基于快速成型及3D打印技術全膝關節置換術治療雙膝骨性關節炎臨床研究

畢文超，梁立卓，劉司南

(1.西安交通大學附屬紅會醫院手外中心，陜西 西安 710054；2.空軍軍醫大學唐都醫院骨科，陜西 西安 710038；3.西安交通大學第一附屬醫院外科重癥監護室，陜西 西安 710061)

膝骨性關節炎可對患者生活質量造成嚴重影響，當前全膝關節置換術(Total knee arthroplasty，TKA)屬于該類關節炎可靠治療方式[1-2]。隨著TKA技術的不斷發展，其手術適應證逐漸擴大，手術患者越來越年輕化，故對術后效果與手術假體壽命提出了更高要求。以往手術中，一般通過髓內定位系統完成股骨冠狀面截骨操作，術者經驗、開髓點位置以及設定外翻角等各類因素均可干擾其準確性[3-4]。近年來，臨床開始在TKA中采取個性化截骨技術，其主要以磁共振成像(Magnetic resonance imaging，MRI)或X線計算機斷層攝影(Computerizedtomography，CT)數據為基礎，采用軟件對人體膝關節3D解剖模型進行重建，通過快速反轉成型以及3D打印技術制造出個性化截骨導向器。研究[5]指出，個性化截骨技術能夠提高截骨精確度。本研究以80例雙膝骨性關節炎患者為研究對象，比較基于快速成型及3D打印技術TKA術與傳統術式的效果。

1 資料與方法

1.1 一般資料 選取西安交通大學附屬紅會醫院收治的雙膝骨性關節炎患者80例，按照手術方式差異分為觀察組(48例，96膝)與對照組(32例，64膝)。兩組性別、年齡、病程、體重指數(BMI)等一般資料比較差異無統計學意義(均P>0.05)，見表1。病例納入標準：①雙膝骨性關節炎經影像學檢查確診；②雙側內翻畸形情況一致；③具有手術適應證，首次雙側行TKA；④診治資料完整。排除標準：①診斷為非骨關節炎；②具有關節外畸形或者外翻畸形；③膝關節產生巨大骨缺損；④具有膝關節手術史；⑤合并嚴重內科疾病或者血液系統疾病。所有患者均已簽署知情同意書。本研究已經通過醫院倫理委員會的審批(批準號：2021LL040412)。

表1 兩組患者一般資料比較

1.2 手術方法 兩組均選擇同一種后交叉韌帶保留型(Cruciate Retaining，CR)假體(型號：Gemini MKII，購自德國Link公司)，并選擇髕旁內側入路方式顯露膝關節。從正式手術開始采取止血帶，結束假體安裝后即可松止血帶，因而手術時間亦為止血帶時間。兩組手術均安排同一高年資醫師負責主刀。術后實施相同康復計劃。

1.2.1 觀察組：術前采取快速成型以及3D打印技術制作獲得截骨模塊。暴露膝關節部位股骨遠端前方，有效切除鄰近滑膜等軟組織，切忌勿去除骨贅。準確找到用于構建相應截骨模塊最特殊處，通過股骨遠端截骨模塊和其唯一匹配。在明確模塊匹配安放情況后，利用釘孔充分固定兩枚克氏釘。然后取下截骨模塊，進行常規股骨遠端截骨導板的安裝，同時能夠經傳統截骨導板合理調整截骨量，結束截骨操作。通過測量截骨技術有效完成余下股骨以及脛骨截骨操作。

1.2.2 對照組：充分暴露膝關節部位股骨遠端前方，并于股骨遠端中央進行開髓，采取髓內桿并且外翻5°～7°安放手術常規截骨導板，截骨厚度按照膝關節屈曲攣縮情況予以確定。完成截骨板固定操作后進行截骨。通過測量截骨技術進行余下股骨以及脛骨截骨。

1.3 觀察指標

1.3.1 圍手術期指標：包括手術時間、失血量、術后48 h引流量。

1.3.2 手術前后膝關節活動度與膝關節功能(HSS)評分：術前與術后6周，以直尺檢測膝關節活動度并評估患者HSS評分。HSS評分共90分，評分越低表示患者膝關節功能越差。

1.3.3 力線：包括下肢機械軸夾角(HKA)和冠狀位股骨遠端機械軸外側角(mLDFA)。通過X線片檢測患者HKA與冠狀位mLDFA。

1.3.4 并發癥：包括血腫、深靜脈血栓、切口感染等。

2 結 果

2.1 兩組患者圍手術期指標比較 見表2。兩組失血量比較差異無統計學意義(P>0.05)。觀察組手術時間明顯短于對照組，術后48 h引流量明顯少于對照組(均P<0.05)。

表2 兩組患者圍手術期指標比較

2.2 兩組患者手術前后膝關節活動度與HSS評分比較 見表3。術前，兩組膝關節活動度、HSS評分比較差異無統計學意義(均P>0.05)。觀察組術后6周膝關節活動度及HSS評分顯著高于對照組(均P<0.05)。

2.3 兩組患者術后力線比較 見表4。兩組術前HKA、冠狀位mLDFA比較差異無統計學意義(均P>0.05)。術后6周，觀察組HKA與冠狀位mLDFA明顯小于對照組(均P<0.05)。

表3 兩組患者手術前后膝關節活動度與HSS評分比較

表4 兩組患者術后力線比較(°)

2.4 兩組患者并發癥發生情況比較 見表5。觀察組并發癥總發生率明顯低于對照組(χ2=5.526，P=0.019)。

表5 兩組患者并發癥發生情況比較[例(%)]

3 討 論

TKA手術屬于改善膝關節疾病患者轉歸重要術式，順利重建下肢力線為取得手術成功并且獲得優良臨床效果首要條件，同時實現較為準確截骨目標[6-7]。快速成型及3D打印技術制作出的個性化截骨導板為當前TKA術中所采用的新型技術，與精準醫療理念相符。個性化截骨技術主要理論優勢為：提高術后假體旋轉定位結果準確性，優化冠狀面以及矢狀面力線，其中假體冠狀面與其矢狀面力線通常和股骨遠端以及脛骨近端截骨緊密相關[8-9]。本研究采取快速成型及3D打印技術設計出個性化截骨導向器，能夠有效提高股骨假體冠狀面與其矢狀面截骨精確程度，同時僅需確定股骨遠端具體截骨厚度即可。對于旋轉定位，本研究在術前患者膝關節CT橫斷面不同層面找出通髁線，同時測量通髁線以及股骨后髁連線之間的夾角。進行手術時，利用傳統手術工具達到個性化股骨旋轉定位目的[10]。對于脛骨截骨方面，筆者認為以往傳統手術技術能夠實現相對準確的相應脛骨假體力線。有研究[11]指出，個性化截骨技術組中90%患者術后股骨假體植入位置與術前計劃間的差異<2°/2 mm，然而脛骨假體植入位置具有顯著差異，故研究未對脛骨側進行個性化截骨導板設計。除此之外，研究3D打印材料采用聚乳酸，可以縮短術前等待獲得截骨導板時間及成本[12]。現階段，與個性化截骨技術內容有關的報道較多，但臨床實際效果依然存在較大爭議[13]。本研究中，觀察組患者手術時間明顯短于對照組，并且術后48 h引流量顯著小于對照組，與李楊等[14]研究結論一致，說明基于快速成型及3D打印技術TKA術可縮短雙膝骨性關節炎手術時間，減少患者術后引流量。快速成型及3D打印技術能夠在術前確定手術假體大小，為手術醫師提供更多患者個體化信息，提高手術精確性，從而縮短手術時間[15-16]。

本研究顯示，觀察組患者術后膝關節活動度與HSS評分均明顯高于對照組，表明相較于傳統術式，基于快速成型及3D打印技術的TKA術治療雙膝骨性關節炎后患者膝關節功能恢復更快。快速成型及3D打印獲得截骨導板前，醫師已經對術中使用假體、截骨角度大小與截骨厚度等進行了準確評估，在此基礎上設計具體個性化手術治療方案，術中酌情去除并且去神經化處理髕骨鄰近骨贅，按照其生理結構合理修整髕股關節面，可讓假體與患者膝關節解剖結構更匹配，從而使患者術后能夠早期開展有效的膝關節功能鍛煉[17-18]。本研究還顯示，觀察組術后6周HKA與冠狀位mLDFA均明顯小于對照組，且并發癥總發生率較對照組明顯更低，提示基于快速成型及3D打印技術的TKA術能夠促進雙膝骨性關節炎患者下肢力線更好地恢復，降低并發癥發生風險[19-20]。

綜上所述，與傳統術式相比，基于快速成型及3D打印技術的TKA術治療雙膝骨性關節炎，可縮短手術時間，降低術后引流量，改善下肢力線，加快患者膝關節功能恢復，同時減少手術并發癥，應用價值較高。