3D打印截骨導(dǎo)板在人工全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)中的臨床應(yīng)用研究

安貴峰 王明月

【摘要】 目的 探討3D 打印截骨導(dǎo)板在人工全膝關(guān)節(jié)置換（TKA）術(shù)中的臨床效果和安全性。方法 40例經(jīng)膝關(guān)節(jié)正側(cè)位X線及CT診斷膝關(guān)節(jié)明確原發(fā)病變的單側(cè)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， 按計(jì)算機(jī)隨機(jī)分組法分為3D打印組和傳統(tǒng)手術(shù)組， 各20例。3D打印組接受3D 截骨導(dǎo)板TKA術(shù)治療， 傳統(tǒng)手術(shù)組接受傳統(tǒng)TKA術(shù)治療。比較兩組患者冠狀面股骨組件角（FFC）、冠狀面脛骨組件角（FTC）、矢狀面脛骨組件角（LTC）的角偏差值， 手術(shù)時(shí)間， 術(shù)中失血量， 術(shù)前及術(shù)后3個(gè)月膝關(guān)節(jié)協(xié)會(huì)評(píng)分（KSS評(píng)分）、冠狀面髖-膝-踝角（HKA）。結(jié)果 傳統(tǒng)手術(shù)組手術(shù)時(shí)間（122.5±5.3）min長(zhǎng)于3D打印組的（103.6±4.6）min， 術(shù)中失血量（588.7±35.3）ml多于3D打印組的（423.2±41.5）ml， 差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.05）。兩組術(shù)后X線測(cè)量FFC、FTC、LTC角偏差比較差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P>0.05）。術(shù)后3個(gè)月， 兩組KSS評(píng)分均高于術(shù)前， HKA角大于術(shù)前， 差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.05）;術(shù)后3個(gè)月， 3D 打印組KSS評(píng)分略高于傳統(tǒng)手術(shù)組， HKA角略大于傳統(tǒng)手術(shù)組， 但差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P>0.05）。結(jié)論 3D打印截骨導(dǎo)板技術(shù)應(yīng)用于TKA術(shù)中， 能夠縮短手術(shù)時(shí)間、一定程度上控制術(shù)中失血量， 并改善患者膝關(guān)節(jié)置換術(shù)后功能， 為患者提供更加精確化、個(gè)體化的治療， 值得進(jìn)一步推廣和應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】 3D打印;截骨導(dǎo)板;膝關(guān)節(jié)置換術(shù)

DOI：10.14163/j.cnki.11-5547/r.2020.17.041

本研究選取2017年9月～2019年3月本院收治的 40例經(jīng)膝關(guān)節(jié)正側(cè)位X線及CT診斷膝關(guān)節(jié)明確原發(fā)病變的單側(cè)晚期膝關(guān)節(jié)骨關(guān)節(jié)炎或類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎患者為研究對(duì)象， 探討3D 打印截骨導(dǎo)板技術(shù)在TKA術(shù)中的臨床效果和安全性?，F(xiàn)報(bào)告如下。

1 資料與方法

1. 1 一般資料 選取2017 年9月 ～2019年3月經(jīng)膝關(guān)節(jié)正側(cè)位X線及CT診斷、膝關(guān)節(jié)明確原發(fā)病變的單側(cè)晚期膝關(guān)節(jié)骨關(guān)節(jié)炎或類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎患者為研究對(duì)象， 采用計(jì)算機(jī)隨機(jī)分組法將其分為3D打印組和傳統(tǒng)手術(shù)組， 每組 20 例。3D打印組患者年齡58～76歲， 平均年齡（67.6±3.3）歲;術(shù)前KSS評(píng)分（46.52±2.54）分;術(shù)前HKA角（171.23±5.34）°。傳統(tǒng)手術(shù)組患者年齡58～75歲， 平均年齡（67.4±4.6）歲;術(shù)前膝關(guān)節(jié)KSS評(píng)分（47.25±1.85）分;術(shù)前HKA角（170.54±4.62）°。兩組患者年齡、KSS評(píng)分、HKA角等一般資料比較差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P>0.05）， 具有可比性。

1. 2 納入及排除標(biāo)準(zhǔn)

1. 2. 1 納入標(biāo)準(zhǔn) 經(jīng)系統(tǒng)保守治療無(wú)效， 擬行單側(cè)膝關(guān)節(jié)置換者[1]。

1. 2. 2 排除標(biāo)準(zhǔn) ①術(shù)前擬行3D 打印截骨導(dǎo)板方法， 術(shù)中臨時(shí)改行常規(guī)膝關(guān)節(jié)置換者;②擬行膝關(guān)節(jié)翻修術(shù)者;③凝血功能異常者;④合并嚴(yán)重心肺功能不全、高齡及不能耐受外科手術(shù)者[2]。

1. 3 膝關(guān)節(jié)置換模擬手術(shù)及截骨導(dǎo)板的設(shè)計(jì)制作 術(shù)前獲取 CT及磁共振成像（MRI）數(shù)據(jù)并構(gòu)建膝關(guān)節(jié)模型， 掃描范圍為雙側(cè)股骨頭至踝關(guān)節(jié)下肢全長(zhǎng)， CT三維重建獲得的雙下肢骨骼模型， 匹配膝關(guān)節(jié)MRI軟骨厚度， 獲得匹配膝關(guān)節(jié)軟骨的膝關(guān)節(jié)三維模型。進(jìn)行計(jì)算機(jī)膝關(guān)節(jié)模擬手術(shù)， 其中以脛骨平臺(tái)外側(cè)正常軟骨為定位點(diǎn)進(jìn)行脛骨平臺(tái)垂直截骨， 截骨厚度設(shè)定為9 mm， 后傾3°。股骨參考股骨機(jī)械軸設(shè)定5°外旋截骨， 股骨入髓點(diǎn)為股骨解剖軸投影點(diǎn)， 確定股骨旋轉(zhuǎn)軸為股骨內(nèi)外上髁連線， 行股骨遠(yuǎn)端截骨， 截骨厚度10 mm， 并根據(jù)遠(yuǎn)端截骨面設(shè)計(jì)后髁截骨厚度[3]。同時(shí)設(shè)計(jì)截骨槽導(dǎo)板， 計(jì)算機(jī)導(dǎo)入設(shè)計(jì)截骨塊， 設(shè)計(jì)截骨槽及截骨導(dǎo)板， 參考股骨前方皮質(zhì)及脛骨結(jié)節(jié)中內(nèi)1/3， 脛骨平臺(tái)外側(cè)關(guān)節(jié)面為定位點(diǎn)， 根據(jù)設(shè)定術(shù)前定位旋轉(zhuǎn)及截骨厚度， 得到股骨及脛骨截骨導(dǎo)板[4]。并將文件載入到快速成型寶葫蘆軟件中。通過(guò)專業(yè)級(jí) 3D三維打印機(jī)， 利用聚乳酸（PLA）材料， 通過(guò)熔融沉積制造技術(shù)逐層加工打印膝關(guān)節(jié)截骨導(dǎo)板。

1. 4 手術(shù)方法 兩組患者手術(shù)由同一組醫(yī)生完成， 放置試模、復(fù)位膝關(guān)節(jié)滿意后取出試模。

1. 4. 1 3D打印組 接受3D 截骨導(dǎo)板TKA術(shù)治療。麻醉后患者取仰臥位， 行膝關(guān)節(jié)前正中切口， 由髕骨內(nèi)緣切開(kāi)， 輕度外翻髕骨暴露關(guān)節(jié)面;切除增生的滑膜組織、前十字韌帶及殘留半月板， 松解軟組織， 去除股骨髁骨贅;屈膝90°， 去除脛骨增生骨贅， 無(wú)需髓內(nèi)定位， 將術(shù)前設(shè)計(jì)脛骨截骨導(dǎo)板按術(shù)前設(shè)計(jì)定位點(diǎn)精確放置于脛骨近端， 定位針固定后按截骨導(dǎo)板行脛骨近端截骨。繼續(xù)將股骨導(dǎo)板貼附于股骨髁參考股骨前方皮質(zhì)， 比較股骨截骨導(dǎo)板與內(nèi)外上髁髁關(guān)系后， 依次行股骨遠(yuǎn)端、后髁、髁間截骨[5]。測(cè)試膝關(guān)節(jié)屈伸間隙平衡后， 軟組織松解;安裝膝關(guān)節(jié)假體試模， 測(cè)試膝關(guān)節(jié)穩(wěn)定性及松緊度， 髕骨軌跡等， 測(cè)試滿意后適當(dāng)修整髕骨關(guān)節(jié)面并去神經(jīng)化， 使用脈沖式槍沖洗膝關(guān)節(jié)。止血帶加壓骨面干燥后適當(dāng)預(yù)涂骨水泥， 安裝膝關(guān)節(jié)假體及墊片， 測(cè)量下肢力線良好， 放置負(fù)壓引流管， 逐層縫合， 手術(shù)結(jié)束。

1. 4. 2 傳統(tǒng)手術(shù)組 接受傳統(tǒng)TKA術(shù)治療。麻醉后患者取仰臥位， 常規(guī)消毒， 患肢縛止血帶備用， 行患肢膝關(guān)節(jié)前正中切口， 手術(shù)暴露過(guò)程與 3D組基本相同， 術(shù)中使用導(dǎo)板器械進(jìn)行截骨并判斷假體型號(hào)大小， 股骨截骨行髓內(nèi)定位， 定位點(diǎn)位于后交叉韌帶止點(diǎn)上方1 cm， 股骨外翻截骨與股骨機(jī)械軸5°外旋截骨， 使用股骨假體型號(hào)測(cè)量器根據(jù)股骨后髁測(cè)量股骨假體型號(hào)大小， 脛骨截骨行髓外定位， 根據(jù)脛骨髓外定位導(dǎo)桿遠(yuǎn)端定位于內(nèi)外踝連線中點(diǎn)內(nèi)側(cè)5 mm， 縱軸平行于脛骨長(zhǎng)軸， 適當(dāng)3°后傾， 根據(jù)脛骨平臺(tái)外側(cè)關(guān)節(jié)面行9 mm截骨。測(cè)試膝關(guān)節(jié)屈伸間隙， 保證屈伸間隙平衡后， 進(jìn)一步行軟組織松解[6]。安裝膝關(guān)節(jié)假體試模， 復(fù)位膝關(guān)節(jié)進(jìn)一步測(cè)試膝關(guān)節(jié)穩(wěn)定性及松緊度， 測(cè)試滿意后使用脈沖式槍徹底沖洗膝關(guān)節(jié)， 安裝膝關(guān)節(jié)假體及墊片。脈沖式?jīng)_洗槍沖洗術(shù)區(qū)后， 術(shù)區(qū)放置負(fù)壓引流， 逐層縫合， 術(shù)畢。

1. 4. 3 術(shù)后處理 術(shù)后常規(guī)使用抗生素預(yù)防感染， 使用低分子肝素皮下注射及雙下肢足底泵氣壓治療， 藥物及物理方法預(yù)防下肢靜脈血栓形成。術(shù)后根據(jù)術(shù)區(qū)引流量于術(shù)后24～48 h拔除引流管。術(shù)后第2 天開(kāi)始于床上行持續(xù)被動(dòng)活動(dòng)（CPM）機(jī)功能鍛煉， 術(shù)后第5天于助行器輔助下進(jìn)行功能鍛煉。

1. 5 觀察指標(biāo) 比較兩組患者FFC角偏差、FTC角偏差、LTC 角偏差、手術(shù)時(shí)間、術(shù)中失血量， 術(shù)前及術(shù)后3個(gè)月KSS 評(píng)分、HKA角。

1. 6 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法 采用SPSS20.0統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。計(jì)量資料以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差（ x-±s）表示， 采用t檢驗(yàn)。P<0.05為差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2. 1 兩組患者手術(shù)時(shí)間、術(shù)中失血量、FFC角偏差、FTC角偏差、LTC 角偏差值比較 傳統(tǒng)手術(shù)組手術(shù)時(shí)間（122.5±5.3）min長(zhǎng)于3D打印組的（103.6±4.6）min， 術(shù)中失血量（588.7±35.3）ml多于3D打印組的（423.2±41.5）ml， 差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.05）。兩組術(shù)后X線測(cè)量FFC 、FTC、 LTC 角偏差比較差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P>0.05）。見(jiàn)表1。

2. 2 兩組患者手術(shù)前后KSS 評(píng)分及HKA角比較 術(shù)前， 兩組KSS評(píng)分及HKA角比較差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P>0.05）;術(shù)后3個(gè)月， 兩組KSS評(píng)分均高于術(shù)前， HKA角大于術(shù)前， 差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.05）;術(shù)后3個(gè)月， 3D 打印組KSS評(píng)分略高于傳統(tǒng)手術(shù)組， HKA角略大于傳統(tǒng)手術(shù)組， 但差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P>0.05）。見(jiàn)表2。

3 討論

隨著3D打印技術(shù)和骨組織工程技術(shù)的發(fā)展， 有研究將顱骨進(jìn)行三維打印、先天性心臟病兒童進(jìn)行心臟三維打印、頸椎人工椎體植入等[3]。隨著人口老齡化， 骨性關(guān)節(jié)炎的發(fā)病率逐漸增加， KPA術(shù)常作為晚期關(guān)節(jié)炎的治療手段。常規(guī)KPA術(shù)在屈伸間隙平衡、脛骨后傾定位、膝關(guān)節(jié)假體型號(hào)選擇、股骨及脛骨旋轉(zhuǎn)， 髕骨軌跡等方面常出現(xiàn)問(wèn)題。若合并膝關(guān)節(jié)嚴(yán)重畸形， 則常給骨科醫(yī)生增加手術(shù)難度并影響患者的康復(fù)， 給膝關(guān)節(jié)置換術(shù)后的預(yù)后、患者癥狀的改善、假體使用壽命及生存率等方面帶來(lái)不利后果。

3D打印技術(shù)是通過(guò)采集數(shù)字化信息， 將PLA等高分子材料通過(guò)熔融沉積制造技術(shù)打印出目標(biāo)模型， 清晰展現(xiàn)患者疾病骨骼模型， 如復(fù)雜骨折與畸形可直觀進(jìn)行術(shù)前計(jì)劃或模擬手術(shù)[7， 8]。3D打印所獲得數(shù)字化模型超越了影像學(xué)所提供的二維圖像。3D打印截骨導(dǎo)板應(yīng)用于膝關(guān)節(jié)置換術(shù)前計(jì)算機(jī)模擬手術(shù)， 確定下肢力線恢復(fù)及改善情況， 改善了手術(shù)中預(yù)后， 增加手術(shù)成功率和精確性， 無(wú)需開(kāi)髓， 減少了創(chuàng)傷。3D打印截骨導(dǎo)板應(yīng)用于膝關(guān)節(jié)置換手術(shù)中降低了手術(shù)的風(fēng)險(xiǎn)。3D打印簡(jiǎn)化了手術(shù)程序， 手術(shù)工具明顯減少， 降低了手術(shù)操作失誤率。

綜上所述， 3D打印模型直觀、簡(jiǎn)單、精確， 可直觀觀察膝解剖形態(tài)及畸形和骨缺損情況， 縮短手術(shù)時(shí)間， 減少術(shù)中出血量， 加速患者術(shù)后康復(fù)， 使手術(shù)更加精確， 減少手術(shù)創(chuàng)傷， 有利于患者的早期康復(fù)， 值得進(jìn)一步推廣和應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

[1] Classen L， Plass C， Daniilidis K， et al. Two stage revision total knee arthroplasty in eases of periprosthetic joint infection：an analysis of 50 cases. Open Orthop J， 2015， 27（9）：49-56.

[2] Xu NF， Wei F， LIU XG， et al. Reconstruction of the Upper Cervical Spine Using a Personalized 3D-Printed Vertebral Body in an Adolescent With Ewing Sarcoma. Spine， 2016， 41（1）：50-54.

[3] Xiao JR， Huang WD， Yang XH， et al. En Bloc Resection of Primary Malignant Bone Tumor in the Cervical Spine Based on 3-Dimensional Printing Technology. Orthop Surg， 2016， 8（2）：171.

[4] 吳東迎， 袁峰， 吳繼彬， 等. 3D打印截骨導(dǎo)板在人工全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)中的應(yīng)用. 中華骨科雜志， 2015， 35（9）：921-926.

[5] 魯學(xué)良， 熊明月， 劉振輝， 等. 3D打印截骨導(dǎo)板在人工全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)中的應(yīng)用研究. 中國(guó)臨床實(shí)用醫(yī)學(xué)， 2018， 9（3）：57-59.

[6] 茹江英， 時(shí)代， 徐饒， 等. 應(yīng)用個(gè)體定制三維打印截骨導(dǎo)板輔助行人工全膝關(guān)節(jié)置換術(shù). 中華關(guān)節(jié)外科雜志（電子版）， 2017， 11（5）：484-490.

[7] 高明宏， 鄭傳禧， 劉安慶， 等. 截骨導(dǎo)板在關(guān)節(jié)外畸形人工膝關(guān)節(jié)置換術(shù)中的應(yīng)用. 中華解剖與臨床雜志， 2019， 24（3）：273-278.

[8] 宋澤， 周章武， 汪千根. 3D打印個(gè)性化截骨導(dǎo)板輔助全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)治療膝骨關(guān)節(jié)炎合并關(guān)節(jié)外畸形. 世界最新醫(yī)學(xué)信息文摘， 2019， 19（20）：26-27， 30.

[收稿日期：2019-11-11]