3D打印技術在人工膝關節置換術中的應用價值研究

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

3D打印技術在人工膝關節置換術中的應用價值研究

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

目的探討3D打印技術在人工膝關節置換術中的應用價值。方法對2015年1月至2016年6月焦作市第二人民醫院骨三科收治的40例行單側人工膝關節置換術患者的臨床資料進行回顧性分析，根據治療方案不同分為傳統手術組和3D打印組，各20例。比較兩組患者手術時間、總出血量、下肢力線偏差、術后6個月紐約特種外科醫院(HSS)膝關節評分。結果3D打印組患者手術時間短于傳統手術組，總出血量少于傳統手術組，下肢力線殘差小于傳統手術組，術后HSS膝關節評分高于傳統手術組，差異有統計學意義(P均<0.05)。結論采用3D打印技術輔助行人工膝關節置換術，治療效果好，可有效縮短手術時間、減少總出血量，顯著改善下肢力線。

膝關節置換術；3D打印技術；療效

膝關節置換術是臨床治療嚴重膝骨關節疾病的切實有效方法，適用于嚴重的膝關節疼痛、不穩、畸形、日常生活活動嚴重障礙，經過保守治療無效或效果不顯著的患者，能夠有效恢復患者下肢力線，顯著緩解患者疼痛、活動受限等癥狀[1]。精確的下肢力線是人工膝關節置換術的關鍵所在，傳統的定位法主要依賴術者經驗，易出現較大誤差。3D打印技術輔助人工膝關節置換術主要是通過術前行CT檢查精確測量下肢力線，重建股骨髁及脛骨平臺，并設計和制作相應的截骨模具，使得截骨更加精確，進而獲得更好的生物學力線，提高患者術后恢復效果，現已成功應用于臨床并獲得骨科醫師及患者的認可[2]。本研究通過回顧性分析接受不同手術方案行單側人工膝關節置換術患者的臨床資料，旨在探討3D打印技術在人工膝關節置換術中的應用價值。

1 資料與方法

1.1一般資料對2015年1月至2016年6月焦作市第二人民醫院骨三科收治的40例行單側人工膝關節置換術患者的臨床資料進行回顧性分析。納入標準：①原發單側膝關節重度骨性關節炎[紐約特種外科醫院(hospital for special surgery knee score，HSS)膝關節評分<60分]；②既往無膝關節手術史；③膝關節無嚴重的內外翻畸形及骨缺損；④髕骨活動良好，無明顯畸形；⑤同側髖關節無僵直及脫位；⑥無嚴重內科疾病及重度骨質疏松。排除條件：術后功能鍛煉依從性不佳者(排除術后人為因素)。40例患者中男27例，女13例；年齡為60～78歲，平均(68.5±4.9)歲；行左側膝關節置換術22例，右側18例；發病時間為3～15 a，平均(8.9±3.1)a。根據患者手術方式不同分為3D手術組和傳統手術組，各20例，兩組患者一般資料比較，差異無統計學意義(P>0.05)。3D打印模型由河南理工大學骨科研究所提供技術支持，所采用手術器械及膝關節假體均為同一品牌。

1.2治療方法所有手術均由同一術者主刀并由同一治療組醫師完成。

1.2.1手術方法 傳統手術組患者接受連續硬膜外麻醉，仰臥體位，術前大腿根部預置止血帶，常規消毒鋪巾；取患膝關節前正中切口，打開關節腔后常規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外翻 5°定位進行截骨，截骨平面垂直于股骨機械軸；脛骨平臺采用髓外定位后傾3°進行截骨，處理髁間并去除膝關節后方骨贅，測量安裝試模，評估軟組織情況，并行相應的軟組織松解；大量生理鹽水沖洗后，安裝膝關節假體，沖洗并清除殘留骨水泥，根據術中情況修整髕骨，但不做髕骨置換；常規放置引流管逐層閉合手術切口，術后厚棉墊加壓包扎。3D打印組患者術前行雙下肢全長及患膝CT掃描，獲取數據，計算機模擬分析下肢力線并確定截骨量，個體化設計截骨模具，采用3D打印技術重建1∶1膝關節假體模型，并打印截骨模具；截骨時以模具3個定位接觸面為參考，在股骨髁及脛骨平臺相應位置，以刮勺刮除局部軟骨(由于CT數據不能顯示軟骨，放置截骨模具時需刮除接觸部位軟骨層)，安裝固定截骨模具后進行股骨髁及脛骨平臺截骨，余操作同常規手術。見圖1。

A：術前CT下肢力線；B：3D打印模型和截骨模具；C：術后X線片；D：術中模具定位。

圖13D打印技術在人工關節置換術中的應用圖解

1.2.2術后處理 術后囑患者抬高患肢，常規應用止痛藥物，預防性使用抗生素72 h，術后第2天開始使用低分子肝素抗凝治療，術后48 h拔除引流管，并記錄總引流量；術后第1、3、7天復查血常規、生化，根據實驗室檢查結果給予患者補液等對癥支持治療。術后即開始行股四頭肌收縮及踝泵功能鍛煉，術后第3天給予患者CPM機輔助功能鍛煉，術后第4天指導患者在助行器輔助下下地行走，復查膝關節X線片，并做CT下肢全長片以了解假體位置并評價下肢力線情況；術后2周切口愈合拆線即可出院；術后第1、2、3、6個月定期來院復查，了解患者恢復情況并給予其功能鍛煉指導。

1.3觀察指標統計兩組患者手術時間、總出血量(術中出血量+術后引流量)，術后第6個月HSS膝關節評分，并根據影像學評估下肢力線情況。

2 結果

3D打印組患者手術時間短于傳統手術組，總出血量少于傳統手術組，下肢力線殘差小于傳統手術組，術后HSS膝關節評分高于傳統手術組，差異均有統計學意義(P<0.05)。見表1。

3 討論

有研究表明，人工膝關節置換術的遠期療效與下肢力線的偏差密切相關，下肢力線誤差大于3°極易出現膝關節受力不均，導致人工膝關節早期出現松動，關節功能不良[3]。下肢力線的恢復主要取決于準確的截骨和精確的軟組織平衡，傳統手術主要依靠解剖結構進行髓內機械定位，術中截骨量、角度、假體型號選擇及軟組織松解與術者經驗有一定關系，尤其是對于膝關節嚴重內外翻畸形及股骨發育畸形或骨折畸形愈合患者，由于缺乏常規髓內機械定位做參考，導致術中更易出現下肢力線偏差[4-5]。臨床通過對患者遠期效果觀察發現，微小的下肢力線偏差即可導致假體的磨損加快，影響假體使用壽命[6]。因此，傳統的手術方法已不能完全滿足手術需要，患者個體化的治療已成為現代醫學發展的需要。

表1 兩組患者手術相關指標水平比較

3D打印技術的出現，給人工膝關節置換術提供了新的革新[7]。術前可通過行雙下肢CT掃描，根據患者病情不同，重建膝關節1∶1的三維模型，根據下肢力線及膝關節軟骨磨損情況，為患者設計截骨平面并制作股骨、脛骨及髁間截骨器以進行個體化精確截骨。本研究結果提示，與傳統膝關節置換術相比，3D人工膝關節置換術可行個體化設計，在力線恢復及截骨量控制方面更為精確，臨床效果更好，手術所需時間更短，力線偏差更小，術后隨訪患者膝關節功能恢復良好。但通過觀察術中操作過程發現，雖然截骨模具設計有3個接觸面與截骨區相對應以便定位放置，但刮除骨面軟骨并放置截骨模具仍需術者依據經驗，參考模型解剖結構進行大致定位，缺乏客觀的指標精確定位，由此引起的人為偏差客觀上是存在的，并和術者經驗密切相關。因此，雖然采用3D打印技術輔助行人工膝關節置換術，治療效果好，可有效縮短手術時間、減少總出血量，顯著改善下肢力線，但在模具安放定位設計方面仍有一定不足之處，如果能加以改進，將能使該技術的精確性得到進一步提高。

[1] 朱廣偉.膝骨性關節炎雙側同期全膝關節置換和單側膝關節置換的療效對比[J].河南醫學研究,2016,25(4):736-737.

[2] 陳國仙,李國山,林宗錦,等.3-D打印技術輔助脛骨高位截骨術治療膝內翻畸形骨關節炎的療效觀察[J].中國修復重建外科雜志,2016(4):407-411.

[3] 薛小華,許建中.術前膝關節活動度對TKA術后關節功能的影響[J].河南醫學研究,2014,23(2):98-100.

[4] 李桓毅,劉方剛,陳建民,等.計算機導航下全膝關節置換截骨的精確度比較[J].中國矯形外科雜志,2011,19(9):731-733.

[5] 王戟森,陳堅鋒,潘耀成,等.人工膝關節置換術中的脛骨平臺后傾角[J].中國矯形外科雜志,2016,24(9):826-831.

[6] 閆祥甲,李彥林,肖渝,等.三維數字化技術在膝關節置換中的應用[J].中國修復重建外科雜志,2016,(10):1306-1310.

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

R 684.3

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

2017-02-17)