3D打印技術在全膝關節置換術中的應用及對患者膝關節活動度、HSS評分、下肢力線的影響研究

劉二龍，宋 楹

陜西省銅川市人民醫院(銅川727100)

全膝關節置換術(Total knee arthroplasty，TKA)是現階段臨床用于治療膝關節疾病的手術方式，具有效果顯著、安全性高的特點，且能夠極大的提高患者的生活質量[1-2]。而近幾年，隨著臨床醫學技術的發展，大量臨床實例發現TKA手術雖能夠取得良好效果，但部分術前設計因為差錯，極易導致手術創傷出現、術后假體松動不穩、安放不當以及下肢力線不良等，不僅危害了患者身心健康，還在極大程度上對醫院的聲譽造成影響。為此，如何提高TKA手術效果是目前臨床面臨的主要問題[3]。針對此有學者提出應用計算機輔助可有效的提高手術效果。基于此，本次研究將3D打印技術用于TKA手術中，并對其效果進行分析，現報告如下。

資料與方法

1 一般資料 將就診于我院且實施TKA手術治療的80例患者進行隨機分組。其中，觀察組40例，男22例，女18例，年齡49～71歲，平均年齡(58.61±2.74)歲，疾病類型：膝關節炎28例，類風濕性關節炎12例，術前HSS評分(41.06±4.06)分；對照組40例，男24例，女16例，年齡50～72歲，平均年齡(58.72±2.78)歲，疾病類型：膝關節炎29例，類風濕性關節炎11例，術前HSS評分(41.14±4.10)分。兩組年齡、性別等一般資料對比差異無統計學意義(P>0.05)。納入標準[4]：①符合TKA手術指征且依從性良好；②同意參與研究且已獲我院倫理委員會同意；③資料完整且既往無TKA手術史；④精神意識狀態良好。排除標準：①凝血障礙或其他免疫功能障礙；②嚴重精神性疾病或交流障礙；③合并手術禁忌證或耐受性差；④拒絕參與研究；⑤資料缺失或中途退出者。

2 治療方法 ①對照組采用常規TKA手術治療，即根據臨床經驗，常規打開患者股骨髓腔進行定位，并將股骨遠端截骨器和截骨模具進行截骨，手術暴露方式以脛骨髓外定位法，將截骨器用于脛骨平臺進行操作以及安裝假體。術后對患者伸直屈曲間隙進行測量，使用脈沖式槍對膝關節進行沖洗，假體采用骨水泥固定，并常規安裝墊片。由專業的醫護人員對力線情況進行檢查，確認無誤后放置負壓引流管，完成后逐層縫合組織，術后以抗生素常規抗感染，并于48 h后拔除引流管并指導患者進行簡單的功能訓練。②觀察組在TKA術中以3D打印技術進行輔助治療，具體方法為：術前由專業的護理人員對患者肺功能、凝血功能和心電圖等進行檢查，評估患者身體狀況以及是否存在手術禁忌證等，并以X和CT對膝關節進行掃描，根據掃描檢查結果以計算機進行三維建模，同時利用相關軟件對股骨外翻角、脛骨平臺后傾角和外旋角等進行計算，派遣臨床手術經驗豐富且具備高度責任心的手術醫師進行術前策劃，確定TKA術中所需的股骨和脛骨假體大小、形狀等，并再次確定股骨遠端、脛骨近端和后髁截骨角度和截骨量等。手術方案制定完成之后，根據計算機留存數據設計針對性的手術截骨切模，并將截骨切模數字文件傳輸至3D打印機，通過快速成型技術將聚酰胺截骨切模實物進行打印。術中患者取仰臥位，行全身麻醉，并沿膝關節前正中方向做一5～8 cm切口，逐層切開皮下組織后，沿髕骨內側和四頭肌腱到脛骨結節內側做一弧形切口，常規打開關節囊，以負壓吸引將關節囊內黃色關節積液吸凈。完成后，將患者膝關節屈曲90°保證髕骨外翻，將周圍殘留物和骨贅等進行清理。于脛骨近端裝填事先準備好的脛骨近端切模，保證二者貼合面良好，然后按照切模方向進行截骨，其截骨角度按照實現以計算機計算得出的結果進行，在此過程無需將患者髓腔打開。待切模安置完成且截骨后，對脛骨近端進行打孔，并使用生理鹽水采用脈沖水槍進行清潔，完成后使用骨水泥固定截骨面并安置墊片和假體，術后留置引流管并縫合切口，引流管拆除時間、抗感染方式以及早期康復訓練方式等同對照組。

3 觀察指標 ①記錄兩組手術指標(手術時間、術中出血量和住院時間)變化；②于患者手術治療前1周和后1周測量兩組膝關節活動度以及下肢力線角度(脛骨機械軸和股骨之間的夾角)[5]；③于兩組術前、術后1周和術后3個月采用膝關節HSS評分[6]對兩組膝關節功能恢復情況進行評價，包括屈曲度、運動功能、疼痛和活動度，總分100分，得分越高表示其關節活動度越好；④記錄術后并發癥的發生情況，包括出血、感染和關節腫痛等。

結 果

1 手術指標變化 觀察組手術時間和術中出血量低于對照組(P<0.05)；兩組住院時間對比無統計學差異(P>0.05)。見表1。

表1 兩組手術指標對比

2 膝關節活動度和下肢力線變化 兩組術前1周膝關節活動度和下肢力線變化對比無統計學差異(P>0.05)；術后1周兩組膝關節活動度均有所提高且下肢力線降低(P<0.05)；觀察組術后1周膝關節活動度高于對照組且下肢力線低于對照組(P<0.05)。見表2。

3 膝關節HSS評分 術前1周兩組膝關節HSS評分對比無統計學差異(P>0.05)；術后1周和術后3個月兩組HSS評分均有所提高且觀察組HSS評分高于對照組(P<0.05)。見表3。

表2 兩組膝關節活動度和下肢力線變化對比(°)

表3 兩組膝關節HSS評分對比(分)

4 并發癥 兩組并發癥發生率對比無統計學差異(P>0.05)，見表4。

表4 兩組并發癥對比[例(%)]

討 論

膝關節疾病是目前臨床較為常見的疾病之一。近幾年，隨著年齡的增加以社會工作壓力的增大，膝關節疾病發生機率呈現逐年上升趨勢，對患者身心健康造成嚴重危害[7-8]。TKA是近代治療膝關節疾病的新型技術，可直接根除晚期膝關節疼痛，對于提高患者生活質量有重要意義。但長期實踐發現，TKA手術仍具備一定缺陷[9]。為此，為進一步提高臨床手術效果，本次研究將3D打印技術輔助用于其中，并對其價值和效果展開分析。

本次研究結果發現，以3D打印技術輔助手術治療相較于傳統TKA手術治療能夠極大的縮短手術時間和減少患者術中出血量。分析其原因發現，傳統TKA手術主要是依據臨床醫師經驗，并依靠術前影像學資料等初步估計手術操作流程和方式，但對于病變嚴重程度或者術中解剖變異等問題缺乏客觀和量化的認識，進而導致其手術操作流程較為復雜，且容易受多種因素影響，甚至還會增加手術風險的發生幾率[10]。既往研究發現，部分臨床手術經驗豐富的關節外科醫師及時采用TKA手術治療，其取得的下肢力線，最大誤差仍會超過3°[11]。而3D打印技術完全依賴于計算機導航輔助，其在手術時間和術中出血量上完全勝過傳統TKA手術[12-13]。其主要原因是因為計算機計算準確率以及獲取圖像更為準確，而醫師術前通過計算機輔助可以明確的了解患者病變程度以及位置和大小等，對于早期醫師制定手術計劃有著重要意義，而正確的手術方案可以極大的減少手術時間且避免因為創傷較大而增加患者出血的概率[14]。

本次研究結果顯示，觀察組術后1周膝關節活動度高于對照組且下肢力線低于對照組(P<0.05)；術后1周和術后3個月兩組HSS評分均有所提高且觀察組HSS評分高于對照組(P<0.05)。對其原因進行分析發現，3D打印技術是基于計算機原始數據導入的醫用設計軟件，其原理是將所得結果制作成數字文件并傳輸進3D打印機，然后將材料打印成所需要的實物模型，目前3D打印技術已被廣泛應用于骨科領域，包括術前方案的設計以及術中輔助手術操作等[15]。而近幾年，隨著計算機科學和影響技術的發展，TKA手術方案逐漸優化，以3D打印技術進行輔助可以提前根據患者自身解剖特點進行膝關節模型三維重建，并且還能反復在電腦上打印和進行虛擬手術演練，對于提高手術方案設計質量以及早期選擇假體、糾正下肢力線和了解截骨量，預估手術結果等有重要價值[16]。既往劉金輝等[17]人針對3D打印技術在全膝關節置換術中的應用價值展開分析發現，在TKA術前以3D打印技術進行輔助，可以極大的改善患者膝關節活動度以及下肢力線。其研究結果和本次研究結果相符，進一步說明3D打印技術輔助TKA手術具有重要價值。

本次研究發現，兩組術后并發癥發生率對比無統計學差異(P>0.05)。分析其原因發現，TKA本身在治療膝關節疾病中就具有極高的安全性，而觀察組中以3D打印技術進行輔助，利用計算機科學技術可以提高術前手術方案制定的效率和質量，而在此基礎上通過更為完善的手術方案還能進一步的提高手術的安全性，降低手術風險發生[18-19]。綜上所述，將3D打印技術用于TKA術中效果顯著，安全性高，值得進一步推廣應用。