劉欣偉，　劉松波，　張敬東，　劉憲民，　劉　銘，　王　宇，　柳云恩，　項(xiàng)良碧，　侯明曉

沈陽(yáng)軍區(qū)總醫(yī)院 1.骨科 全軍重癥戰(zhàn)創(chuàng)傷救治中心；2.全軍重癥戰(zhàn)創(chuàng)傷救治中心實(shí)驗(yàn)室 數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室，遼寧 沈陽(yáng)　110016

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·3D打印技術(shù)·

3D打印個(gè)性化股骨側(cè)定位輔助法在膝關(guān)節(jié)前交叉韌帶重建中應(yīng)用

劉欣偉1，劉松波1，張敬東1，劉憲民1，劉銘1，王宇1，柳云恩2，項(xiàng)良碧1，侯明曉2

沈陽(yáng)軍區(qū)總醫(yī)院 1.骨科 全軍重癥戰(zhàn)創(chuàng)傷救治中心；2.全軍重癥戰(zhàn)創(chuàng)傷救治中心實(shí)驗(yàn)室 數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室，遼寧 沈陽(yáng)110016

目的評(píng)價(jià)應(yīng)用3D打印技術(shù)設(shè)計(jì)個(gè)性化股骨側(cè)定位輔助法并應(yīng)用于前交叉韌帶(ACL)重建手術(shù)的臨床效果。方法收集2015年1月至2016年8月在沈陽(yáng)軍區(qū)總醫(yī)院應(yīng)用3D打印個(gè)性化股骨側(cè)定位輔助法行ACL重建術(shù)26例患者為3D組，本組患者術(shù)前進(jìn)行3D建模、ACL股骨側(cè)足印區(qū)定位。26例應(yīng)用常規(guī)經(jīng)膝關(guān)節(jié)前內(nèi)側(cè)入路手動(dòng)進(jìn)行股骨側(cè)定位的ACL重建術(shù)的患者，且每例膝關(guān)節(jié)功能評(píng)分(IKDC)均>85分，設(shè)為對(duì)照組。通過術(shù)后X線評(píng)估法評(píng)價(jià)兩組患者股骨側(cè)隧道情況并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。結(jié)果兩組患者手術(shù)過程均順利，均未出現(xiàn)并發(fā)癥。3D組術(shù)前均建模順利，術(shù)前定位股骨側(cè)隧道口后，股骨側(cè)隧道長(zhǎng)約(42.6±4.1)mm，常規(guī)組測(cè)量股骨側(cè)隧道長(zhǎng)約(39.2±3.8)mm，兩組間比較，差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。3D組與常規(guī)組NL/ML、AL/BL、α及β角差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。結(jié)論應(yīng)用3D打印技術(shù)設(shè)計(jì)個(gè)性化股骨側(cè)定位輔助法進(jìn)行ACL重建手術(shù)有助于精準(zhǔn)定位股骨側(cè)解剖點(diǎn)，控制導(dǎo)針方向，利于腱骨愈合，降低“打爆”后方皮質(zhì)的概率。

3D打印；前交叉韌帶；重建

前交叉韌帶(anterior cruciate ligament，ACL)損傷在膝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)損傷中非常常見。隨著運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)的發(fā)展、關(guān)節(jié)鏡器械和技術(shù)的進(jìn)步，ACL重建手術(shù)得到廣泛的開展[1-3]。ACL也經(jīng)歷了理念的更新，從最初的等長(zhǎng)重建到今天的解剖重建。然而，如何解剖定位ACL的股骨側(cè)隧道是該手術(shù)的核心問題之一，國(guó)內(nèi)外的很多學(xué)者針對(duì)該領(lǐng)域也進(jìn)行了大量的基礎(chǔ)和臨床研究[4-9]。近些年來(lái)，3D打印技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用不斷地取得進(jìn)步，筆者針對(duì)該問題，應(yīng)用3D打印技術(shù)設(shè)計(jì)個(gè)性化股骨側(cè)定位輔助法并應(yīng)用于臨床ACL重建手術(shù)，取得了滿意的效果?，F(xiàn)報(bào)道如下。

1　資料與方法

1.1一般資料收集2015年1月至2016年8月在沈陽(yáng)軍區(qū)總醫(yī)院就診并接受關(guān)節(jié)鏡下ACL重建術(shù)的26例應(yīng)用3D打印個(gè)性化股骨側(cè)定位輔助法行ACL重建術(shù)患者為研究組(3D組)，再隨機(jī)選取在此期間就診的26例應(yīng)用常規(guī)經(jīng)膝關(guān)節(jié)前內(nèi)側(cè)入路手動(dòng)進(jìn)行股骨側(cè)定位的ACL重建術(shù)的患者，且每例膝關(guān)節(jié)功能評(píng)分(international knee documentation committee，IKDC)均>85分，此為對(duì)照組(常規(guī)組)。3D組：男性21例，女性5例；年齡19～45歲，平均年齡(28.7±10.5)歲。常規(guī)組：男性22例，女性4例；年齡22～48歲，平均年齡(25.9±11.6)歲。常規(guī)組術(shù)后12個(gè)月隨訪。術(shù)前均無(wú)手術(shù)禁忌證。兩組患者年齡及性別差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。全部患者在術(shù)前均知情同意并簽署手術(shù)知情同意書。術(shù)前均行MRI檢查確診為單純ACL股骨側(cè)斷裂，Lachman試驗(yàn)、前抽屜試驗(yàn)、軸移試驗(yàn)均為陽(yáng)性，均采用人工LARS韌帶行ACL單束重建。所有患者入院后常規(guī)拍攝膝關(guān)節(jié)CT檢查(GE公司，美國(guó))。所有患者術(shù)前常規(guī)行心電圖、胸片、心臟彩超、下肢動(dòng)靜脈血管彩超及血生化、凝血功能、術(shù)前免疫等檢查，以排除手術(shù)禁忌證。

1.2手術(shù)方法兩組患者均由同一醫(yī)療小組完成。所有患者均采用膝關(guān)節(jié)常規(guī)前外、前內(nèi)側(cè)入路，股骨側(cè)均為帶袢鋼板(施樂輝公司，美國(guó))固定，脛骨側(cè)均為擠壓螺釘及門型釘固定(施樂輝公司，美國(guó))。具體手術(shù)操作略。3D組典型患者見圖2。

1.3術(shù)后處理兩組術(shù)后預(yù)防性使用抗生素至術(shù)后48 h，術(shù)后即可開始踝泵練習(xí)，術(shù)后第1天開始股四頭肌等長(zhǎng)收縮練習(xí)和直腿抬高練習(xí)。常規(guī)拍攝患膝關(guān)節(jié)正側(cè)位X線影像，并鼓勵(lì)患者早期在支具保護(hù)下地活動(dòng)，支具佩戴3個(gè)月，保護(hù)性限制膝關(guān)節(jié)活動(dòng)范圍為0°～90°，3個(gè)月后準(zhǔn)許去除支具進(jìn)一步主動(dòng)練習(xí)膝關(guān)節(jié)屈伸至最大屈膝角度，同時(shí)加強(qiáng)肌力練習(xí)。

1.4股骨側(cè)定位評(píng)價(jià)采用謝凱羅等[10]報(bào)道的X線評(píng)估方法，在正位片上測(cè)量股骨髁長(zhǎng)度ML、重建韌帶股骨側(cè)止點(diǎn)到股骨外髁邊緣的距離NL和膝關(guān)節(jié)水平線與股骨側(cè)隧道中線的成角α，Blumensaat線的長(zhǎng)度BL、重建ACL股骨側(cè)抵止點(diǎn)到股骨髁間窩過頂點(diǎn)的距離AL和股骨干長(zhǎng)軸與股骨遂道中心線的夾角β。采用Khalfayan等[11]的方法將得到的長(zhǎng)度換算為百分率，以NL/ML表示ACL股骨止點(diǎn)在正位片的位置，AL/BL表示ACL股骨側(cè)止點(diǎn)在側(cè)位片的位置。

2　結(jié)果

兩組患者手術(shù)過程均順利，均未出現(xiàn)并發(fā)癥。3D組術(shù)前均建模順利，術(shù)前定位股骨側(cè)隧道口后，股骨側(cè)隧道長(zhǎng)約(42.6±4.1)mm，常規(guī)組測(cè)量股骨側(cè)隧道長(zhǎng)約(39.2±3.8)mm，兩組間比較，差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。3D組與IKDC評(píng)分>85分的常規(guī)組比較如表1所示，NL/ML、AL / BL、α及β角差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。

表1　兩組ACL重建術(shù)后X光評(píng)價(jià)股骨側(cè)定位情況比較

3　典型病例

患者男性，22歲，左膝前交叉韌帶斷裂，CT檢查掃描參數(shù)：120 kV，240 mA，以膝關(guān)節(jié)為中心，層厚為0.625 mm。MRI檢查(GE公司，美國(guó))掃描參數(shù)：高密度掃描層厚為2 mm，每層為512像素×512像素，掃描時(shí)將肢體外旋約15°以順應(yīng)ACL解剖走行方向。將CT掃描數(shù)據(jù)以DICOM格式導(dǎo)入計(jì)算機(jī)，應(yīng)用計(jì)算機(jī)CT三維重建軟件將CT數(shù)據(jù)進(jìn)行三維重建，利用專業(yè)軟件Mimics 18.0(Materialise公司，比利時(shí))通過形態(tài)學(xué)操作構(gòu)建股骨、脛骨、健側(cè)ACL模型，以STL格式導(dǎo)出并加以保存。再通過Geomagic Studio 13(Geomagic公司，美國(guó))對(duì)STL格式數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像處理并融合CT與MRI，以精確定位ACL(圖1a)，再將已定位足印區(qū)的圖像進(jìn)行鏡像處理(圖1b),去除ACL圖像得到患側(cè)ACL股骨側(cè)解剖足印區(qū)(圖1c)并定位其中心點(diǎn)即術(shù)中導(dǎo)針入點(diǎn)(圖1d)，同時(shí)可調(diào)整導(dǎo)針方向以利遂道于股骨外側(cè)髁內(nèi)的長(zhǎng)度合適(長(zhǎng)度>35 mm，圖1e)。

圖1應(yīng)用3D打印技術(shù)股骨側(cè)定位輔助法行膝關(guān)節(jié)前交叉韌帶重建(a.CT與MRI融合后精確定位ACL；b.將健側(cè)鏡像處理后得到患側(cè)3D模型；c.去除ACL后精確標(biāo)記ACL股骨側(cè)足印區(qū)；d.定位其中心點(diǎn)即術(shù)中導(dǎo)針入點(diǎn)；e.調(diào)整導(dǎo)針方向可至滿意遂道長(zhǎng)度44.98 mm；f.術(shù)中鏡下可見重建韌帶位置良好；g,h.術(shù)后正側(cè)位X線影像示內(nèi)固定裝置及骨道位置良好)

4　討論

中國(guó)是人口大國(guó)，更是體育大國(guó)。近年來(lái)，隨著國(guó)家對(duì)全民運(yùn)動(dòng)的宣傳與倡導(dǎo)，越來(lái)越多的群眾積極參與各類體育運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)損傷的患者亦是逐年增多。膝關(guān)節(jié)作為人體最為重要的大關(guān)節(jié)之一，運(yùn)動(dòng)損傷的概率極高，前交叉韌帶急性損傷多半有明確扭傷、摔傷等病史，傷后關(guān)節(jié)腫脹、疼痛并活動(dòng)受限，前交叉韌帶損傷拖延超過3個(gè)月未手術(shù)治療者易因關(guān)節(jié)不穩(wěn)而出現(xiàn)半月板、關(guān)節(jié)軟骨等繼發(fā)損害，導(dǎo)致創(chuàng)傷性關(guān)節(jié)炎，嚴(yán)重危害關(guān)節(jié)功能甚至早期致殘。隨著對(duì)運(yùn)動(dòng)、訓(xùn)練損傷的認(rèn)識(shí)逐漸深入和關(guān)節(jié)鏡技術(shù)的成熟，既往開放手術(shù)行端端修補(bǔ)的術(shù)式已被摒棄，關(guān)節(jié)鏡下行ACL重建已成治療的金標(biāo)準(zhǔn)。

隨著等長(zhǎng)重建理念的落伍，解剖重建已被醫(yī)師們接受，然而，股骨側(cè)隧道定位方法眾多，有儀表盤法、象限法、人字脊法等等[12]，在如何尋找更好的定位方法這個(gè)問題上的爭(zhēng)論一直沒有停息過，雖然各種方法均有一定的局限性，但仍在臨床上進(jìn)行應(yīng)用。計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)在創(chuàng)傷骨科、骨腫瘤、復(fù)雜關(guān)節(jié)置換等領(lǐng)域應(yīng)用之后，學(xué)者通過CT數(shù)據(jù)建立1∶1模型對(duì)骨缺損、腫瘤、肢體畸形情況進(jìn)行模擬，并輔助制定了術(shù)前計(jì)劃，甚至通過3D打印制作手術(shù)導(dǎo)板、標(biāo)記腫瘤位置、制定手術(shù)計(jì)劃等，這些都極大地提高了外科手術(shù)的精準(zhǔn)程度，簡(jiǎn)化了手術(shù)程序，減少了手術(shù)創(chuàng)傷，提高了患者預(yù)后，這些都為3D打印技術(shù)的擴(kuò)展應(yīng)用提供了很好的經(jīng)驗(yàn)。本研究中，筆者將3D打印技術(shù)應(yīng)用于ACL重建手術(shù)中，通過CT與MRI融合、鏡像等方法定位股骨側(cè)隧道位置，將平時(shí)完全靠醫(yī)生經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行術(shù)中手動(dòng)定位改良為計(jì)算機(jī)輔助精準(zhǔn)定位，3D組與IKDC評(píng)分>85分的常規(guī)組術(shù)后X光評(píng)價(jià)未見顯著性差異，提示該方法定位精確，個(gè)體化程度高，避免了術(shù)中對(duì)骨道位置不滿意而進(jìn)行重新定位，亦解決了由于個(gè)體差異、骨骼大小不同要求醫(yī)生完全憑借經(jīng)驗(yàn)定位的困惑，為解決ACL重建股骨側(cè)隧道解剖定位準(zhǔn)確性的問題提供了新的思路。另外，由于肌腱植入骨隧道內(nèi)的長(zhǎng)度與腱骨愈合密切相關(guān)，默認(rèn)的較合適的距離至少20 mm且越長(zhǎng)越好。本研究中，3D組股骨側(cè)平均隧道長(zhǎng)度較常規(guī)組長(zhǎng)，理論上更有利于腱骨愈合，且3D打印設(shè)計(jì)中可以較好地控制導(dǎo)針方向，從而降低了導(dǎo)針緊貼股骨外側(cè)髁而“打爆”后方皮質(zhì)的概率。

本研究的不足之處在于以下兩個(gè)個(gè)方面：其一，納入研究的患者較少，兩組患者均不足100例；其二，本研究系3D打印技術(shù)在ACL重建手術(shù)中的初步探索，集中在ACL單束重建方面，而3D打印技術(shù)若輔助ACL股骨側(cè)止點(diǎn)雙束重建則需要更高的MRI掃描層厚和分辨率，這有待于進(jìn)一步深入研究；其三，本研究?jī)H比較3D組的定位準(zhǔn)確性，從理論上具有更加個(gè)體化、精準(zhǔn)化的優(yōu)勢(shì)，但患者隨訪時(shí)間較短，長(zhǎng)期療效尚缺乏臨床評(píng)分佐證。因此，本研究還需要大樣本的長(zhǎng)期隨訪對(duì)照研究來(lái)進(jìn)一步佐證。

3D打印技術(shù)在運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用前景非常廣闊，有待于學(xué)者們深入探索。

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Application of 3D printing personalized femoral lateral positioning auxiliary method in ACL reconstruction surgery

LIU Xin-wei，LIU Song-bo，ZHANG Jing-dong，LIU Xian-min，LIU Ming，WANG Yu，LIU Yun-en，XIANG Liang-bi，HOU Ming-xiao

(Department of Orthopedics，The General Hospital of Shenyang Military Command,Shenyang 110016,China)

ObjectiveTo evaluate the efficacy of application of 3D printing personalized femoral lateral positioning auxiliary method in ACL reconstruction surgery.MethodsFrom January 2015 to August 2016，26 cases were performed 3D printing personalized femoral lateral positioning auxiliary method(3D modeling，ACL femoral printing area location)preoperatively，and were divided into 3D group.All 26 cases whose IKDC knee functional scores were more than 85 points and perrformed conventional method were divided into control group.Postoperative X-ray evaluation method was performed for evaluation between the two groups.ResultsSurgery in all cases was successful and no complications occurred.Preoperative modeling in 3D group was smooth.Localization lateral femoral tunnel，lateral femoral tunnel length was(42.6±42.6)mm，and lateral femoral tunnel length was about(39.2±39.2)mm.There was no statistical significance between the two groups(P>0.05).NL/ML，AL/BL，alpha and beta angle differences had no statistical significance(P>0.05)between the two gorups.ConclusionApplication of 3D printing personalized femoral lateral positioning auxiliary method in ACL reconstruction surgery will be good to pinpoint femoral anatomic point，control the needle direction，and will be good for tendon bone healing，reducing the probability of “ringing” rear cortex.

3D printing;Anterior cruciate ligament;Reconstruction

劉欣偉(1979-)，男，黑龍江哈爾濱人，主治醫(yī)師，博士

項(xiàng)良碧，E-mail：xiangliangbils@126.com；

侯明曉，E-mail：deformitya@126.com

2095-5561(2016)05-0265-04

R687.4

A

∶10.16048/j.issn.2095-5561.2016.05.03

2016-09-13