邱洪九，吳 毅，王子明，朱紀(jì)峰，石 嶺，李帥鋒，熊 雁

膝關(guān)節(jié)前交叉韌帶(anterior cruciate ligaments，ACL)損傷是一種比較常見的運(yùn)動(dòng)損傷,常常導(dǎo)致膝關(guān)節(jié)不穩(wěn)[1-2]，大部分均需手術(shù)治療,目前關(guān)節(jié)鏡下重建交叉韌帶是治療交叉韌帶損傷的金標(biāo)準(zhǔn)[3-4]。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，前交叉韌帶重建術(shù)存在10%～40%的失敗率，主要表現(xiàn)在膝關(guān)節(jié)不穩(wěn)與旋轉(zhuǎn)松弛。前交叉韌帶重建術(shù)后失敗主要原因有移植物選擇不當(dāng)、脛骨及股骨端隧道口位置選擇不佳、固定方法不當(dāng)、術(shù)后康復(fù)鍛煉不當(dāng)?shù)萚5-8]。在導(dǎo)致失敗的病例中，大部人是由于脛骨、股骨隧道位置不佳導(dǎo)致，傳統(tǒng)關(guān)節(jié)鏡進(jìn)行前交叉韌帶重建存在很多不足，手術(shù)醫(yī)生個(gè)人的操作經(jīng)驗(yàn)、關(guān)節(jié)鏡成像系統(tǒng)視覺偏差及關(guān)節(jié)個(gè)體解剖結(jié)構(gòu)變異等因素，可導(dǎo)致手術(shù)療效存在差異，這些差異也常常導(dǎo)致股骨、脛骨隧道定位的差異[9-10]。

正確的股骨、脛骨隧道位置是前交叉韌帶重建成功的前提，尋求所謂“正常的交叉韌帶”的目標(biāo)將是運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)醫(yī)師在重建前交叉韌帶過程中不懈的追求。這個(gè)正確的位置應(yīng)與前交叉韌帶足跡區(qū)解剖相符合。Kvis等[11]曾報(bào)道，隨著個(gè)體解剖的差異性，前交叉韌帶隧道位置是不同的，解剖重建應(yīng)體現(xiàn)出個(gè)體的差異性，傳統(tǒng)的導(dǎo)向器均是依靠醫(yī)師自己的判斷確定隧道位置，存在一定的隨意性，這樣會(huì)導(dǎo)致關(guān)節(jié)鏡成像系統(tǒng)視覺偏差、術(shù)者個(gè)人操作經(jīng)驗(yàn)及關(guān)節(jié)個(gè)體解剖結(jié)構(gòu)變異等因素所造成的隧道定位不精確[10]。因此，筆者研究了根據(jù)影像學(xué)解剖結(jié)構(gòu)定制3D打印前交叉韌帶定位導(dǎo)向器(專利號(hào)：201620246858.0)，根據(jù)大量患者雙側(cè)膝關(guān)節(jié)MRI、CT、X線檢查，電腦分析前交叉韌帶足跡并確定關(guān)節(jié)內(nèi)前交叉韌帶股骨、脛骨止點(diǎn)印跡，電腦軟件根據(jù)膝關(guān)節(jié)前交叉韌帶解剖分析前交叉韌帶股骨脛骨側(cè)止點(diǎn)足跡合成導(dǎo)向器模型，利用3D打印機(jī)打印出模型，形成3D定制定位導(dǎo)向器，輔助關(guān)節(jié)鏡下完成ACL重建術(shù)。本研究將使用3D打印定位導(dǎo)向器進(jìn)行前交叉韌帶重建與傳統(tǒng)經(jīng)脛骨隧道方法進(jìn)行前交叉韌帶重建進(jìn)行對比分析研究， 目的是：(1)探討3D打印定位導(dǎo)向器對準(zhǔn)確定位股骨、脛骨隧道的價(jià)值；(2)評價(jià)3D打印定位導(dǎo)向器與傳統(tǒng)經(jīng)脛骨隧道進(jìn)行前交叉韌帶重建手術(shù)對關(guān)節(jié)內(nèi)股骨、脛骨隧道口定位的差異；(3)驗(yàn)證通過標(biāo)準(zhǔn)化的隧道安置能使重建后的ACL接近恢復(fù)膝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)生理學(xué)及解剖學(xué)結(jié)構(gòu)。

臨床資料

1 一般資料

2015年1月—2017年6月，在陸軍軍醫(yī)大學(xué)附屬大坪醫(yī)院骨科診斷急性前交叉韌帶斷裂(2周內(nèi))的患者中，隨機(jī)數(shù)字表法分成3D打印組與傳統(tǒng)手術(shù)組，兩組患者均50例(膝)，均為單膝損傷。

3D打印組:采用根據(jù)膝關(guān)節(jié)前交叉韌帶解剖分析合成3D打印前交叉韌帶重建導(dǎo)向器，輔助關(guān)節(jié)鏡下進(jìn)行前交叉韌帶重建術(shù)定位關(guān)節(jié)內(nèi)股骨、脛骨隧道口位置。男性38例，女性12例；平均年齡 (28.8±7.3)歲；合并傷：半月板損傷12例，側(cè)副韌帶損傷15例，患者術(shù)前均診斷前交叉韌帶斷裂。患者均常規(guī)行膝關(guān)節(jié)正側(cè)位X線、CT和MRI檢查，判斷是否存在合并損傷。患者均行前交叉韌帶單束解剖重建術(shù)，均采用股薄肌、半腱肌作為移植物，半月板縫合8例，部分切除4例，內(nèi)側(cè)副韌帶修復(fù)3例，外側(cè)副韌帶重建2例，其余側(cè)副韌帶損傷均給予非手術(shù)治療。

傳統(tǒng)手術(shù)組：采用傳統(tǒng)的脛骨隧道關(guān)節(jié)鏡下定位股骨、脛骨隧道口位置。男性40例，女性10例；平均年齡(30.0±7.8)歲；合并傷：半月板損傷14例、側(cè)副韌帶損傷16例；患者術(shù)前均診斷前交叉韌帶斷裂?；颊呔星敖徊骓g帶單束解剖重建術(shù)，均采用股薄肌、半腱肌作為移植物，半月板縫合7例，部分切除7例，內(nèi)側(cè)副韌帶修復(fù)3例，外側(cè)副韌帶重建3例，其余側(cè)副韌帶損傷均給予非手術(shù)治療。3D打印組與傳統(tǒng)手術(shù)組患者的一般資料比較差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 前交叉韌帶3D打印定位導(dǎo)向器形成原理

收集患者膝關(guān)節(jié)MRI、CT檢查資料，經(jīng)電腦軟件分析交叉韌帶走行及前交叉韌帶在關(guān)節(jié)內(nèi)股骨外側(cè)髁、脛骨平臺(tái)止點(diǎn)的足跡，分析前交叉韌帶脛骨、股骨側(cè)止點(diǎn)足跡并確定正常前交叉韌帶解剖止點(diǎn)，電腦軟件模擬前交叉韌帶重建手術(shù)過程，綜合分析合成導(dǎo)向器模型，利用3D打印機(jī)打印出模型，形成與傳統(tǒng)經(jīng)脛骨隧道定位器差異的3D打印定位導(dǎo)向器(專利號(hào)201620246858.0)。

3 手術(shù)過程

3D打印組關(guān)節(jié)鏡手術(shù)：患者平臥位，患側(cè)膝關(guān)節(jié)屈曲至90°，使用氣囊止血帶。術(shù)中常規(guī)使用關(guān)節(jié)鏡進(jìn)行膝關(guān)節(jié)關(guān)節(jié)腔探查，確認(rèn)ACL斷裂，清理ACL的殘端。根據(jù)髁間窩的形狀進(jìn)行髁間窩成形。

制備隧道：膝關(guān)節(jié)屈曲90°～120°，選取脛骨結(jié)節(jié)內(nèi)側(cè)3～4cm、脛骨平臺(tái)下2～3cm作為脛骨隧道關(guān)節(jié)外入口，在該位置行3cm大小切口，將個(gè)體定位導(dǎo)向器置入關(guān)節(jié)腔，外臂在關(guān)節(jié)外，定位前交叉韌帶脛骨隧道外口，通過導(dǎo)向器確定交叉韌帶脛骨側(cè)關(guān)節(jié)內(nèi)出口，導(dǎo)向器頂端通過確定脛骨側(cè)位點(diǎn)后定位股骨側(cè)隧道內(nèi)口，并進(jìn)行標(biāo)記，經(jīng)脛骨隧道置入導(dǎo)針，通過屈曲膝關(guān)節(jié)，前移外翻內(nèi)旋膝關(guān)節(jié)[12]，調(diào)整股骨隧道的方向及隧道長度，確定位點(diǎn)及方向后，選取相應(yīng)大小鉆制作股骨、脛骨隧道，見圖1。

圖1 3D打印定位導(dǎo)向器和術(shù)中使用定位圖像。a.3D打印導(dǎo)向器用于前交叉韌帶重建術(shù)中定位前交叉韌帶股骨、脛骨側(cè)隧道位置；b.基于膝關(guān)節(jié)解剖影像學(xué)分設(shè)計(jì)的3D打印前交叉韌帶重建導(dǎo)向器；c.關(guān)節(jié)鏡直視下通過3D打印導(dǎo)向器定位隧道位置

韌帶置入：處理合并損傷，如半月板縫合、側(cè)副韌帶修補(bǔ)等。合并傷處理完成后，制作相應(yīng)大小的移植物，選取Endobutton袢鋼板固定股骨側(cè)，脛骨側(cè)羥基磷灰石擠壓螺釘擠壓固定。

傳統(tǒng)手術(shù)組：患者平臥位，患側(cè)膝關(guān)節(jié)屈曲90°～120°，使用氣囊止血帶。術(shù)中常規(guī)使用關(guān)節(jié)鏡進(jìn)行膝關(guān)節(jié)探查鏡檢，確認(rèn)ACL斷裂，清理ACL的殘端。根據(jù)髁間窩的具體情況看是否進(jìn)行髁問窩成形。采用經(jīng)脛骨隧道定位導(dǎo)向器定位，醫(yī)師依據(jù)個(gè)人經(jīng)驗(yàn)通過骨性標(biāo)志確定關(guān)節(jié)內(nèi)前交叉韌帶脛骨、股骨側(cè)隧道口定位點(diǎn)，直接通過導(dǎo)向器經(jīng)脛骨定位制備脛骨及股骨隧道，置入相應(yīng)大小移植物，移植物與合并傷處理同3D打印組，選取與3D打印組同樣的固定方式。

4 結(jié)果評價(jià)與統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

3D打印組與傳統(tǒng)手術(shù)組患者均采用相同的測量方法進(jìn)行術(shù)后隧道位置正確性的評價(jià)。對比評價(jià)術(shù)前及術(shù)后Lachman試驗(yàn)及膝關(guān)節(jié)穩(wěn)定性，脛骨側(cè)采用Klos測量法，在膝關(guān)節(jié)標(biāo)準(zhǔn)側(cè)位片上測量脛骨隧道中心點(diǎn)在脛骨前后徑上的位置，標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)在(46±3)% ；股骨側(cè)采用Amis測量法，在膝關(guān)節(jié)側(cè)位片上做一與股骨外髁后方相重疊的同心圓，在平行Blumensaat線的方向上做此圓的直徑線，測量股骨隧道中心點(diǎn)在此線上的位置，標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)在(61±5)%[13-14]。對比評價(jià)術(shù)前及術(shù)后Lachman試驗(yàn)，評估膝關(guān)節(jié)穩(wěn)定性；所有患者術(shù)后1、3、6個(gè)月門診隨訪，評估膝關(guān)節(jié)穩(wěn)定性及膝關(guān)節(jié)活動(dòng)度，并測量兩組患者術(shù)前、術(shù)后6個(gè)月的膝關(guān)節(jié)活動(dòng)度，評價(jià)術(shù)后Lysholm評分、Tegner評分[13，15]。應(yīng)用專業(yè)統(tǒng)計(jì)軟件(Graph Pad PrismTM,MDF software,Inc)對3D打印組與傳統(tǒng)手術(shù)組測量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，兩組比較采用t檢驗(yàn)，P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

結(jié) 果

3D打印組與傳統(tǒng)手術(shù)組的手術(shù)均為同一組醫(yī)生完成，所有股骨、脛骨隧道位置的術(shù)后測量評價(jià)由同一位醫(yī)生完成。

對50例3D打印組和50例傳統(tǒng)手術(shù)組患者均采用Klos測量法評估脛骨隧道的位置，采用Amis測量法評估股骨隧道的位置。3D打印組中股骨隧道位置Amis測量法測量平均值為(45.6±1.5)%，傳統(tǒng)手術(shù)組測量平均值(41.4±1.4)%； Klos測量法對脛骨隧道位置評估，3D打印組測量平均值(62.7±3.3)%，傳統(tǒng)手術(shù)組測量平均值(57±2.6)%，并對兩組患者脛骨、股骨隧道位置測量值分別進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)，見圖2。3D打印組股骨、脛骨隧道位置明顯優(yōu)于傳統(tǒng)手術(shù)組，更接近解剖位置；術(shù)前患側(cè)膝關(guān)節(jié)Lachman試驗(yàn)測試：3D打印組中Ⅲ度38例，Ⅱ度12例，傳統(tǒng)手術(shù)組Ⅲ度39例，Ⅱ度11例；術(shù)后患側(cè)膝關(guān)節(jié)Lachman試驗(yàn)測試：3D打印組中Ⅰ度5例，Ⅱ度1例，Ⅲ度0例；傳統(tǒng)手術(shù)組中Ⅰ度4例，Ⅱ度2例，Ⅲ度0例；兩組患者平均隨訪1年，最少隨訪時(shí)間6個(gè)月，隨訪6個(gè)月時(shí)進(jìn)行膝關(guān)節(jié)評分，評估兩組患者術(shù)后膝關(guān)節(jié)功能，Lysholm評分3D打印組由術(shù)前(57.36±5.76)分提高至術(shù)后(96.42±1.39)分，傳統(tǒng)手術(shù)組由術(shù)前(57.06±5.61)分提高至術(shù)后(96.12±1.39)分，Tegner評分3D打印組由術(shù)前(3.44±0.5)分提高至術(shù)后(5.96±0.8)分，傳統(tǒng)手術(shù)組由術(shù)前(3.5±0.5)分提高至術(shù)后(6.1±0.78)分，兩組患者的Lysholm評分、Tegner評分無明顯的差異，兩組患者的術(shù)后膝關(guān)節(jié)評分均較術(shù)前明顯改善，達(dá)到優(yōu)良級別，見圖3。3D打印組膝關(guān)節(jié)活動(dòng)范圍由(88.6±14.2)°提高至術(shù)后 (117.3± 5.7)°，傳統(tǒng)手術(shù)組膝關(guān)節(jié)活動(dòng)范圍由(87.4±9.2)°提高至術(shù)后 (119.3± 5.3)°；在6個(gè)月的隨訪時(shí)間節(jié)點(diǎn)時(shí)，兩組患者膝關(guān)節(jié)活動(dòng)范圍均獲得良好的改善，兩組數(shù)據(jù)差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。

根據(jù)Amis測量法與Klos測量法評估股骨、脛骨隧道位置的標(biāo)準(zhǔn)，可見3D打印定位導(dǎo)向器在進(jìn)行前交叉韌帶重建術(shù)中對于韌帶脛骨、股骨側(cè)隧道位置止點(diǎn)更接近于解剖位置，但術(shù)后隨訪6個(gè)月所獲得的臨床功能兩組無明顯差異。

圖2 3D打印組與傳統(tǒng)手術(shù)組術(shù)后在膝關(guān)節(jié)側(cè)位上脛骨隧道位置Amis測量法和Klos測量法評估對比結(jié)果

圖3 兩組術(shù)前、術(shù)后平均隨訪6個(gè)月Tegner評分和Lysholm評分對比圖

討 論

骨隧道如何精確定位解剖重建， 是前交叉韌帶重建術(shù)后能夠長期生存的決定性要素[16-17]， 是一項(xiàng)非常值得研究探索的醫(yī)學(xué)前沿領(lǐng)域， 但其在臨床應(yīng)用仍存在很多限制。根據(jù)多中心293例病例報(bào)告顯示，在失敗的前交叉韌帶重建病例中，50%以上的病例是由技術(shù)原因?qū)е?，在這些失敗病例中約36%的失敗是由于股骨隧道位置的不正確，11%病例是由于脛骨隧道位置不正確導(dǎo)致[5-6]。有報(bào)道，隨著個(gè)體解剖的差異性，前交叉韌帶隧道位置是不同的，解剖重建應(yīng)體現(xiàn)出個(gè)體的差異性[11]，不能再繼續(xù)以之前的定位標(biāo)志進(jìn)行定位[18-19]。本研究是進(jìn)行3D打印導(dǎo)向器定位與傳統(tǒng)經(jīng)脛骨隧道定位相比較，個(gè)體之間存在解剖的差異，既往的傳統(tǒng)導(dǎo)向器進(jìn)行定位，需要醫(yī)師的個(gè)人經(jīng)驗(yàn)，未體現(xiàn)出個(gè)體的差異。本研究的3D打印定位導(dǎo)向器是根據(jù)解剖結(jié)構(gòu)、韌帶走形、脛骨及股骨足跡區(qū)等綜合分析，并模擬前交叉韌帶重建術(shù)后產(chǎn)生的，它能體現(xiàn)出個(gè)體化隧道制作，避免了由于手術(shù)醫(yī)生個(gè)人的操作經(jīng)驗(yàn)、關(guān)節(jié)鏡成像系統(tǒng)視覺偏差及關(guān)節(jié)個(gè)體解剖結(jié)構(gòu)變異等因素導(dǎo)致的誤差，個(gè)體優(yōu)化的隧道位置可以確保交叉韌帶重建術(shù)后的臨床效果，能夠使前交叉韌帶脛骨、股骨側(cè)隧道口位置更接近解剖位[18-20]。在本研究的兩組病例的對照中，3D打印組術(shù)后隧道的評價(jià)也體現(xiàn)出了3D打印定位導(dǎo)向器的優(yōu)越性，比傳統(tǒng)經(jīng)脛骨隧道更能獲得好的解剖位。

在所有研究對象中所采用的股骨隧道的測量方法是Amis法,標(biāo)準(zhǔn)是 (61±5)%的位置, 脛骨隧道采用Klos方法,標(biāo)準(zhǔn)位置在 (46±3)%。在本研究早期有部分病例，3D打印組股骨隧道、脛骨隧道測量結(jié)果位置仍有偏差。由于本研究的導(dǎo)向器是一體的，在確定脛骨隧道位點(diǎn)后可確定股骨隧道位點(diǎn)，電腦模擬計(jì)算是在膝關(guān)節(jié)固定的角度下生成，需在膝關(guān)節(jié)屈曲90°～120°范圍內(nèi)前移外翻內(nèi)旋進(jìn)行定位[11]，尋找股骨隧道最佳方向及較優(yōu)隧道長度，在早期不熟練的情況下，膝關(guān)節(jié)體位不佳情況下進(jìn)行重建手術(shù)，可能導(dǎo)致術(shù)后隧道位點(diǎn)的偏差，應(yīng)用熟練后所有患者的隧道位置均取得滿意的結(jié)果。

3D打印定位導(dǎo)向器同樣存在著不足，由于本研究的3D打印定位器不是在大樣本的數(shù)據(jù)下分析合成的，未來還需進(jìn)一步完善或形成完整的體系后，每個(gè)個(gè)體患者均打印專屬3D導(dǎo)向器，真正做到個(gè)體化。目前花費(fèi)較高且比較繁瑣，隨著技術(shù)的改進(jìn)、3D打印的普及后，基層醫(yī)院也可以進(jìn)行精準(zhǔn)的3D打印定制導(dǎo)向器對隧道的精準(zhǔn)定位，未來將全面遍及精準(zhǔn)醫(yī)療，對于前交叉韌帶的重建也同樣需要精準(zhǔn)解剖重建，做到個(gè)體化醫(yī)療。

本研究評價(jià)3D打印定位導(dǎo)向器與傳統(tǒng)經(jīng)脛骨隧道在前交叉韌帶重建術(shù)中隧道位置定位的差異，3D打印組進(jìn)行前交叉韌帶重建術(shù)所獲得的脛骨、股骨隧道位置優(yōu)于傳統(tǒng)手術(shù)組，更接近于解剖重建，在平均1年的隨訪，最少6個(gè)月的隨訪時(shí)間，臨床結(jié)果兩者無明顯的差異，但是，筆者的隨訪時(shí)間較短，未進(jìn)行長期的隨訪，是否3D打印定位導(dǎo)向器組在前交叉韌帶重建術(shù)術(shù)后韌帶再斷率等遠(yuǎn)期并發(fā)癥方面存在優(yōu)越性，還有待進(jìn)一步隨訪觀察。目前結(jié)果顯示， 3D打印定位導(dǎo)向器相對于傳統(tǒng)經(jīng)脛骨隧道定位方法可以提高隧道定位準(zhǔn)確性，可以達(dá)到很好的定位效果，是安全可行的。