú)明顯畸形；⑤同側(cè)髖關(guān)節(jié)無(wú)僵直及脫位；⑥無(wú)嚴(yán)重內(nèi)科疾病及重度骨質(zhì)疏松。排除條件：術(shù)后功能鍛煉依從性不佳者(排除術(shù)后人為因素)。40例患者中男27例，女13例；年齡為60～78歲，平均(68.5±4.9)歲；行左側(cè)膝關(guān)節(jié)置換術(shù)22例，右側(cè)18例；發(fā)病時(shí)間為3～15 a，平均(8.9±3.1)a。根據(jù)患者手術(shù)方式不同分為3D手術(shù)組和傳統(tǒng)手術(shù)組，各20例，兩組患者一般資料比較，差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。3D打印模型由河南理工大學(xué)骨科研究所提供技術(shù)支持，所采用手術(shù)器械及膝關(guān)節(jié)假體均為同一品牌。

1.2治療方法所有手術(shù)均由同一術(shù)者主刀并由同一治療組醫(yī)師完成。

1.2.1手術(shù)方法 傳統(tǒng)手術(shù)組患者接受連續(xù)硬膜外麻醉，仰臥體位，術(shù)前大腿根部預(yù)置止血帶，常規(guī)消毒鋪巾；取患膝關(guān)節(jié)前正中切口，打開(kāi)關(guān)節(jié)腔后常規(guī)切除增生滑膜及骨贅，切斷前后交叉韌帶；股骨端采用股骨髓內(nèi)外翻 5°定位進(jìn)行截骨，截骨平面垂直于股骨機(jī)械軸；脛骨平臺(tái)采用髓外定位后傾3°進(jìn)行截骨，處理髁間并去除膝關(guān)節(jié)后方骨贅，測(cè)量安裝試模，評(píng)估軟組織情況，并行相應(yīng)的軟組織松解；大量生理鹽水沖洗后，安裝膝關(guān)節(jié)假體，沖洗并清除殘留骨水泥，根據(jù)術(shù)中情況修整髕骨，但不做髕骨置換；常規(guī)放置引流管逐層閉合手術(shù)切口，術(shù)后厚棉墊加壓包扎。3D打印組患者術(shù)前行雙下肢全長(zhǎng)及患膝CT掃描，獲取數(shù)據(jù)，計(jì)算機(jī)模擬分析下肢力線(xiàn)并確定截骨量，個(gè)體化設(shè)計(jì)截骨模具，采用3D打印技術(shù)重建1∶1膝關(guān)節(jié)假體模型，并打印截骨模具；截骨時(shí)以模具3個(gè)定位接觸面為參考，在股骨髁及脛骨平臺(tái)相應(yīng)位置，以刮勺刮除局部軟骨(由于CT數(shù)據(jù)不能顯示軟骨，放置截骨模具時(shí)需刮除接觸部位軟骨層)，安裝固定截骨模具后進(jìn)行股骨髁及脛骨平臺(tái)截骨，余操作同常規(guī)手術(shù)。見(jiàn)圖1。

A：術(shù)前CT下肢力線(xiàn)；B：3D打印模型和截骨模具；C：術(shù)后X線(xiàn)片；D：術(shù)中模具定位。

圖13D打印技術(shù)在人工關(guān)節(jié)置換術(shù)中的應(yīng)用圖解

1.2.2術(shù)后處理 術(shù)后囑患者抬高患肢，常規(guī)應(yīng)用止痛藥物，預(yù)防性使用抗生素72 h，術(shù)后第2天開(kāi)始使用低分子肝素抗凝治療，術(shù)后48 h拔除引流管，并記錄總引流量；術(shù)后第1、3、7天復(fù)查血常規(guī)、生化，根據(jù)實(shí)驗(yàn)室檢查結(jié)果給予患者補(bǔ)液等對(duì)癥支持治療。術(shù)后即開(kāi)始行股四頭肌收縮及踝泵功能鍛煉，術(shù)后第3天給予患者CPM機(jī)輔助功能鍛煉，術(shù)后第4天指導(dǎo)患者在助行器輔助下下地行走，復(fù)查膝關(guān)節(jié)X線(xiàn)片，并做CT下肢全長(zhǎng)片以了解假體位置并評(píng)價(jià)下肢力線(xiàn)情況；術(shù)后2周切口愈合拆線(xiàn)即可出院；術(shù)后第1、2、3、6個(gè)月定期來(lái)院復(fù)查，了解患者恢復(fù)情況并給予其功能鍛煉指導(dǎo)。

1.3觀察指標(biāo)統(tǒng)計(jì)兩組患者手術(shù)時(shí)間、總出血量(術(shù)中出血量+術(shù)后引流量)，術(shù)后第6個(gè)月HSS膝關(guān)節(jié)評(píng)分，并根據(jù)影像學(xué)評(píng)估下肢力線(xiàn)情況。

2 結(jié)果

3D打印組患者手術(shù)時(shí)間短于傳統(tǒng)手術(shù)組，總出血量少于傳統(tǒng)手術(shù)組，下肢力線(xiàn)殘差小于傳統(tǒng)手術(shù)組，術(shù)后HSS膝關(guān)節(jié)評(píng)分高于傳統(tǒng)手術(shù)組，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。見(jiàn)表1。

3 討論

有研究表明，人工膝關(guān)節(jié)置換術(shù)的遠(yuǎn)期療效與下肢力線(xiàn)的偏差密切相關(guān)，下肢力線(xiàn)誤差大于3°極易出現(xiàn)膝關(guān)節(jié)受力不均，導(dǎo)致人工膝關(guān)節(jié)早期出現(xiàn)松動(dòng)，關(guān)節(jié)功能不良[3]。下肢力線(xiàn)的恢復(fù)主要取決于準(zhǔn)確的截骨和精確的軟組織平衡，傳統(tǒng)手術(shù)主要依靠解剖結(jié)構(gòu)進(jìn)行髓內(nèi)機(jī)械定位，術(shù)中截骨量、角度、假體型號(hào)選擇及軟組織松解與術(shù)者經(jīng)驗(yàn)有一定關(guān)系，尤其是對(duì)于膝關(guān)節(jié)嚴(yán)重內(nèi)外翻畸形及股骨發(fā)育畸形或骨折畸形愈合患者，由于缺乏常規(guī)髓內(nèi)機(jī)械定位做參考，導(dǎo)致術(shù)中更易出現(xiàn)下肢力線(xiàn)偏差[4-5]。臨床通過(guò)對(duì)患者遠(yuǎn)期效果觀察發(fā)現(xiàn)，微小的下肢力線(xiàn)偏差即可導(dǎo)致假體的磨損加快，影響假體使用壽命[6]。因此，傳統(tǒng)的手術(shù)方法已不能完全滿(mǎn)足手術(shù)需要，患者個(gè)體化的治療已成為現(xiàn)代醫(yī)學(xué)發(fā)展的需要。

表1 兩組患者手術(shù)相關(guān)指標(biāo)水平比較

3D打印技術(shù)的出現(xiàn)，給人工膝關(guān)節(jié)置換術(shù)提供了新的革新[7]。術(shù)前可通過(guò)行雙下肢CT掃描，根據(jù)患者病情不同，重建膝關(guān)節(jié)1∶1的三維模型，根據(jù)下肢力線(xiàn)及膝關(guān)節(jié)軟骨磨損情況，為患者設(shè)計(jì)截骨平面并制作股骨、脛骨及髁間截骨器以進(jìn)行個(gè)體化精確截骨。本研究結(jié)果提示，與傳統(tǒng)膝關(guān)節(jié)置換術(shù)相比，3D人工膝關(guān)節(jié)置換術(shù)可行個(gè)體化設(shè)計(jì)，在力線(xiàn)恢復(fù)及截骨量控制方面更為精確，臨床效果更好，手術(shù)所需時(shí)間更短，力線(xiàn)偏差更小，術(shù)后隨訪(fǎng)患者膝關(guān)節(jié)功能恢復(fù)良好。但通過(guò)觀察術(shù)中操作過(guò)程發(fā)現(xiàn)，雖然截骨模具設(shè)計(jì)有3個(gè)接觸面與截骨區(qū)相對(duì)應(yīng)以便定位放置，但刮除骨面軟骨并放置截骨模具仍需術(shù)者依據(jù)經(jīng)驗(yàn)，參考模型解剖結(jié)構(gòu)進(jìn)行大致定位，缺乏客觀的指標(biāo)精確定位，由此引起的人為偏差客觀上是存在的，并和術(shù)者經(jīng)驗(yàn)密切相關(guān)。因此，雖然采用3D打印技術(shù)輔助行人工膝關(guān)節(jié)置換術(shù)，治療效果好，可有效縮短手術(shù)時(shí)間、減少總出血量，顯著改善下肢力線(xiàn)，但在模具安放定位設(shè)計(jì)方面仍有一定不足之處，如果能加以改進(jìn)，將能使該技術(shù)的精確性得到進(jìn)一步提高。

[1] 朱廣偉.膝骨性關(guān)節(jié)炎雙側(cè)同期全膝關(guān)節(jié)置換和單側(cè)膝關(guān)節(jié)置換的療效對(duì)比[J].河南醫(yī)學(xué)研究,2016,25(4):736-737.

[2] 陳國(guó)仙,李國(guó)山,林宗錦,等.3-D打印技術(shù)輔助脛骨高位截骨術(shù)治療膝內(nèi)翻畸形骨關(guān)節(jié)炎的療效觀察[J].中國(guó)修復(fù)重建外科雜志,2016(4):407-411.

[3] 薛小華,許建中.術(shù)前膝關(guān)節(jié)活動(dòng)度對(duì)TKA術(shù)后關(guān)節(jié)功能的影響[J].河南醫(yī)學(xué)研究,2014,23(2):98-100.

[4] 李桓毅,劉方剛,陳建民,等.計(jì)算機(jī)導(dǎo)航下全膝關(guān)節(jié)置換截骨的精確度比較[J].中國(guó)矯形外科雜志,2011,19(9):731-733.

[5] 王戟森,陳堅(jiān)鋒,潘耀成,等.人工膝關(guān)節(jié)置換術(shù)中的脛骨平臺(tái)后傾角[J].中國(guó)矯形外科雜志,2016,24(9):826-831.

[6] 閆祥甲,李彥林,肖渝,等.三維數(shù)字化技術(shù)在膝關(guān)節(jié)置換中的應(yīng)用[J].中國(guó)修復(fù)重建外科雜志,2016,(10):1306-1310.

[7] 王均,陸聲,周游,等.3D打印技術(shù)輔助創(chuàng)傷性膝內(nèi)翻畸形矯正的初步臨床應(yīng)用[J].中華創(chuàng)傷骨科雜志,2015,17(1):40-44.

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10.3969/j.issn.1004-437X.2017.23.023

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