3D打印導(dǎo)板輔助前交叉韌帶重建術(shù)中骨隧道定位的準(zhǔn)確性

宋丹丹 黃成龍 陳剛 俞涵 徐紅偉*

前交叉韌帶（anterior cruciate ligaments，ACL）斷裂是常見(jiàn)的運(yùn)動(dòng)損傷［1-2］，主要治療方法是關(guān)節(jié)鏡下前交叉韌帶重建，長(zhǎng)期隨訪效果良好［3-4］。全球運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)研究已經(jīng)開始探索更加精確的前交叉韌帶重建方法［5-6］。由于個(gè)體發(fā)育狀況的不同，不同患者的前交叉韌帶骨隧道存在差異［7］。在前交叉韌帶的重建過(guò)程中，準(zhǔn)確確定前交叉韌帶的骨隧道解剖點(diǎn)并不容易，個(gè)體化的前交叉韌帶解剖重建尤為重要。目前，計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)在ACL重建精確定位中的臨床應(yīng)用鮮有報(bào)道。筆者根據(jù)患者術(shù)前影像學(xué)資料定制個(gè)體化3D打印定位導(dǎo)板，之后進(jìn)行關(guān)節(jié)鏡下韌帶重建術(shù)，開發(fā)了一種個(gè)性化三維打印導(dǎo)航模板用于ACL重建。本文旨在探討3D打印技術(shù)是否能夠通過(guò)提高ACL重建手術(shù)中骨隧道的定位精度進(jìn)而提高臨床療效，現(xiàn)報(bào)道如下。

1 資料與方法

1.1 臨床資料 收集2016年1月至2019年6月在本院關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)科確診的單側(cè)前交叉韌帶斷裂患者40例，按照隨機(jī)數(shù)字表法分為3D打印組與傳統(tǒng)手術(shù)組，每組各20例（膝）。兩組患者的一般資料比較，差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05），具有可比性。所有患者術(shù)前常規(guī)行膝關(guān)節(jié)正側(cè)位、屈膝90°位CT薄層掃描和MRI檢查，判斷是否存在其他合并損傷，手術(shù)由同一手術(shù)醫(yī)師組實(shí)施，前交叉韌帶重建替代者均采用自體股薄肌和（或）半腱肌，術(shù)后均接受關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)科的常規(guī)護(hù)理和康復(fù)訓(xùn)練。本研究經(jīng)醫(yī)院醫(yī)學(xué)倫理委員會(huì)批準(zhǔn)，所有患者簽署知情同意書。

表1 兩組的一般資料比較

1.2 3D打印前交叉韌帶定位導(dǎo)板制作 收集患者屈膝90°位膝關(guān)節(jié)CT薄層掃描檢查資料，根據(jù)公認(rèn)的前交叉韌帶的脛骨止點(diǎn)、股骨止點(diǎn)定位方法，使用Mimics 17.0確定前交叉韌帶脛骨、股骨側(cè)止點(diǎn)，合成導(dǎo)板模型，利用3D打印機(jī)（3DSL-450Hi）打印該導(dǎo)板模型，采用PLA材料完成經(jīng)脛骨隧道3D 打印前交叉韌帶定位導(dǎo)板制備。

1.3 手術(shù)方法 （1）3D打印組：關(guān)節(jié)鏡手術(shù)，患者平臥位，患側(cè)膝關(guān)節(jié)處于90°屈曲位。先行鏡下關(guān)節(jié)腔探查，確認(rèn)前交叉韌帶斷裂，清理韌帶殘端。通過(guò)髁間窩的形狀決定是否進(jìn)行髁間窩的成形。隧道制備：膝關(guān)節(jié)屈曲處于90°左右，將定位導(dǎo)板貼合膝關(guān)節(jié)皮膚，關(guān)節(jié)鏡監(jiān)視下通過(guò)導(dǎo)板內(nèi)側(cè)的導(dǎo)針孔直接打入定位導(dǎo)針，導(dǎo)針出脛骨髁間位置即為前交叉韌帶脛骨側(cè)關(guān)節(jié)內(nèi)出口，然后膝關(guān)節(jié)保持此姿勢(shì)，將導(dǎo)針進(jìn)一步打入，通過(guò)鏡下監(jiān)視查看是否滿足韌帶止點(diǎn)足印區(qū)重建的需求，如果無(wú)法完全滿足再進(jìn)行適當(dāng)?shù)那煜リP(guān)節(jié)，內(nèi)外翻以及內(nèi)外旋膝關(guān)節(jié)［6］，調(diào)整股骨隧道的精確定位點(diǎn)，將導(dǎo)針打入股骨直至穿透股骨外側(cè)皮質(zhì)，然后選取與移植物直徑一致的骨隧道鉆頭先后制作脛骨、股骨隧道。韌帶移植物置入：先行處理合并損傷，如半月板成形、半月板縫合等。合并損傷處理完成后，將制備的相應(yīng)大小的移植物拉入骨隧道，股骨側(cè)選取Tightrope懸吊鋼板固定，脛骨側(cè)采用羥基磷灰石擠壓螺釘擠壓固定。（2）傳統(tǒng)手術(shù)組：手術(shù)前準(zhǔn)備、關(guān)節(jié)腔探查及殘端清理同3D打印組。術(shù)者通過(guò)個(gè)人經(jīng)驗(yàn)通過(guò)前交叉韌帶導(dǎo)向器確定關(guān)節(jié)內(nèi)前交叉韌帶重建股骨和脛骨側(cè)隧道口定位點(diǎn)，先制備脛骨隧道，然后通過(guò)經(jīng)脛骨隧道定位技術(shù)確定股骨側(cè)隧道，采用與移植物直徑一致的骨隧道鉆頭制備骨隧道，移植物植入固定與合并損傷處理同3D打印組。兩組手術(shù)均由同一手術(shù)組完成。

1.4 評(píng)價(jià)指標(biāo) （1）手術(shù)時(shí)間；（2）術(shù)后脛骨隧道情況：采用Klos法，即通過(guò)膝關(guān)節(jié)X片測(cè)量隧道中點(diǎn)在脛骨前后徑上的相對(duì)位置，正常標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值為（46±3）%；（3）術(shù)后股骨隧道情況：采用Amis法，即通過(guò)在X片上做一與股骨外髁后方相重疊的同心圓，平行Blumensaat線畫經(jīng)過(guò)同心圓圓心的一條直線，測(cè)量股骨隧道的中心點(diǎn)在該直線上的相對(duì)位置，正常標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值為（61±5）%。（4）術(shù)后隨訪情況：術(shù)后1、3、6、12個(gè)月進(jìn)行門診隨訪，治療效果評(píng)價(jià)采用Lysholm及Tegner法。（5）手術(shù)前后患者的膝關(guān)節(jié)活動(dòng)范圍。（6）深靜脈血栓、感染等并發(fā)癥發(fā)生情況，有無(wú)移植物松動(dòng)或者移位。

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法 采用SPSS 25.0統(tǒng)計(jì)軟件。計(jì)量資料以（±s）表示，采用t檢驗(yàn)、秩和檢驗(yàn)或重復(fù)測(cè)量方差分析；計(jì)數(shù)資料以［n（%）］表示，采用χ2檢驗(yàn)。以P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

3D打印組平均手術(shù)時(shí)間為（52.9±3.8）min，傳統(tǒng)手術(shù)組為（66.3±4.5）min，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。兩組骨隧道準(zhǔn)確性評(píng)價(jià)：Amis法，3D打印組為（45.17±1.27）%，傳統(tǒng)手術(shù)組為（41.14±1.18）%；Klos法，3D打印組為（62.62±2.06）%，傳統(tǒng)手術(shù)組為（53.19±2.68）%；組間差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.001），可見(jiàn)3D打印組在股骨、脛骨隧道定位方面明顯優(yōu)于傳統(tǒng)手術(shù)組，更接近于解剖位置。術(shù)后隨訪，3D打印組的Lysholm評(píng)分由術(shù)前（57.06 ±3.76）分提高至術(shù)后（95.62 ±1.42）分，傳統(tǒng)手術(shù)組由術(shù)前（56.76 ±4.30）分提高至術(shù)后（96.33 ±1.51）分；3D打印組的Tegner評(píng)分由術(shù)前（3.47 ±0.43）分提高至術(shù)后（6.07±0.63）分，傳統(tǒng)手術(shù)組由術(shù)前（3.41 ±0.50）分提高至術(shù)后（5.92±0.58）分；兩組的Lysholm評(píng)分、Tegner評(píng)分比較，差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P=0.567）。3D打印組患者的膝關(guān)節(jié)活動(dòng)范圍在術(shù)前為（85.9±11.3）°，術(shù)后提高至（115.8±7.2）°，傳統(tǒng)手術(shù)組由（87.3±7.7）°提高至（120.9±9.5）°，差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P=0.367）。兩組患者均未出現(xiàn)深靜脈血栓、感染等并發(fā)癥，未有移植物松動(dòng)或者移位。

3 討論

作為前交叉韌帶損傷治療的最佳方法，準(zhǔn)確定位ACL解剖插入點(diǎn)是一項(xiàng)挑戰(zhàn)，骨科醫(yī)生主要通過(guò)關(guān)節(jié)鏡下可見(jiàn)的骨標(biāo)志物來(lái)定位，很難實(shí)現(xiàn)完美的前交叉韌帶解剖重建，可能導(dǎo)致手術(shù)失敗。已有研究者探索出精確定位ACL插入點(diǎn)的新方法，并發(fā)現(xiàn)使用熒光透視導(dǎo)航系統(tǒng)、激光定位系統(tǒng)或基于2D-3D配準(zhǔn)的重建導(dǎo)航系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)精確的骨隧道位置定位［8-9］。在手術(shù)操作過(guò)程中，由于關(guān)節(jié)鏡鏡頭視野的限制常常無(wú)法實(shí)現(xiàn)骨隧道的精準(zhǔn)定位，將直接影響植入物的術(shù)后環(huán)境，影響移植物的存活壽命，甚至導(dǎo)致重建手術(shù)的失敗，故而術(shù)中準(zhǔn)確的骨隧道定位以及術(shù)后精準(zhǔn)的測(cè)量尤為關(guān)鍵［10］。

本研究根據(jù)不同患者影像學(xué)檢查結(jié)果個(gè)性化定制3D打印導(dǎo)板，輔助韌帶重建術(shù)中骨隧道定位。傳統(tǒng)經(jīng)脛骨隧道定位完全依賴手術(shù)醫(yī)師個(gè)人經(jīng)驗(yàn)，從而無(wú)法尊重患者個(gè)體差異。而3D 打印定位導(dǎo)板可以根據(jù)患者的脛骨與股骨解剖結(jié)構(gòu)、足跡區(qū)等進(jìn)行綜合分析，完全依據(jù)患者的個(gè)體特征建立通道，使隧道位置更近解剖位［11］，對(duì)患者術(shù)后膝關(guān)節(jié)功能的恢復(fù)與傳統(tǒng)手術(shù)無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。本研究結(jié)果顯示，3D 打印組具備解剖優(yōu)越性，并可以獲得與傳統(tǒng)手術(shù)相近的手術(shù)效果。傳統(tǒng)組的股骨隧道位置較淺、較低，脛骨隧道位置更靠近脛骨平臺(tái)的前邊緣和內(nèi)側(cè)邊緣。從結(jié)果來(lái)看，采用3D打印導(dǎo)板輔助前交叉韌帶重建術(shù)隧道位置優(yōu)于傳統(tǒng)手術(shù)組，更接近解剖重建。術(shù)后隨訪，兩組的手術(shù)效果具有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P＜0.05），兩組的Lysholm評(píng)分和Tegner評(píng)分均表明患者膝關(guān)節(jié)功能恢復(fù)良好，隨訪期間均未出現(xiàn)有限的膝關(guān)節(jié)伸展，可間接表明移植物未與髁間切跡碰撞，重建的骨隧道位置良好。此外，實(shí)驗(yàn)組無(wú)切口腫脹、感染或其他不適的報(bào)告，表明本研究中用于模板的PLA材料可以安全地用于臨床。

本研究存在的不足：3D打印導(dǎo)板仍然是根據(jù)Amis法確定股骨隧道，依據(jù)Klos方法確定脛骨隧道，并完全根據(jù)不同患者的解剖結(jié)構(gòu)進(jìn)行個(gè)體化定制。未來(lái)還需進(jìn)一步完善定制流程及標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)而形成完整的定制體系，根據(jù)患者前交叉韌帶的走行及解剖數(shù)據(jù)，進(jìn)行計(jì)算機(jī)建模并利用3D打印機(jī)制作，真正做到個(gè)體化。術(shù)后3D打印導(dǎo)板組和傳統(tǒng)手術(shù)組的結(jié)果評(píng)價(jià)，單純依據(jù)臨床膝關(guān)節(jié)功能評(píng)分較為簡(jiǎn)單，缺乏其他術(shù)后評(píng)價(jià)指標(biāo)，后期可以增加術(shù)后CT檢查等影像學(xué)指標(biāo)來(lái)評(píng)價(jià)術(shù)后隧道的合理性、準(zhǔn)確性，進(jìn)一步完善評(píng)價(jià)體系。

綜上所述，3D打印導(dǎo)板相較于傳統(tǒng)的經(jīng)脛骨隧道定位法可以顯著提高隧道定位的準(zhǔn)確性，手術(shù)安全、結(jié)果滿意，且操作流程簡(jiǎn)便，可以在基層醫(yī)院推廣應(yīng)用。