定制3D打印切模輔助膝關(guān)節(jié)置換術(shù)臨床分析

劉峰 張勇 任靜 趙愛彬 呂曉峰 朱庭標(biāo)

定制3D打印切模輔助膝關(guān)節(jié)置換術(shù)臨床分析

劉峰 張勇 任靜 趙愛彬 呂曉峰 朱庭標(biāo)

目的 膝關(guān)節(jié)置換手術(shù)(TKA)在定制3D打印切模輔助下完成并做初步分析。方法 在定制3D打印切模輔助下, 對(duì)12例(切模輔助組)患者15膝行膝關(guān)節(jié)置換手術(shù)；再選取12例(對(duì)照組)患者14膝行傳統(tǒng)膝關(guān)節(jié)置換手術(shù)。結(jié)果 手術(shù)時(shí)間、術(shù)中出血量、術(shù)后引流量、術(shù)后3個(gè)月HHS評(píng)分切模輔助組與對(duì)照組相比差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.05), 影像學(xué)評(píng)估股骨和脛骨機(jī)械軸的夾角(MFTA)、矢狀位脛骨后傾角(SCTA)差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.05)。結(jié)論 定制3D打印切模輔助膝關(guān)節(jié)置換術(shù)具有個(gè)體化、精準(zhǔn)化、數(shù)字化、手術(shù)時(shí)間短、創(chuàng)傷小等優(yōu)點(diǎn), 可以對(duì)膝關(guān)節(jié)置換起到良好的輔助作用。

膝關(guān)節(jié)置換；3D打印；模具

膝關(guān)節(jié)置換術(shù)(total knee arthroplasty, TKA)是迄今為止治療膝關(guān)節(jié)炎病變最為成功的手術(shù)方式之一。傳統(tǒng)的膝關(guān)節(jié)置換手術(shù)器械復(fù)雜、手術(shù)步驟繁瑣, 手術(shù)需要術(shù)者根據(jù)大量的骨性標(biāo)志進(jìn)行截骨。若術(shù)者對(duì)器械使用不熟練、對(duì)膝關(guān)節(jié)的變形認(rèn)識(shí)不足, 會(huì)導(dǎo)致截骨不當(dāng)、脛骨上端后側(cè)皮質(zhì)穿孔、假體松動(dòng)等并發(fā)癥［1］。即使經(jīng)驗(yàn)豐富的醫(yī)師, 在髓內(nèi)外定位器幫助下僅憑肉眼和手術(shù)經(jīng)驗(yàn)判斷術(shù)中截骨、假體的擺放位置及軟組織平衡, 也可能會(huì)導(dǎo)致手術(shù)失敗。術(shù)中需要安裝髓內(nèi)定位桿等定位工具, 增加了失血量及發(fā)生脂肪栓塞的風(fēng)險(xiǎn)。2013年10月～2014年2月在定制3D打印切模輔助下, 作者對(duì)12例患者15膝行膝關(guān)節(jié)置換手術(shù)。現(xiàn)報(bào)告如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料

1.1.1 切模輔助組 2013年10月～2014年2月在定制3D打印切模輔助下, 對(duì)12位患者15膝行膝關(guān)節(jié)置換手術(shù)。女10例, 男2例, 其中3例患者一期行雙膝關(guān)節(jié)置換術(shù)；所有患者為初次手術(shù)；年齡68～73歲, 平均67.7歲；術(shù)前HSS改良評(píng)分為38～49分, 平均44分。

1.1.2 對(duì)照組 隨機(jī)抽選2013～2014年間行傳統(tǒng)膝關(guān)節(jié)置換手術(shù)12例患者14膝作為對(duì)照組。女11例, 男1例, 其中2例患者一期行雙膝關(guān)節(jié)置換術(shù)；所有患者為初次手術(shù)；年齡65～72歲, 平均65.7歲；術(shù)前HSS改良評(píng)分為39～52分,平均46分。切模輔助組與對(duì)照組均由同一醫(yī)師組完成。

1.2 治療方法

1.2.1 切模輔助組 術(shù)前用患者的膝關(guān)節(jié)CT掃描數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算機(jī)三維建模, 利用CAD(計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì))軟件對(duì)患者解剖結(jié)構(gòu)進(jìn)行測(cè)量并進(jìn)行手術(shù)策劃, 根據(jù)建模數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)個(gè)體化的手術(shù)截骨切模。將定制的手術(shù)截骨切模數(shù)字文件傳輸?shù)?D打印機(jī)中, 利用快速成型技術(shù)打印出實(shí)體的截骨切模。

手術(shù)過程：麻醉生效后, 取膝關(guān)節(jié)前正中皮膚切口, 沿股四頭肌腱、髕骨內(nèi)側(cè)緣至脛骨結(jié)節(jié)內(nèi)側(cè)弧形切開髕上囊及關(guān)節(jié)囊, 關(guān)節(jié)液呈黃色, 吸干積液, 將髕骨向外側(cè)翻轉(zhuǎn), 屈膝90°, 切除增生的滑膜組織、前交叉韌帶、內(nèi)外側(cè)半月板, 清除髕骨增生的骨贅, 松解外側(cè)軟組織。將脛骨近端切模安裝在脛骨近端, 保證切模接觸面與脛骨近端骨質(zhì)良好貼合, 沿切模對(duì)脛骨近端進(jìn)行截骨。清除股骨周圍的骨贅, 安裝股骨切模, 保證貼合, 在切模導(dǎo)航下對(duì)股骨進(jìn)行外翻截骨, 并確定四合一截骨模塊的安放位置, 安裝截骨模塊, 對(duì)股骨前髁、后髁、前斜角、后斜角進(jìn)行截骨, 放置試模, 在其引導(dǎo)下進(jìn)行髁間截骨。對(duì)脛骨近端進(jìn)行打孔, 脈沖式?jīng)_洗約1500 ml生理鹽水, 吸干。股骨、脛骨截骨面鋪墊骨水泥, 安裝膝關(guān)節(jié)假體及墊片, 術(shù)中測(cè)量力線良好, 放置負(fù)壓引流管, 逐層縫合切口, 見圖1～4。

圖1 術(shù)前策劃及切模設(shè)計(jì)

圖2 定制切模

圖3 術(shù)中切模安裝

圖4 術(shù)后復(fù)查X線片

1.2.2 對(duì)照組 采用標(biāo)準(zhǔn)全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)。

1.3 療效評(píng)估 記錄所有病例手術(shù)時(shí)間、術(shù)中出血量、術(shù)后引流量、術(shù)后3個(gè)月HSS評(píng)分。影像學(xué)測(cè)量評(píng)估：股骨和脛骨機(jī)械軸的夾角(MFTA)；冠狀位股骨解剖軸和股骨髁切線的夾角(LDFA)；冠狀位脛骨解剖軸和脛骨平臺(tái)切線的夾角(MPTA)；矢狀位脛骨后傾角(STCA)。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法 采用SPSS10.0軟件對(duì)所得數(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表示差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

所有病例術(shù)后隨訪, 手術(shù)時(shí)間、術(shù)中出血量、術(shù)后引流量、術(shù)后3個(gè)月評(píng)分見表1。術(shù)后影像學(xué)評(píng)估情況見表2。療效評(píng)估情況、手術(shù)時(shí)間、術(shù)中出血、術(shù)后引流量及術(shù)后HSS評(píng)分差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.05)。影像學(xué)評(píng)估MFTA、SCTA差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.05)。

表1 兩組療效評(píng)估情況( x-±s)

注：兩組比較,aP＜0.05

表2 兩組術(shù)后影像學(xué)評(píng)估( x-±s)

3 討論

3.1 3D打印技術(shù)又稱為快速成型技術(shù), 它可以將計(jì)算機(jī)中設(shè)計(jì)的各種復(fù)雜的產(chǎn)品通過“增材技術(shù)”一次制造成形。人們已經(jīng)利用3D打印技術(shù)成功制造出飛機(jī)、手槍、汽車和各種其設(shè)計(jì)的復(fù)雜產(chǎn)品。在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域, 3D打印技術(shù)制作的人造骨骼已經(jīng)成功應(yīng)用于臨床。隨著該技術(shù)的不斷發(fā)展, 3D打印技術(shù)使人造器官變成可能, 可以說3D打印技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域有著十分廣闊的應(yīng)用前景。

3.2 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)和3D打印技術(shù)的飛速發(fā)展, 使臨床根據(jù)患者解剖結(jié)構(gòu)進(jìn)行定制工具、假體成為可能。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)可以在計(jì)算機(jī)中對(duì)患者的解剖結(jié)構(gòu)進(jìn)行三維建模, 利用所建立的模具可以進(jìn)行結(jié)構(gòu)測(cè)量、術(shù)前策劃、工具設(shè)計(jì)、甚至假體的個(gè)性化設(shè)計(jì)。而3D打印技術(shù)可以將計(jì)算機(jī)中的三維模型、工具或假體等結(jié)構(gòu)復(fù)雜的數(shù)字文件生產(chǎn)為實(shí)物, 為臨床醫(yī)師使用［2］。

3.3 傳統(tǒng)TKA手術(shù), 醫(yī)生依靠自身的臨床經(jīng)驗(yàn)及術(shù)中髓內(nèi)外定位裝置決定手術(shù)操作, 術(shù)中截骨的角度及量、假體大小的選擇、旋轉(zhuǎn)的角度、軟組織松緊的掌控均由術(shù)者的主觀判斷決定。由于缺乏客觀、量化手術(shù)設(shè)計(jì), 給術(shù)中進(jìn)行精確的定位截骨、假體選擇及假體的擺放帶來了較大的困難, 而超過半數(shù)早期失敗的病例與術(shù)中假體擺放不當(dāng)、力線不合適有關(guān)［3,4］。傳統(tǒng)手術(shù)截骨導(dǎo)向器設(shè)定的截骨角度僅有約75%的患者符合, 而25%的患者的角度與設(shè)定角度平均數(shù)相差較大,尤其是嚴(yán)重膝關(guān)節(jié)內(nèi)外翻及軟骨完全喪失者［5］。全膝關(guān)節(jié)置換手術(shù)中截骨是手術(shù)的核心, 術(shù)中是否能夠正確的解剖定位及熟練應(yīng)用截骨技術(shù)是手術(shù)成功的關(guān)鍵。手術(shù)所用的定制切模, 是將患者的CT資料傳輸?shù)接?jì)算機(jī)中, 利用CAD(計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì))軟件對(duì)患者的解剖結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模, 在計(jì)算機(jī)中對(duì)解剖模型進(jìn)行測(cè)量、術(shù)前計(jì)劃并設(shè)計(jì)出個(gè)性化的截骨切模。利用3D打印機(jī)將截骨切模數(shù)字文件打印成為實(shí)物。手術(shù)時(shí),利用事先制作好的切模對(duì)股骨及脛骨進(jìn)行截骨并使用適合患者個(gè)體的膝關(guān)節(jié)假體, 術(shù)中截骨完全是按照患者自身的解剖特點(diǎn)進(jìn)行, 而不是傳統(tǒng)手術(shù)預(yù)設(shè)好的角度, 使得下肢的機(jī)械軸線得到更好的恢復(fù), 假體安裝位置更為準(zhǔn)確, 獲得更佳的軟組織平衡。

3.4 傳統(tǒng)手術(shù)利用髓內(nèi)外定位導(dǎo)向裝置進(jìn)行定位截骨, 術(shù)中需要打開股骨髓腔進(jìn)行定位,髓內(nèi)定位不可避免存在一定的誤差［6］。定制切模, 術(shù)中安裝簡(jiǎn)單, 無需安裝定位器, 能明顯減少術(shù)中出血量并能減少循環(huán)系統(tǒng)栓子的形成, 可減少心肺腦栓塞等并發(fā)癥的發(fā)生。

綜上所述, 定制3D打印切模輔助手術(shù)技術(shù)具有個(gè)體化、精準(zhǔn)化、數(shù)字化、手術(shù)時(shí)間短、創(chuàng)傷小等優(yōu)點(diǎn), 但術(shù)中操作仍需以醫(yī)生判斷為主, 避免由于計(jì)算機(jī)操作失誤導(dǎo)致手術(shù)失敗。另外該技術(shù)學(xué)習(xí)周期長(zhǎng), 需要有較高水平的醫(yī)生同時(shí)掌握一定的CAD軟件操作技能、軟件及3D打印機(jī)價(jià)格昂貴、術(shù)前定制需要一定的時(shí)間是該技術(shù)存在的不足。

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Clinical analysis of customized 3D printing mold assisted total knee placement

LIU Feng, ZHANG Yong, REN Jing, et al.
Qujing Frist People's Hospital, Qujing 655000, China

Objective To analyze effect of customized 3D printing mold assisted total knee placement(TKP).Methods Aided by customized 3D printing mold, 12 patients in mold assisted group were treated with customized 3D printing mold total knee placement, 12 patients in control gorup were treated with traditional total knee placement.Results There were statistically significant diffierences in operation time, blood loss, HHS Score, MFTA, SCTA between two goups.Conclusion Customized 3D printing mold plays a good role in TKA .

Total knee placement; 3D Printing; Mold

2014-04-14］

655000 云南省曲靖市第一人民醫(yī)院骨科

劉峰