3D打印截骨導板在人工全膝關節置換術中的臨床應用研究

安貴峰 王明月

【摘要】 目的 探討3D 打印截骨導板在人工全膝關節置換（TKA）術中的臨床效果和安全性。方法 40例經膝關節正側位X線及CT診斷膝關節明確原發病變的單側晚期膝關節骨關節炎或類風濕關節炎患者， 按計算機隨機分組法分為3D打印組和傳統手術組， 各20例。3D打印組接受3D 截骨導板TKA術治療， 傳統手術組接受傳統TKA術治療。比較兩組患者冠狀面股骨組件角（FFC）、冠狀面脛骨組件角（FTC）、矢狀面脛骨組件角（LTC）的角偏差值， 手術時間， 術中失血量， 術前及術后3個月膝關節協會評分（KSS評分）、冠狀面髖-膝-踝角（HKA）。結果 傳統手術組手術時間（122.5±5.3）min長于3D打印組的（103.6±4.6）min， 術中失血量（588.7±35.3）ml多于3D打印組的（423.2±41.5）ml， 差異均有統計學意義（P<0.05）。兩組術后X線測量FFC、FTC、LTC角偏差比較差異無統計學意義（P>0.05）。術后3個月， 兩組KSS評分均高于術前， HKA角大于術前， 差異均有統計學意義（P<0.05）;術后3個月， 3D 打印組KSS評分略高于傳統手術組， HKA角略大于傳統手術組， 但差異無統計學意義（P>0.05）。結論 3D打印截骨導板技術應用于TKA術中， 能夠縮短手術時間、一定程度上控制術中失血量， 并改善患者膝關節置換術后功能， 為患者提供更加精確化、個體化的治療， 值得進一步推廣和應用。

【關鍵詞】 3D打印;截骨導板;膝關節置換術

DOI：10.14163/j.cnki.11-5547/r.2020.17.041

本研究選取2017年9月～2019年3月本院收治的 40例經膝關節正側位X線及CT診斷膝關節明確原發病變的單側晚期膝關節骨關節炎或類風濕關節炎患者為研究對象， 探討3D 打印截骨導板技術在TKA術中的臨床效果和安全性。現報告如下。

1 資料與方法

1. 1 一般資料 選取2017 年9月 ～2019年3月經膝關節正側位X線及CT診斷、膝關節明確原發病變的單側晚期膝關節骨關節炎或類風濕關節炎患者為研究對象， 采用計算機隨機分組法將其分為3D打印組和傳統手術組， 每組 20 例。3D打印組患者年齡58～76歲， 平均年齡（67.6±3.3）歲;術前KSS評分（46.52±2.54）分;術前HKA角（171.23±5.34）°。傳統手術組患者年齡58～75歲， 平均年齡（67.4±4.6）歲;術前膝關節KSS評分（47.25±1.85）分;術前HKA角（170.54±4.62）°。兩組患者年齡、KSS評分、HKA角等一般資料比較差異無統計學意義（P>0.05）， 具有可比性。

1. 2 納入及排除標準

1. 2. 1 納入標準 經系統保守治療無效， 擬行單側膝關節置換者[1]。

1. 2. 2 排除標準 ①術前擬行3D 打印截骨導板方法， 術中臨時改行常規膝關節置換者;②擬行膝關節翻修術者;③凝血功能異常者;④合并嚴重心肺功能不全、高齡及不能耐受外科手術者[2]。

1. 3 膝關節置換模擬手術及截骨導板的設計制作 術前獲取 CT及磁共振成像（MRI）數據并構建膝關節模型， 掃描范圍為雙側股骨頭至踝關節下肢全長， CT三維重建獲得的雙下肢骨骼模型， 匹配膝關節MRI軟骨厚度， 獲得匹配膝關節軟骨的膝關節三維模型。進行計算機膝關節模擬手術， 其中以脛骨平臺外側正常軟骨為定位點進行脛骨平臺垂直截骨， 截骨厚度設定為9 mm， 后傾3°。股骨參考股骨機械軸設定5°外旋截骨， 股骨入髓點為股骨解剖軸投影點， 確定股骨旋轉軸為股骨內外上髁連線， 行股骨遠端截骨， 截骨厚度10 mm， 并根據遠端截骨面設計后髁截骨厚度[3]。同時設計截骨槽導板， 計算機導入設計截骨塊， 設計截骨槽及截骨導板， 參考股骨前方皮質及脛骨結節中內1/3， 脛骨平臺外側關節面為定位點， 根據設定術前定位旋轉及截骨厚度， 得到股骨及脛骨截骨導板[4]。并將文件載入到快速成型寶葫蘆軟件中。通過專業級 3D三維打印機， 利用聚乳酸（PLA）材料， 通過熔融沉積制造技術逐層加工打印膝關節截骨導板。

1. 4 手術方法 兩組患者手術由同一組醫生完成， 放置試模、復位膝關節滿意后取出試模。

1. 4. 1 3D打印組 接受3D 截骨導板TKA術治療。麻醉后患者取仰臥位， 行膝關節前正中切口， 由髕骨內緣切開， 輕度外翻髕骨暴露關節面;切除增生的滑膜組織、前十字韌帶及殘留半月板， 松解軟組織， 去除股骨髁骨贅;屈膝90°， 去除脛骨增生骨贅， 無需髓內定位， 將術前設計脛骨截骨導板按術前設計定位點精確放置于脛骨近端， 定位針固定后按截骨導板行脛骨近端截骨。繼續將股骨導板貼附于股骨髁參考股骨前方皮質， 比較股骨截骨導板與內外上髁髁關系后， 依次行股骨遠端、后髁、髁間截骨[5]。測試膝關節屈伸間隙平衡后， 軟組織松解;安裝膝關節假體試模， 測試膝關節穩定性及松緊度， 髕骨軌跡等， 測試滿意后適當修整髕骨關節面并去神經化， 使用脈沖式槍沖洗膝關節。止血帶加壓骨面干燥后適當預涂骨水泥， 安裝膝關節假體及墊片， 測量下肢力線良好， 放置負壓引流管， 逐層縫合， 手術結束。

1. 4. 2 傳統手術組 接受傳統TKA術治療。麻醉后患者取仰臥位， 常規消毒， 患肢縛止血帶備用， 行患肢膝關節前正中切口， 手術暴露過程與 3D組基本相同， 術中使用導板器械進行截骨并判斷假體型號大小， 股骨截骨行髓內定位， 定位點位于后交叉韌帶止點上方1 cm， 股骨外翻截骨與股骨機械軸5°外旋截骨， 使用股骨假體型號測量器根據股骨后髁測量股骨假體型號大小， 脛骨截骨行髓外定位， 根據脛骨髓外定位導桿遠端定位于內外踝連線中點內側5 mm， 縱軸平行于脛骨長軸， 適當3°后傾， 根據脛骨平臺外側關節面行9 mm截骨。測試膝關節屈伸間隙， 保證屈伸間隙平衡后， 進一步行軟組織松解[6]。安裝膝關節假體試模， 復位膝關節進一步測試膝關節穩定性及松緊度， 測試滿意后使用脈沖式槍徹底沖洗膝關節， 安裝膝關節假體及墊片。脈沖式沖洗槍沖洗術區后， 術區放置負壓引流， 逐層縫合， 術畢。

1. 4. 3 術后處理 術后常規使用抗生素預防感染， 使用低分子肝素皮下注射及雙下肢足底泵氣壓治療， 藥物及物理方法預防下肢靜脈血栓形成。術后根據術區引流量于術后24～48 h拔除引流管。術后第2 天開始于床上行持續被動活動（CPM）機功能鍛煉， 術后第5天于助行器輔助下進行功能鍛煉。

1. 5 觀察指標 比較兩組患者FFC角偏差、FTC角偏差、LTC 角偏差、手術時間、術中失血量， 術前及術后3個月KSS 評分、HKA角。

1. 6 統計學方法 采用SPSS20.0統計學軟件對數據進行統計分析。計量資料以均數±標準差（ x-±s）表示， 采用t檢驗。P<0.05為差異具有統計學意義。

2 結果

2. 1 兩組患者手術時間、術中失血量、FFC角偏差、FTC角偏差、LTC 角偏差值比較 傳統手術組手術時間（122.5±5.3）min長于3D打印組的（103.6±4.6）min， 術中失血量（588.7±35.3）ml多于3D打印組的（423.2±41.5）ml， 差異均有統計學意義（P<0.05）。兩組術后X線測量FFC 、FTC、 LTC 角偏差比較差異無統計學意義（P>0.05）。見表1。

2. 2 兩組患者手術前后KSS 評分及HKA角比較 術前， 兩組KSS評分及HKA角比較差異無統計學意義（P>0.05）;術后3個月， 兩組KSS評分均高于術前， HKA角大于術前， 差異均有統計學意義（P<0.05）;術后3個月， 3D 打印組KSS評分略高于傳統手術組， HKA角略大于傳統手術組， 但差異無統計學意義（P>0.05）。見表2。

3 討論

隨著3D打印技術和骨組織工程技術的發展， 有研究將顱骨進行三維打印、先天性心臟病兒童進行心臟三維打印、頸椎人工椎體植入等[3]。隨著人口老齡化， 骨性關節炎的發病率逐漸增加， KPA術常作為晚期關節炎的治療手段。常規KPA術在屈伸間隙平衡、脛骨后傾定位、膝關節假體型號選擇、股骨及脛骨旋轉， 髕骨軌跡等方面常出現問題。若合并膝關節嚴重畸形， 則常給骨科醫生增加手術難度并影響患者的康復， 給膝關節置換術后的預后、患者癥狀的改善、假體使用壽命及生存率等方面帶來不利后果。

3D打印技術是通過采集數字化信息， 將PLA等高分子材料通過熔融沉積制造技術打印出目標模型， 清晰展現患者疾病骨骼模型， 如復雜骨折與畸形可直觀進行術前計劃或模擬手術[7， 8]。3D打印所獲得數字化模型超越了影像學所提供的二維圖像。3D打印截骨導板應用于膝關節置換術前計算機模擬手術， 確定下肢力線恢復及改善情況， 改善了手術中預后， 增加手術成功率和精確性， 無需開髓， 減少了創傷。3D打印截骨導板應用于膝關節置換手術中降低了手術的風險。3D打印簡化了手術程序， 手術工具明顯減少， 降低了手術操作失誤率。

綜上所述， 3D打印模型直觀、簡單、精確， 可直觀觀察膝解剖形態及畸形和骨缺損情況， 縮短手術時間， 減少術中出血量， 加速患者術后康復， 使手術更加精確， 減少手術創傷， 有利于患者的早期康復， 值得進一步推廣和應用。

參考文獻

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[8] 宋澤， 周章武， 汪千根. 3D打印個性化截骨導板輔助全膝關節置換術治療膝骨關節炎合并關節外畸形. 世界最新醫學信息文摘， 2019， 19（20）：26-27， 30.

[收稿日期：2019-11-11]