明立功,明朝戈,孟維娜,明朝暢,馮家威,黃野,張振鵬,龍路曼,普看博

(1.河南省滑縣新區(qū)醫(yī)院保膝科,河南 滑縣 456000;2.河南省滑縣骨科醫(yī)院關(guān)節(jié)科,河南 滑縣 456485;3.新鄉(xiāng)醫(yī)學院研究生學院,河南 新鄉(xiāng) 453100;4.河南大學,河南 鄭州 453000;5.北京積水潭醫(yī)院矯形骨科,北京 100035)

膝關(guān)節(jié)單髁置換術(shù)(unicompartmental knee arthroplasty,UKA)是治療膝關(guān)節(jié)骨關(guān)節(jié)炎一種常見的手術(shù)方法,具有手術(shù)創(chuàng)傷小、并發(fā)癥少、術(shù)后恢復(fù)快、更接近正常膝關(guān)節(jié)自然功能等優(yōu)點[1-4]。但是,UKA也需要一定的學習曲線,術(shù)中需要確定截骨的多個數(shù)據(jù)參數(shù),比如截骨的位置、深度和截骨線的方向等。精確控制好上述參數(shù)才能真正做到假體置入位置精確和術(shù)后功能恢復(fù)良好。隨著中國人口結(jié)構(gòu)變化,40歲以上人口數(shù)量逐年遞增,膝骨關(guān)節(jié)炎患者數(shù)量也隨之上漲[5],如何輔助醫(yī)生精準手術(shù)、優(yōu)化手術(shù)流程、提高手術(shù)效率,是近年來不斷探討的課題。早在2018年Jones等[6]的研究表明,在膝關(guān)節(jié)單髁置換術(shù)中,無手術(shù)經(jīng)驗的外科實習醫(yī)生在個性化導板(patient-specific instrumentation,PSI)的輔助下完成截骨操作,其截骨精準度可以與手術(shù)經(jīng)驗豐富的專家相同。這說明PSI導板可以輔助醫(yī)生在手術(shù)過程中精準截骨,降低手術(shù)風險。

隨著人工智能(artificial intelligence,AI)行業(yè)的發(fā)展,AI手術(shù)規(guī)劃軟件已經(jīng)可以通過數(shù)字模擬和獨有的算法,實現(xiàn)骨骼自動分割、精準測量角度、智能選擇最佳適配假體型號和精確計算截骨量等功能,同時可以輔助解決間隙平衡問題。在確定好術(shù)中關(guān)鍵數(shù)據(jù)后,可為患者3D打印PSI導板,該導板根據(jù)患者骨性結(jié)構(gòu)定制化打印,且擁有易固定的特點,力圖使手術(shù)更加準確,減少并發(fā)癥風險,最終造?；颊?。本文將詳細介紹應(yīng)用AI+3D打印導板輔助下膝關(guān)節(jié)固定平臺UKA的技術(shù)步驟。

1 影像學準備

1.1 CT采集要求 CT應(yīng)包含完整的膝關(guān)節(jié),股骨髁上15 cm至脛骨平臺向下15 cm,間距≤1.0 mm平掃。

1.2 X線采集要求 膝關(guān)節(jié)處于中立位的負重雙下肢全長X線片,負重位的膝關(guān)節(jié)正側(cè)位X線片。以上數(shù)據(jù)以DICOM數(shù)據(jù)格式提交。

2 AI術(shù)前規(guī)劃

根據(jù)患者病變的特點行固定平臺UKA。根據(jù)患者影像學數(shù)據(jù)和手術(shù)目標,AI手術(shù)規(guī)劃軟件會自動生成一份術(shù)前規(guī)劃報告,報告內(nèi)容包含術(shù)中操作的各項參數(shù)以及假體應(yīng)用型號和墊片厚度等(見圖1)。

圖1 術(shù)前計劃報告示例

3 固定平臺UKA截骨導板

確認報告中的術(shù)后目標和術(shù)中參數(shù)后,AI就會根據(jù)該參數(shù)生成導板數(shù)據(jù)并3D打印截骨導板。固定平臺UKA導板分為三部分(見圖2),第一部分是脛骨截骨模塊,該模塊可以穩(wěn)定地貼合在患者脛骨近端前內(nèi)側(cè)的特定部位,帶有脛骨縱向和水平截骨導向槽,并標注了截骨的深度和方向。第二部分是股骨導板Ⅰ,用于股骨前髁截骨,該模塊根據(jù)患者骨性結(jié)構(gòu)設(shè)計,可以穩(wěn)定貼附于股骨遠端。第三部分是股骨導板Ⅱ,用于股骨后髁截骨,該模塊的第1貼附區(qū)和股骨遠端截骨后的截骨骨面完全重合,易于擺放。每個模塊上均有按壓點用于穩(wěn)定擺放導板;2.5 mm克氏針柱孔用于打入克氏針固定導板;截骨導向槽用于輔助術(shù)者精準截骨。

a 脛骨平臺截骨導板 b 股骨前髁截骨導板 c 股骨后髁截骨(二合一導板)圖2 3D打印截骨導板模塊示意圖

4 手術(shù)步驟

4.1 麻醉和體位 麻醉采用全麻或腰硬聯(lián)合麻醉,患者取仰臥平躺或患肢屈髖屈膝懸吊位,無菌止血帶下手術(shù),便于術(shù)中視野清晰。

4.2 切口與顯露 膝內(nèi)側(cè)髕旁弧形切口,沿髕骨內(nèi)側(cè)緣頂點向關(guān)節(jié)線遠端3 cm處做切口,遠端止于脛骨結(jié)節(jié)中點,使切口在關(guān)節(jié)線以下占1/3,以上占2/3。術(shù)中辨別髕骨內(nèi)側(cè)緣,沿髕骨內(nèi)側(cè)緣切開關(guān)節(jié)囊,暴露關(guān)節(jié)腔。在關(guān)節(jié)囊上端加長切口進入股內(nèi)側(cè)肌約3 cm。切除髕下部分脂肪墊,檢查韌帶、外側(cè)間室及髕股關(guān)節(jié),進一步確認符合UKA的適應(yīng)證。

4.3 安放脛骨導板 脛骨導板安放前,需顯露脛骨前內(nèi)側(cè)骨面,保留脛骨平臺前內(nèi)側(cè)骨贅,不做韌帶松解。剝離部分髕腱顯露外側(cè)骨面,髕腱后方若有砧狀骨贅,須去除。清理髁間窩骨贅,確保垂直截骨時往復(fù)鋸?fù)ǖ罆惩?。脛骨截骨導板?貼附區(qū)要與脛骨平臺骨面貼附,若脛骨關(guān)節(jié)面有殘留軟骨要予以去除。將導板置入,術(shù)者用雙手大拇指按壓導板按壓區(qū),使導板第1貼附區(qū)與脛骨骨面完全貼合,第2貼附區(qū)與脛骨平臺磨損最低點貼合,并確保各方向貼合,導板與骨面之間沒有縫隙。此時助手按照導板標識順序,在1～4號柱孔依次打入2.5 mm克氏針固定(見圖3)。打入導針時須保持導針方向與柱孔一致,以免改變導板位置。完成后再次檢查導板第1、第2貼附區(qū)是否與骨面完全貼合。此時為便于后續(xù)手術(shù)操作,可將克氏針剪短。

4.4 脛骨截骨 使用往復(fù)鋸沿導板截骨槽進行垂直截骨,截骨時應(yīng)注意避免上揚或下壓鋸片,以免損傷脛骨平臺后側(cè)皮質(zhì);水平截骨前請助手用拉鉤保護內(nèi)側(cè)副韌帶,之后用擺鋸沿導板截骨槽進行水平截骨(見圖4)。手術(shù)前AI會自動計算并打印截骨骨塊,以便于術(shù)者在術(shù)中快速確認截骨量是否符合術(shù)前計劃。此時術(shù)者將脛骨截骨骨塊取出后與3D打印骨塊進行對比,確認截骨量與術(shù)前設(shè)計一致(見圖5)。

a 脛骨垂直截骨 b 脛骨水平截骨圖4 術(shù)中脛骨截骨示意圖

圖5 術(shù)中對比截骨塊與3D打印骨塊

4.5 間隙測試 根據(jù)術(shù)前設(shè)計,脛骨截骨后屈曲間隙應(yīng)為8 mm,伸直間隙為10 mm。使用相應(yīng)的測試塊,用兩指測試法進行測試。

4.6 股骨導板I固定 導板貼附區(qū)需緊貼股骨遠端骨面,若導板貼附位置有軟骨需刮除,以免影響截骨量。導板第1貼附區(qū)與股骨內(nèi)髁遠端磨損點貼合,第2貼附區(qū)與股骨髁內(nèi)側(cè)及前方骨面完全貼合,放置準確后術(shù)者用雙手大拇指按壓導板上的2個按壓區(qū),確保導板穩(wěn)定(見圖6)。助手按照導板標識順序,在1～4號柱孔依次打入2.5 mm克氏針固定。

圖6 術(shù)中擺放股骨導板Ⅰ

4.7 股骨遠端截骨 用擺鋸沿截骨槽行股骨遠端截骨(見圖7)。取下股骨導板Ⅰ和截骨塊,將截骨塊與預(yù)先打印的截骨塊進行對比,如果截骨量少于術(shù)前設(shè)計,則需要手動加截。

圖7 股骨遠端截骨示意圖

4.8 股骨導板Ⅱ固定 導板第1貼附區(qū)貼在股骨遠端與截骨面重合,第2貼附區(qū)貼合股骨髁內(nèi)側(cè)骨面。術(shù)者用雙手大拇指按壓導板上的2個按壓區(qū),確保導板穩(wěn)定(見圖8)。助手按照導板標識順序,在1～3號柱孔依次打入2.5 mm克氏針固定(見圖9)。完成后再次檢查導板第1、第2貼附區(qū)是否完全貼合。

圖8 術(shù)中擺放股骨導板Ⅱ

圖9 術(shù)中固定股骨導板Ⅱ

4.9 股骨后髁和上斜截骨 使用打孔鉆打入前側(cè)柱孔1,插入股骨固定栓提高穩(wěn)定性,再使用打孔鉆打入后側(cè)柱孔2。用擺鋸沿導板截骨槽進行股骨后髁截骨,截骨后取出前方股骨固定栓。之后用擺鋸沿截骨槽進行上斜截骨,取下股骨導板Ⅱ,借助窄骨刀(或擺鋸)沿截骨縫打斷截骨連接點,取出截骨塊。

4.10 假體安裝準備 切除內(nèi)側(cè)半月板,助手用拉鉤保護內(nèi)側(cè)副韌帶不受損傷。清理關(guān)節(jié)并確保截骨面平整,如果存在凸起的骨刺或骨贅(尤其是股骨后上髁區(qū)域),要用擺據(jù)或骨刀將其全部清除。

4.11 安裝股骨試模并測量間隙 依據(jù)術(shù)前設(shè)計提供的假體型號選擇、安裝股骨試模。將腿伸直(保持10 °～20 °屈曲),選擇10 mm的間隙測塊,用兩指測量法測量;再將腿屈曲90 °～100 °用同樣的方法測量屈曲間隙。

4.12 安裝脛骨試模并測試屈伸間隙 間隙測量合適后,取下股骨試模,把相應(yīng)尺寸的脛骨托試模置于脛骨截骨表面上,使用脛骨限位鉆,鉆2個脛骨固定栓孔。根據(jù)術(shù)前設(shè)計型號和位置安放脛骨試模,合適的股骨部件試模、脛骨托試模以及脛骨襯墊試模進行膝關(guān)節(jié)屈伸間隙平衡和穩(wěn)定性測試。

4.13 假體安裝 取下脛骨試模,將傷口沖洗干凈,調(diào)和骨水泥,安裝脛骨假體和股骨假體。再使用工具將墊片放到脛骨底座上,保持膝關(guān)節(jié)屈曲45 °位骨水泥凝固。

綜上所述,應(yīng)用AI+3D打印導板進行固定平臺單髁置換術(shù)具有較多優(yōu)勢,可以使得手術(shù)更加簡便,截骨線更加精準,截骨量更加精確,膝關(guān)節(jié)屈伸平衡更加良好。應(yīng)用3D打印導板進行手術(shù)也要建立固定的手術(shù)流程和操作規(guī)范,按照操作流程進行操作,將大大降低手術(shù)風險,使手術(shù)醫(yī)生迅速度過學習曲線,從而實現(xiàn)高水平的手術(shù)精準性,同時具有手術(shù)風險小、術(shù)后恢復(fù)快和臨床療效較好的特點[7]。