3D打印技術對全膝關節置換術患者圍手術期臨床指標及預后情況的影響分析*

彭良貞，張鳳海

（信陽一五四醫院 創傷骨科C區，河南 信陽 464000 ）

全膝關節置換術（TKA）是一種將退化關節軟骨組織替換為人工假體的手術，也是目前用于治療終末期膝骨性關節炎、類風濕關節炎等常見膝關節疾病患者的主要術式，對上述患者實施TKA 手術治療可幫助患者關節功能重建，對促進其膝關節功能恢復并改善患者預后均有重要意義。研究［1］指出，為患者設計合理的截骨量及假體尺寸是確保手術療效的關鍵所在。此前臨床在患者的TKA 術中，會基于術前CT 檢查結果，將髓腔打開后為其設計關節假體并確定截骨量。打開髓腔有利于醫生直接觀察患者病變情況。但臨床實踐表明［2-3］，經傳統TKA 治療后，絕大部分患者可因術中設計誤差而導致術后假體松動或安置不當，除可對膝關節活動度及下肢力線恢復產生不利影響外，還可導致患者生活質量嚴重下降。近年隨醫療衛生事業的不斷發展，3D 打印技術被逐步用于各類骨關節病患者的手術方案設計中，研究指出［4］，通過3D 打印技術為患者進行三維建模，傳入相應骨切模數據并經快速成形技術打印出的骨切模實物與患者髓腔適配度更高，更有利于關節功能重建。為進一步優化膝關節病患者的TKA 手術療效，本研究主要探討3D 打印技術輔助TKA對膝關節病患者圍手術期臨床指標及預后情況的影響。

1 資料與方法

1.1 一般資料

本研究為前瞻性研究，納入2021 年1 月至2022 年6 月至信陽一五四醫院接受TKA 術治療的50 例膝關節病患者為研究對象，基于抽簽法，將患者均分為試驗組和對照組，各25 例。試驗組中男15 例，女10 例；年齡62～88 歲，平均（75.12±0.25）歲；術前膝關節HSS 評分［5］32～58 分，平均（45.11±0.23）分；疾病類型：膝骨性關節炎18 例、類風濕關節炎7 例。對照組中男13 例，女12 例；年齡60～90 歲，平均（75.15±0.17）歲；術前膝關節HSS 評分30～60 分，平均（45.14±0.17）分；疾病類型：膝骨性關節炎20 例、類風濕關節炎5 例。兩組患者一般資料差異無統計學意義（P＞0.05），具有可比性。本次研究已獲得醫院倫理委員會批準（00121）。

納入標準：①均確認存在膝骨性關節炎或類風濕關節炎等膝關節病；②符合TKA 手術指征［6］，自愿接受此手術治療；③經HSS 評分評估分值均在60 分及以下，確認存在膝關節功能障礙；④均為60 歲以上老年人；⑤均已知悉此次研究相關試驗內容，同意且自愿參與研究，均已簽署同意書。

排除標準：①伴有感染性疾病或免疫機制異常者；②伴有嚴重出血傾向或凝血機制障礙者；③存在肝腎功能損傷或其他手術禁忌證者；④惡性腫瘤者；⑤存在認知、精神障礙性疾病者；⑥依從性差，不愿配合完成此次研究者。

1.2 方法

1.2.1 術前準備 根據手術室安排表確定患者手術時間后，于術前1 d 完成血尿常規、心肺功能、肝腎功能、凝血功能、下肢多普勒超聲等基礎檢查，確認無手術禁忌證后，囑其術前8 h 禁食，術前2 h 禁水以做好手術準備。同時對患者實施膝關節CT 檢查，確認病變位置及周圍組織侵犯情況，檢查范圍為距膝關節上下10 cm 處，需掃描至有髕骨韌帶附著的脛骨結節處。

1.2.2 手術過程 ①對照組麻醉滿意后囑其取伸膝體位，于膝關節正中處作手術切口，逐層切除半月板、骨贅、后側交叉韌帶后，將周圍組織清理干凈以充分保留病灶；經直視下觀察髕骨軌道，經松解內側韌帶后將髕骨周圍軟組織徹底清除；將關節腔內修剪后的骨屑沖洗后嵌入并固定骨水泥，置入脛骨假體；安裝墊片后確認下肢力線無異常，即可放置負壓引流管并逐層縫合切口。②試驗組完成術前常規檢查及膝關節CT 掃描后，即根據檢查結果，應用3D 打印技術進行三維建模，測量比計算患側股骨外翻角、脛骨平臺后傾、外旋角等相關參數后，由醫生根據測量結果預先制定相應大小、形狀的股骨、脛骨假體；明確截骨角度及截骨量后將以上數據保存為骨切模數字文件，并全部傳入3D 打印機中，基于3D 打印技術的快速成型技術，為患者打印出由聚酰胺制成的骨切模實物；麻醉滿意后同樣于膝關節正中處將皮下組織逐層切開后于髕骨內側至脛骨結節處作一弧形手術切口，打開并吸凈關節囊內積液后將患肢屈曲呈90°，保持髕骨外翻并依次清理骨贅、周圍組織殘留物等；將近端脛骨切模置入，確認貼合良好即按3D 建模計算的切模方案進行截骨操作，后于脛骨近端處打孔并應用脈沖槍進行生理鹽水沖洗，后注入骨水泥將截骨固定滿意后安裝相應假體和墊片，確認下肢力線無異常，即可放置負壓引流管并逐層縫合切口。

1.2.3 術后處理 術后兩組患者均統一予以常規抗感染治療，同時密切關注引流情況，待引流量＜50 mL 時即可拔除引流管，但引流總時長最多不超過48 h，引流管拔除后即可指導患者開展膝關節功能鍛煉。

1.3 觀察指標

①記錄并比較兩組患者在不同手術方案下的手術耗時及術中出血量。②于術前、術后測量并比較兩組患者的膝關節活動度以及下肢離線改善情況，膝關節活動度包括屈伸（0～130°）、內旋（0～30°）、外旋（0～40°），下肢力線即指股骨、脛骨機械軸之間夾角，參考值一般在0～5°。③于術前、術后采用美國膝關節協會綜合評分（AKS）［7］、膝關節功能Lysholm 評分［8］、膝關節IKDC 主觀癥狀評分［9］評估兩組膝關節功能改善情況，AKS 量表包括疼痛（滿分50 分）、活動度（滿分25 分）、穩定性（滿分25 分）、功能評分（滿分100 分），另含4 項扣分項目，扣分分值0～53 分，總分越高提示膝關節功能越好；Lysholm 量表包括8 個評分項目，總分0～100 分，分值越高提示膝關節功能越好；IKDC 量表包含10 個條目，總分0～97 分，分值越高提示膝關節功能越好。④統計并比較兩組患者術后并發癥發生情況，主要包括繼發感染、關節松動、關節僵硬、下肢靜脈血栓等四種。

1.4 統計學方法

數據均采用軟件SPSS 22.0 處理。計數資料以百分率（%）表示，用χ2檢驗；計量資料以均數±標準差（）表示，用t檢驗。P＜0.05 為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 兩組患者手術情況比較

在不同手術方案下，試驗組的手術耗時及術中出血量均低于對照組，差異有統計學意義（P＜0.05）。見表1。

表1 兩組患者手術情況比較（n=25,）

表1 兩組患者手術情況比較（n=25,）

2.2 兩組患者手術前后膝關節功能狀態比較

術前，兩組患者的膝關節功能狀態近似，差異無統計學意義（P＞0.05）；術后，試驗組的膝關節活動度大于對照組，下肢力線角度小于對照組，差異有統計學意義（P＜0.05）。見表2。

表2 兩組患者手術前后膝關節功能狀態比較（n=25,,°）

表2 兩組患者手術前后膝關節功能狀態比較（n=25,,°）

2.3 兩組患者手術前后膝關節功能評分比較

術前，兩組患者的膝關節功能評分近似，差異無統計學意義（P＞0.05）；術后，試驗組的AKS、Lysholm、IKDC 評分均高于對照組，差異有統計學意義（P＜0.05）。見表3。

表3 兩組患者手術前后膝關節功能評分比較（n=25,,分）

表3 兩組患者手術前后膝關節功能評分比較（n=25,,分）

2.4 兩組患者術后并發癥發生率比較

在不同手術方案下，試驗組的術后并發癥發生率［8.00%（2/25）］ 低于對照組［20.00%（5/25）］，差異有統計學意義（P＜0.05）。見表4。

表4 兩組患者術后并發癥發生率比較 ［n=25,n(%)］

3 討論

膝關節為人體重要的負重關節，膝關節病是目前臨床十分常見的疾病類型。隨年齡增長、骨量及骨密度水平下降，受免疫機制障礙影響，人們罹患膝關節病的風險也會逐步升高。此病不僅會嚴重影響患者日常工作及生活質量，還可嚴重危害其身心健康［10］。目前針對癥狀較輕的膝骨性關節炎或類風濕關節炎患者，臨床常會通過口服或關節腔內注射相應藥物進行保守治療，但對于病情較為嚴重、存在劇烈疼痛、腫脹癥狀及膝關節功能明顯受限者，臨床則更多建議實施手術治療。TKA 為目前各類終末期膝關節病患者的首選治療方案，通過打開髓腔、截取病變關節段并置入相應人工假體可一定程度促進關節功能重建，進而改善患者預后。明確截骨量并設計適宜的關節假體是確保手術成功的關鍵所在，但研究指出［11］，在臨床實踐中常有患者因設計不當而導致術后假體松動或功能恢復不佳，仍可對其預后產生不利影響。如何優化此類患者的TKA 手術設計、提升手術療效為目前臨床研究的重要課題。

3D 打印技術為一種基于計算機快速成型的增材制造技術，通過設計相應數字模型文件并傳入服務器后，即可應用多種粉末狀的可粘合材料逐層打印實物，自2019 年美國首次應用3D 打印技術制造大鼠中樞神經結構脊髓支架、并成功恢復大鼠運動功能后，該技術目前已被逐步用于臨床多種手術方案設計中［12］。本研究結果顯示，經3D打印技術輔助TKA 手術治療的試驗組患者手術耗時及術中出血量均低于實施傳統TKA 治療的對照組，考慮原因如下：3D 打印技術可在結合患者術前CT 檢查結果的基礎上，通過計算機技術為其進行三維建模，與傳統人工手術參數設計相比，此建模技術的準確度更高，在3D 骨切模引導下進行截骨并設計人工假體尺寸的效率更高，醫生在3D數據的指導下也可實現精準的骨截取和假體置入操作，對提高患者手術效率、降低術中對關節周圍組織的損傷及出血風險均有重要意義［13］。研究結果顯示，在3D 打印技術輔助下，試驗組術后膝關節活動度大于對照組，下肢力線角度小于對照組（P＜0.05），提示此技術對指導臨床手術開展有重要意義。在基于3D 建模數據為患者建立相應參數的假體模型后，醫生還可在計算機上對手術實操過程進行反復模擬演練，從而實現對手術結果的預測及評估，更有利于在臨床實踐中糾正下肢力線、明確截骨量，經最大限度提升手術精確度后，即可實現對患者的有效治療，對促進其術后膝關節活動度及功能恢復均有積極作用［14］。故研究中，試驗組術后AKS、Lysholm、IKDC 評分均高于對照組（P＜0.05）。傳統TKA 除需在術前對患者患肢進行CT 影像學檢查外，為確保操作準確性，還會在術中打開患者髓腔，經直視下實現對患者的手術治療，與傳統TKA 相比，經3D 技術輔助下的TKA 無需另外打開患者髓腔，經計算機引導即可向關節腔內準確灌入骨水泥并置入假體、墊片，可有效減少對患者機體組織造成的損傷，并降低術后并發癥發生風險［15］。故試驗組經3D打印技術輔助TKA 治療后，其術后并發癥發生率［8.00%（2/25）］低于對照組［20.00%（5/25）］（P＜0.05）。

綜上所述，應用3D 打印技術輔助TKA 術治療膝關節病患者可有效提升其手術效率及安全性，對促進患者膝關節功能狀態恢復、降低術后并發癥發生風險均有重要意義。