曹 恒 劉明廷 石 輝 劉 康

定制3D打印切模輔助全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)的臨床療效分析

曹 恒 劉明廷*石 輝 劉 康

目的探討定制3D打印切模輔助全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)的臨床療效。方法選取我科從2016年1～7月期間10例（切模輔助組）患者，根據(jù)患者的術(shù)前CT掃描數(shù)據(jù)，在定制3D打印切模輔助下行全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)；再選擇10例（對照組）行傳統(tǒng)全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)的患者，比較兩組患者術(shù)中出血量和術(shù)后引流量及手術(shù)時間，并在術(shù)后2周比較膝關(guān)節(jié)活動度變化情況，然后術(shù)后1個月比較患側(cè)膝關(guān)節(jié)HSS評分變化情況，將以上數(shù)據(jù)并進行統(tǒng)計學(xué)分析。結(jié)果切模輔助組和對照組相比較，前者在術(shù)中出血量和術(shù)后引流量、手術(shù)時間方面均少于對照組，差異具有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05）；術(shù)后1個月的患側(cè)膝關(guān)節(jié)HSS評分，兩組比較差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05）；術(shù)后2周患側(cè)膝關(guān)節(jié)活動度兩組比較差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05）。結(jié)論定制3D打印切模輔助全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)對患者術(shù)后膝關(guān)節(jié)功能恢復(fù)、關(guān)節(jié)活動度的影響與傳統(tǒng)的全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)并無差異，但是手術(shù)時間縮短，術(shù)中出血量和術(shù)后引流量減少。

3D打?。蝗リP(guān)節(jié)置換；臨床療效

目前，隨著我國人口老齡化現(xiàn)象的不斷加重，膝關(guān)節(jié)退行性變的患者越來越多，而全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)（total knee arthroplasty，TKA）作為目前治療骨性關(guān)節(jié)炎終末期最為有效的手術(shù)方案，已在臨床獲得了廣泛的應(yīng)用。膝關(guān)節(jié)作為具有眾多滑膜組織、血運豐富且功能復(fù)雜的大關(guān)節(jié)，在進行TKA過程中經(jīng)常因為需要復(fù)雜的截骨及各種試模而造成手術(shù)時間過長，術(shù)中出血量較多，有時可能會因截骨不當(dāng)傷及不必要的血管神經(jīng)［1］。同時，如何能夠完成復(fù)雜條件下的TKA，做到快速和準(zhǔn)確的對位、對線，是關(guān)節(jié)外科醫(yī)師手術(shù)成功的重要因素［2］。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，三維（three dimentional，3D）打印作為一種新型制造技術(shù)，在經(jīng)歷多年發(fā)展后已越來越受人們的關(guān)注，在骨科領(lǐng)域的應(yīng)用也逐步拓展和深入［3］。3D打印技術(shù)的出現(xiàn)與成熟，為解決上述問題提供了一種新的方案。為此本文選擇我科從2016年1～7月期間20例行THA的患者，通過探討3D打印技術(shù)輔助下TKA與傳統(tǒng)TKA的臨床療效區(qū)別，以期發(fā)現(xiàn)兩者間的相互區(qū)別與聯(lián)系，從而為3D打印技術(shù)在骨科領(lǐng)域的應(yīng)用提供更廣泛的理論依據(jù)和指導(dǎo)，最終為患者提供更為簡便有效的手術(shù)方來使其解除病痛。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選取我科從2016年1月～2016年7月期間20例患者，每組各10人，其中20例患者中男8例，女12例；左膝7例，右膝13例。平均年齡66歲（59～81歲），平均體重指數(shù)（BMI）23.47。切模輔助組的10例患者，根據(jù)術(shù)前影像學(xué)資料掃描數(shù)據(jù)，在定制3D打印切模輔助下行TKA；對照組的10例患者行傳統(tǒng)的TKA，選取的20例患者均診斷明確且符合行TKA的手術(shù)指征。術(shù)前仔細查看患者的現(xiàn)病史、既往史及家族史，對全部患者進行入院常規(guī)檢查包括心電圖、胸片等，并對手術(shù)部位給予影像學(xué)檢查；對于有凝血功能、深靜脈血栓病史及其他情況不宜手術(shù)的患者，術(shù)前予以排除。

1.2 手術(shù)方法

1.2.1 切模輔助組手術(shù)均由通訊作者帶領(lǐng)施行，患者均采用腰硬聯(lián)合麻醉。麻醉生效后患者取平臥位，患側(cè)大腿部位上氣囊止血帶，常規(guī)術(shù)肢碘酊、酒精消毒兩遍，貼護皮膜，取膝關(guān)節(jié)前正中切口，長約16 cm，上至髕骨上極，下達脛骨結(jié)節(jié)內(nèi)側(cè)，切開皮膚、皮下組織止血；沿股內(nèi)側(cè)肌外緣切開關(guān)節(jié)囊至脛骨結(jié)節(jié)內(nèi)側(cè)，將髕骨向外側(cè)翻轉(zhuǎn)，膝關(guān)節(jié)屈曲90°，切除全部半月板和前后交叉韌帶，咬除髕骨及脛骨、股骨增生的骨贅，松解外側(cè)軟組織后安裝脛骨近端切模并截骨。然后安裝股骨切模，對股骨進行外翻截骨，安裝截骨模塊，放置試模，在其引導(dǎo)下進行髁間截骨。對脛骨近端進行打孔，脈沖式?jīng)_洗生理鹽水約2000 mL，吸干后在脛骨和股骨的截骨面鋪骨水泥，安裝假體及墊片。臺上測試力線良好，然后再次生理鹽水徹底沖洗關(guān)節(jié)腔，放置負壓引流管1根，1號可吸收線嚴密縫合關(guān)節(jié)囊，逐層縫合切口，術(shù)后彈力繃帶加壓包扎。

1.2.2 對照組手術(shù)亦均由通訊作者帶領(lǐng)施行，采用傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)TKA方法。

1.3 術(shù)后處理

切模輔助組和對照組術(shù)后均給予常規(guī)抗凝治療，抗生素使用1～3 d預(yù)防感染，傷口引流48 h。術(shù)后第1天兩組患者開始循序漸進行被動關(guān)節(jié)功能活動或等長股四頭肌收縮鍛煉，術(shù)后康復(fù)鍛煉均由同一名康復(fù)師進行指導(dǎo)。

1.4 觀察指標(biāo)

手術(shù)時分別記錄兩組患者術(shù)中出血量，手術(shù)時間，記錄術(shù)后引流量，并在術(shù)后2周比較膝關(guān)節(jié)活動度變化情況，然后術(shù)后1個月比較患側(cè)膝關(guān)節(jié)HSS評分變化情況，將以上數(shù)據(jù)并進行統(tǒng)計學(xué)分析。

1.5 統(tǒng)計學(xué)方法

應(yīng)用SPSS 19.0進行統(tǒng)計學(xué)處理，計量資料采用均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示，組間比較，均值比較用t檢驗，以P＜0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

圖1 A術(shù)前3D打印截骨模型B術(shù)中指導(dǎo)截骨模型

2 結(jié)果

切模輔助組和對照組相比較，前者在術(shù)中出血量和術(shù)后引流量、手術(shù)時間方面均少于對照組，兩組比較差異具有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05），見表1；術(shù)后1個月的患側(cè)膝關(guān)節(jié)HSS評分，兩組比較差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05）見表2；術(shù)后2周患側(cè)膝關(guān)節(jié)活動度兩組比較差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05），見表2。

圖2 男68歲，3D打印切模輔助TKA術(shù)前和術(shù)后圖片，術(shù)前正側(cè)位片可見關(guān)節(jié)間隙變窄，有多量骨贅形成；術(shù)后關(guān)節(jié)假體位置可；A術(shù)前右膝關(guān)節(jié)正位片；B術(shù)前右膝關(guān)節(jié)側(cè)位片；C 3D打印切模輔助TKA術(shù)后正位片；D 3D打印切模輔助TKA術(shù)后側(cè)位片

表1 患者手術(shù)評估指標(biāo)變化

表2 術(shù)后膝關(guān)節(jié)及活動度評分

3 討論

3.13 -D打印技術(shù)的原理

目前，TKA已經(jīng)成為臨床治療膝關(guān)節(jié)退行性變終末期的重要手段，但是隨著醫(yī)學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)TKA的缺點日益暴露，手術(shù)操作繁瑣、手術(shù)器械復(fù)雜、需按患者病情大范圍截骨，這些缺點在一定程度上限制了TKA的臨床推廣［3］。使用3D打印技術(shù)輔助行TKA，可使手術(shù)操作步驟簡化，縮短手術(shù)時間，減少出血，并能減少術(shù)后發(fā)生深靜脈血栓的風(fēng)險，因此非常具有臨床應(yīng)用價值。該技術(shù)的基本原理就是術(shù)前將病人的影像學(xué)資料利用3D打印機輔助設(shè)計軟件進行建模，然后對解剖模型進行整合處理并設(shè)計出適合該患者的截骨切模，最后利用3D打印機將術(shù)前早已經(jīng)設(shè)計好的數(shù)據(jù)模型打印成為實物［3-5］。根據(jù)打印出的實物提前匹配適合患者膝關(guān)節(jié)的假體以備術(shù)中用，手術(shù)時不需要再根據(jù)傳統(tǒng)手術(shù)的方法進行截骨，而是利用事先制作好的切模對股骨及脛骨進行截骨，然后安裝好術(shù)前早已備好的膝關(guān)節(jié)假體，術(shù)中截骨完全是按照患者自身的解剖特點進行，從而使得手術(shù)時間縮短，術(shù)中出血量減少，患者術(shù)中的風(fēng)險也隨之減少。尤其是對于高齡患者來說，手術(shù)風(fēng)險隨著手術(shù)時間的延長會越來越大，因此，3D打印技術(shù)輔助下行TKA可減少這種風(fēng)險的發(fā)生。

3.23 -D打印技術(shù)的應(yīng)用

目前，3D打印技術(shù)已經(jīng)開始應(yīng)用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的多個學(xué)科并取得了飛速發(fā)展，例如3D打印技應(yīng)用于肝膽外科用來打印肝臟模型，應(yīng)用于神經(jīng)外科領(lǐng)域用來打印顱骨并進行顱內(nèi)血腫穿刺和腫瘤的切除。在骨科中的應(yīng)用主要是關(guān)節(jié)假體模型、手術(shù)輔助材料等，尤其在關(guān)節(jié)疾病的治療中優(yōu)勢明顯［6，7］。Sun等［8］應(yīng)用3-D打印技術(shù)治療骨盆腫瘤，通過術(shù)前運用計算機輔助軟件設(shè)計出骨盆模型，術(shù)中快速切除腫瘤，術(shù)后患者恢復(fù)好，手術(shù)取得了非常好的治療效果。Lee等［9］運用3-D打印技術(shù)設(shè)計關(guān)節(jié)假體，術(shù)中快速為2例硬化性增生性骨病的患者施行TKA，術(shù)后患者恢復(fù)良好。Sci?berras等［10］運用3-D打印技術(shù)成功治療1例復(fù)雜髖關(guān)節(jié)翻修術(shù)的患者。因此，采用3D打印技術(shù)依據(jù)患者影像學(xué)資料建模打印出實體模型，然后術(shù)中進行截骨切模，保障了切模完美匹配，使截骨操作真正依據(jù)客觀數(shù)據(jù)而非主觀經(jīng)驗，從而保障了假體放置準(zhǔn)確和完美，也減少了手術(shù)時間和手術(shù)出血量，提高了術(shù)后假體生存率及關(guān)節(jié)功能［11-13］。因此，應(yīng)用3-D打印技術(shù)在骨科領(lǐng)域前景十分可觀，可明顯提高手術(shù)的精確度，尤其是對于骨科一些高難度、復(fù)雜的手術(shù)，運用該技術(shù)可以明顯減少手術(shù)的時間，從而最大限度的減少手術(shù)創(chuàng)傷及術(shù)后并發(fā)癥的發(fā)生，關(guān)節(jié)術(shù)后功能恢復(fù)良好。

3.33 -D打印技術(shù)的優(yōu)點和缺點

將3-D打印技術(shù)應(yīng)用于TKA，有利于減少手術(shù)時間，使手術(shù)操作更精準(zhǔn)，取得了良好的臨床療效。本研究結(jié)果顯示，應(yīng)用3D打印技術(shù)輔助TKA手術(shù)時間明顯縮短，手術(shù)出血量切模輔助組也顯著少于對照組，而術(shù)后膝關(guān)節(jié)功能恢復(fù)、關(guān)節(jié)活動度的影響與傳統(tǒng)的TKA并無差異，這表明定制3D打印切模輔助TKA有很大推廣價值。然而由于本次試驗應(yīng)用3D打印技術(shù)進行TKA的患者樣本量較少，且未進行長期臨床效果觀察，故本研究結(jié)果的可靠性還有待大樣本的長期對照研究來驗證。目前，盡管多數(shù)骨科專家學(xué)者及其他領(lǐng)域的科研工作人員都在研究該項技術(shù)，且相關(guān)的研究技術(shù)也越來越成熟，但是考慮得到3-D打印仍然存在打印費用成本高、打印耗時時間長等缺點，同時因該項技術(shù)需要醫(yī)療醫(yī)療器械的審批條例才可以廣泛推廣，因此3-D打印輔助TKA在臨床的應(yīng)用推廣仍然需要更多的理論研究和實際案例來支持［14，15］。盡管如此，我們?nèi)匀幌嘈旁擁椉夹g(shù)在未來骨科領(lǐng)域尤其關(guān)節(jié)外科的發(fā)展中必會起到?jīng)Q定性的作用。

通過以上資料反映出，應(yīng)用3D打印切模輔助TKA相對于傳統(tǒng)的TKA手術(shù)出血量和術(shù)后引流量、手術(shù)時間方面均減少；而術(shù)后1個月的患側(cè)膝關(guān)節(jié)HSS評分，兩組比較無明顯差異；術(shù)后2周患側(cè)膝關(guān)節(jié)活動度比較切模輔助組和對照組差異也不明顯。綜上所述，3D打印切模輔助TKA相對于傳統(tǒng)的TKA有一定優(yōu)勢，該技術(shù)對患者術(shù)后膝關(guān)節(jié)功能恢復(fù)、關(guān)節(jié)活動度的影響與傳統(tǒng)的TKA并無差異，但是手術(shù)時間相對縮短，術(shù)中出血量和術(shù)后引流量減少。在本研究中，盡管20例患者的樣本數(shù)量并不多，說服力不強，但實驗數(shù)據(jù)和結(jié)果真實可靠。因此我們有理由相信，隨著醫(yī)學(xué)的不斷發(fā)展，3D打印技術(shù)未來在臨床中的應(yīng)用將會變得越來越廣泛。

［1］Baldini A，Castellani L，Traverso F，et al.The difficult prima?ry total knee arthroplasty：a review［J］.Bone Joint J，2015，97-B（10 Suppl A）：30-39.

［2］Kao FC，Hsu KY，Tu YK，Chou MC.Surgical planning and procedures for difficult total knee arthroplasty［J］.Orthope?dics，2009，32（11）：810.

［3］Koga Y.Three-dimensional motion analysis and its application in total knee arthroplasty：what we know，and what we should analyze［J］.J Orthop Sci，2015，20（2）：239-249

［4］袁偉，趙輝，符培亮，等.三維打印個體化器械在全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)中的應(yīng)用［J］.中華關(guān)節(jié)外科雜志電子版，2016，10（2）：71-73.

［5］Banerjee S，D′Alessio J，Kester M，et al.Innovations in knee arthroplasty：three?dimensional modeling and analytical tech?nology（SOMA）［J］.Surg Technol Int，2014，24：344-347.

［6］Nam D，McArthur BA，Cross MB，et al.Patient?specific instrumentation in total knee arthroplasty：a review［J］.J Knee Surg，2012，25（3）：213-219.

［7］Daniilidis K，Tibesku CO.Frontal plane alignment after total knee arthroplasty using patient?specific instruments［J］.Inter?national Orthopaedics，2013，37（1）：45-50.

［8］Sun W，Li J，Li Q，et al.Clinical effectiveness of hemi pelvic recon?struction using computer?aided custom?made prostheses after resection of mal ignant pelvic tumors［J］.J Arthroplasty，2011，26（8）：1508-1513.

［9］Lee M，Wu BM.Recent advances in 3D printing of tissue engi?neering scaffolds［J］.Methods Mol Biol，2012，868（15）：257-267.

［10］Sciberras N，F(xiàn)rame M，Bharadwaj R，et al.A novel technique for pre?operative planning of severe acetabular defects during revision hip arthroplasty［J］.Bone Joint J，2013，95B（30）：63.

［11］Inzana JA，Olvera D，F(xiàn)uller SM，et al.3D printing of compos?ite calcium phosphate and collagen scaffolds for bone regenera?tion［J］.Biomaterials，2014，35（13）：4026-4034.

［12］Thienpont E，F(xiàn)ennema P，Price A.Can technology improve alignment during knee arthroplasty［J］.Knee，2013，20 Suppl 1（3）：S21-S28.

［13］Heyse TJ，Tibesku CO.Improved tibial component rotation in TKA using patient?specific instrumentation［J］.Arch Orthop Trauma Surg，2015，135（5）：697-701.

［14］Renson L，Poilvache P，Van d WH.Improved alignment and operating room efficiency with patient?specific instrumentation for TKA［J］.Knee，2014，21（6）：1216-1220.

［15］Anderl W，Pauzenberger L，K?lblinger R，et al.Patient?specif?ic instrumentation improved mechanical alignment，while early clinical outcome was comparable to conventional instrumenta?tion in TKA［J］.Knee Surg Sports Traumatol Arthrosc，2014，24（1）：102-111.

Analysis of clinical effect of customized 3D printing?assisted total knee replacement

CAO Heng， LIU Mingting，SHI Hui，LIU Kang.Department of Bone and Joint Surgery，theAffiliated Hospital of Bin?zhou Medical College，Binzhou，Shandong 256600，China.Corresponding author：LIU Mingting，doctlmt@163.cpm

ObjectiveTo investigate the clinical effect of customized 3D printing?assisted total knee arthroplasty.MethodsTen patients（cutting auxiliary group）from January，2016 to July，2016 were selected.According to the preoperative CT scan data，total knee arthroplasty was performed under the help of customized 3D printing.The patients who underwent traditional total knee arthroplasty（TAP）were divided into two groups：the amount of blood loss，the operation time，the complication rate（pros?thetic fracture，dislocation，infection and deep venous thrombosis）.The changes of HHS score were com?pared between 2 weeks after operation，1 month after operation and 3 months after operation.The above data were analyzed statistically.ResultsCompared with the control group，the amount of bleeding，the amount of drainage and the time of operation were less in the former group than in the control group（P＜0.05），but the difference was statistically significant（P＞0.05）.There was no significant difference in the incidence of HHS in the ipsilateral knee between 2 weeks，1 month and 3 months postoperatively. There was no significant difference between the two groups in the incidence of complications Statistical significance（P＞0.05）.ConclusionIn the present study，there was no difference in the incidence of knee joint function and complication in patients with total knee arthroplasty after total 3D arthroplasty. However，the operative time was shortened，postoperative drainage decreased.

3D printing；total knee arthroplasty；clinical curative effect

R687.4

A

10.3969/j.issn.1009?976X.2017.02.020

2017-02-16）

256600山東濱州濱州醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院骨關(guān)節(jié)外科

*通訊作者：劉明廷，Email：doctlmt@163.com