3D打印技術(shù)在復(fù)雜膝關(guān)節(jié)置換術(shù)中物理模型互換的應(yīng)用

石磊

（泉州職業(yè)技術(shù)大學(xué)，福建 泉州 362200）

隨著高新科技的高速發(fā)展，社會產(chǎn)生了巨大的變化，和傳統(tǒng)的醫(yī)學(xué)相比，現(xiàn)代醫(yī)學(xué)中應(yīng)用了大量的現(xiàn)代化醫(yī)學(xué)理論和高新科技科學(xué)技術(shù)。其中3D打印技術(shù)在膝關(guān)節(jié)置換手術(shù)中的應(yīng)用，可以1∶1精準(zhǔn)地制作出和病人完全一樣的膝關(guān)節(jié)。從而使膝關(guān)節(jié)置換手術(shù)匹配度更高，大大降低手術(shù)后病人的不適感和不良反應(yīng)，大大提升膝關(guān)節(jié)置換手術(shù)病人術(shù)后的生活質(zhì)量，給膝關(guān)節(jié)置換手術(shù)帶來了更加精準(zhǔn)的定制化醫(yī)療解決方案。

1 研究對象以及方法

1.1 研究對象

為了說明3D打印技術(shù)在膝關(guān)節(jié)置換手術(shù)中的應(yīng)用價(jià)值，2014-12—2016-12從某大型醫(yī)院初次進(jìn)行人工膝關(guān)節(jié)置換手術(shù)的患者中隨機(jī)選取了30例為對照組，然后從使用3D打印技術(shù)置換膝關(guān)節(jié)手術(shù)的患者中選取30例作為實(shí)驗(yàn)組[1-3]。

為了對比分析3D打印技術(shù)在膝關(guān)節(jié)置換手術(shù)中應(yīng)用的好處，兩組一共60例患者的手術(shù)是由同一手術(shù)團(tuán)隊(duì)在同一手術(shù)環(huán)境中進(jìn)行的，手術(shù)過程中會排除一切其他不同的干擾。本次實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了3D打印技術(shù)在膝關(guān)節(jié)置換手術(shù)中的應(yīng)用，采用SPSS20.0統(tǒng)計(jì)軟件對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析。計(jì)量數(shù)據(jù)以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差（±s）表示，組間對比采用成組設(shè)計(jì)資料t檢驗(yàn)，組內(nèi)對比采用配對設(shè)計(jì)資料t檢驗(yàn)，檢驗(yàn)水準(zhǔn)α=0.05。

1.2 研究方法

根據(jù)物理模型數(shù)據(jù)逆向還原個(gè)體符合的手術(shù)截骨切模，將即將手術(shù)的截骨切模的STL文件復(fù)制到三維打印機(jī)中，采用切片軟件，對打印結(jié)構(gòu)再次進(jìn)行尺寸和外觀矯正確認(rèn)，通過快速成型打印出聚酰胺截骨切模實(shí)物。

患者保持仰臥位姿勢，全身麻醉后在膝關(guān)節(jié)前正中處切開皮膚，沿髕骨內(nèi)側(cè)、四頭肌腱至脛骨結(jié)節(jié)內(nèi)側(cè)處做一個(gè)弧形切口，打開關(guān)節(jié)囊及髕上囊，負(fù)壓吸凈囊內(nèi)黃色關(guān)節(jié)積液，屈膝90°髕骨外翻，清除周圍組織及骨贅，松解外側(cè)軟組織。在脛骨近端置入打印的脛骨近端切模，接觸面保證貼合良好，隨后沿切模進(jìn)行截骨，截骨角度及截骨量根據(jù)術(shù)前計(jì)算機(jī)計(jì)算結(jié)果決定，無需打開髓腔；準(zhǔn)確安裝放置試模及髁間截骨后，在脛骨近端打孔，用脈沖水槍灌注生理鹽水1 500～2 000 mL清洗膝關(guān)節(jié)，使用骨水泥將脛骨、股骨截骨面進(jìn)行鋪墊以安裝膝關(guān)節(jié)墊片及假體，保證整個(gè)手術(shù)過程測量力線良好，手術(shù)結(jié)束后留置負(fù)壓引流管，逐層縫合手術(shù)切口。

為了說明兩組實(shí)驗(yàn)對象采用不同方式進(jìn)行膝關(guān)節(jié)置換手術(shù)后的效果以及術(shù)前術(shù)后的生活質(zhì)量變化，特地選取了兩組實(shí)驗(yàn)患者膝關(guān)節(jié)置換手術(shù)前后的疼痛表現(xiàn)以及膝關(guān)節(jié)KSS得分情況進(jìn)行對比。通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，無論是常規(guī)的膝關(guān)節(jié)置換手術(shù)還是使用3D技術(shù)進(jìn)行的膝關(guān)節(jié)置換手術(shù)，都可以明顯改善患者的膝關(guān)節(jié)功能。對兩組患者術(shù)后一個(gè)月的恢復(fù)情況進(jìn)行膝關(guān)節(jié)KSS評分，發(fā)現(xiàn)膝關(guān)節(jié)KSS評分均高于手術(shù)之前。

1.3 兩組手術(shù)時(shí)間和手術(shù)出血量比較

這兩種方式的膝關(guān)節(jié)置換手術(shù)還有一個(gè)非常重要的影響因素就是手術(shù)的時(shí)間長度，手術(shù)時(shí)間越長患者的痛苦感以及感染的風(fēng)險(xiǎn)就越大，因此膝關(guān)節(jié)手術(shù)最好可以控制在一定的時(shí)間內(nèi)，而通過對比兩組患者的手術(shù)時(shí)間可以發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)組（3D打印組）患者手術(shù)時(shí)間明顯較短，并且兩組患者的差異性具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。兩種方式的膝關(guān)節(jié)置換手術(shù)中的出血量與術(shù)后的引流量總和有所不同，使用3D打印技術(shù)的膝關(guān)節(jié)置換手術(shù)，手術(shù)時(shí)間較短，因此出血量明顯少于常規(guī)膝關(guān)節(jié)置換術(shù)。兩組數(shù)據(jù)的差異性具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）[4-5]。具體情況比較如表1中所示。

表1 兩組手術(shù)時(shí)間以及出血量情況比較

1.4 兩組患者手術(shù)前后膝關(guān)節(jié)活動度比較

術(shù)前兩組患者膝關(guān)節(jié)活動范圍比較差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。術(shù)后兩周，兩組患者膝關(guān)節(jié)活動范圍均顯著提高（P＜0.05），但兩組間比較差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。兩組患者手術(shù)前后膝關(guān)節(jié)活動度比較如表2所示[6]。

表2 兩組患者手術(shù)前后膝關(guān)節(jié)活動度比較

1.5 兩組患者術(shù)后三個(gè)月恢復(fù)情況對比

手術(shù)三個(gè)月后兩組患者的膝關(guān)節(jié)功能都有較大改善。其中，經(jīng)過3D打印技術(shù)的膝關(guān)節(jié)置換手術(shù)治療的患者要比經(jīng)過常規(guī)方式的膝關(guān)節(jié)置換手術(shù)治療的患者的總體恢復(fù)情況好。使用t方式檢驗(yàn)兩組膝關(guān)節(jié)功能的相關(guān)性，兩者數(shù)據(jù)無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（t=1.432，P＞0.05）。兩組患者拆線后，切口愈合良好，并且經(jīng)過膝關(guān)節(jié)功能恢復(fù)訓(xùn)練后，膝關(guān)節(jié)功能恢復(fù)較好，兩組患者膝關(guān)節(jié)功能恢復(fù)并無明顯差異，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。兩組患者術(shù)后三個(gè)月恢復(fù)情況比較如表3所示。

表3 兩組患者術(shù)后三個(gè)月恢復(fù)情況比較

2 結(jié)論

采用保守方式治療嚴(yán)重膝關(guān)節(jié)炎的效果較差，采用膝關(guān)節(jié)置換手術(shù)是一種較好的治療驗(yàn)證膝關(guān)節(jié)炎的方式。使用3D打印技術(shù)進(jìn)行膝關(guān)節(jié)置換手術(shù)，可以在手術(shù)前為患者1∶1定制膝關(guān)節(jié)。3D打印技術(shù)根據(jù)患者Dicom影像學(xué)信息，建立三維模型測定股骨外翻及外旋角和脛骨平臺后傾角等數(shù)據(jù)，確定股骨遠(yuǎn)端和后髁截骨量以及脛骨近端截骨量和截骨角度，在復(fù)雜的膝關(guān)節(jié)手術(shù)過程中，術(shù)前將患者患處部分的數(shù)據(jù)進(jìn)行三維重建，建立物理模型和實(shí)現(xiàn)數(shù)模轉(zhuǎn)換，使手術(shù)更加精準(zhǔn)，完全匹配患者的患處部位，降低因?yàn)槭中g(shù)帶來的不適感和后遺癥。應(yīng)用3D打印技術(shù)術(shù)前可確定植入物的類型、大小和位置，有利于為術(shù)者制定個(gè)體化的手術(shù)方案，大大降低手術(shù)時(shí)長，減少手術(shù)中和手術(shù)后的出血總量，降低了患者因手術(shù)帶來的疼痛感，縮短了患者的恢復(fù)時(shí)間，因此3D打印技術(shù)在膝關(guān)節(jié)置換手術(shù)中的應(yīng)用臨床效果良好。

3 總結(jié)

這些年，隨著中國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，3D打印在醫(yī)療骨科方面的應(yīng)用給醫(yī)生治療骨科疾病帶來了新的思路和有效的解決方案。本研究結(jié)果顯示，應(yīng)用3D打印技術(shù)輔助膝關(guān)節(jié)手術(shù)的時(shí)間明顯短于對照組，手術(shù)出血量也顯著少于對照組，而術(shù)后兩周膝關(guān)節(jié)活動度及KSS膝關(guān)節(jié)功能評分與對照組比較差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，且未見明顯膝內(nèi)病發(fā)癥。表明3D打印技術(shù)輔助復(fù)雜膝關(guān)節(jié)置換術(shù)后療效好，為病人量身制作膝關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)，不僅降低了手術(shù)的風(fēng)險(xiǎn)，提高了膝關(guān)節(jié)的匹配度，還大大減少了膝關(guān)節(jié)手術(shù)的費(fèi)用，這正體現(xiàn)了科技服務(wù)于人類的思想，有很大推廣價(jià)值。由于3D打印技術(shù)為一個(gè)新生事物未能被普及，本研究納入樣本量較少，且未進(jìn)行長期效果觀察，因此本研究結(jié)果的可靠性還有待對大樣本進(jìn)行長期對照、研究來驗(yàn)證。