定制3D打印切模辅助全膝关节置换术的临床疗效分析

曹 恒 刘明廷 石 辉 刘 康

定制3D打印切模辅助全膝关节置换术的临床疗效分析

曹 恒 刘明廷*石 辉 刘 康

目的探讨定制3D打印切模辅助全膝关节置换术的临床疗效。方法选取我科从2016年1～7月期间10例（切模辅助组）患者，根据患者的术前CT扫描数据，在定制3D打印切模辅助下行全膝关节置换术；再选择10例（对照组）行传统全膝关节置换术的患者，比较两组患者术中出血量和术后引流量及手术时间，并在术后2周比较膝关节活动度变化情况，然后术后1个月比较患侧膝关节HSS评分变化情况，将以上数据并进行统计学分析。结果切模辅助组和对照组相比较，前者在术中出血量和术后引流量、手术时间方面均少于对照组，差异具有统计学意义（P＜0.05）；术后1个月的患侧膝关节HSS评分，两组比较差异无统计学意义（P＞0.05）；术后2周患侧膝关节活动度两组比较差异无统计学意义（P＞0.05）。结论定制3D打印切模辅助全膝关节置换术对患者术后膝关节功能恢复、关节活动度的影响与传统的全膝关节置换术并无差异，但是手术时间缩短，术中出血量和术后引流量减少。

3D打印；全膝关节置换；临床疗效

目前，随着我国人口老龄化现象的不断加重，膝关节退行性变的患者越来越多，而全膝关节置换术（total knee arthroplasty，TKA）作为目前治疗骨性关节炎终末期最为有效的手术方案，已在临床获得了广泛的应用。膝关节作为具有众多滑膜组织、血运丰富且功能复杂的大关节，在进行TKA过程中经常因为需要复杂的截骨及各种试模而造成手术时间过长，术中出血量较多，有时可能会因截骨不当伤及不必要的血管神经［1］。同时，如何能够完成复杂条件下的TKA，做到快速和准确的对位、对线，是关节外科医师手术成功的重要因素［2］。随着科学技术的不断发展，三维（three dimentional，3D）打印作为一种新型制造技术，在经历多年发展后已越来越受人们的关注，在骨科领域的应用也逐步拓展和深入［3］。3D打印技术的出现与成熟，为解决上述问题提供了一种新的方案。为此本文选择我科从2016年1～7月期间20例行THA的患者，通过探讨3D打印技术辅助下TKA与传统TKA的临床疗效区别，以期发现两者间的相互区别与联系，从而为3D打印技术在骨科领域的应用提供更广泛的理论依据和指导，最终为患者提供更为简便有效的手术方来使其解除病痛。

1 资料与方法

1.1 一般资料

选取我科从2016年1月～2016年7月期间20例患者，每组各10人，其中20例患者中男8例，女12例；左膝7例，右膝13例。平均年龄66岁（59～81岁），平均体重指数（BMI）23.47。切模辅助组的10例患者，根据术前影像学资料扫描数据，在定制3D打印切模辅助下行TKA；对照组的10例患者行传统的TKA，选取的20例患者均诊断明确且符合行TKA的手术指征。术前仔细查看患者的现病史、既往史及家族史，对全部患者进行入院常规检查包括心电图、胸片等，并对手术部位给予影像学检查；对于有凝血功能、深静脉血栓病史及其他情况不宜手术的患者，术前予以排除。

1.2 手术方法

1.2.1 切模辅助组手术均由通讯作者带领施行，患者均采用腰硬联合麻醉。麻醉生效后患者取平卧位，患侧大腿部位上气囊止血带，常规术肢碘酊、酒精消毒两遍，贴护皮膜，取膝关节前正中切口，长约16 cm，上至髌骨上极，下达胫骨结节内侧，切开皮肤、皮下组织止血；沿股内侧肌外缘切开关节囊至胫骨结节内侧，将髌骨向外侧翻转，膝关节屈曲90°，切除全部半月板和前后交叉韧带，咬除髌骨及胫骨、股骨增生的骨赘，松解外侧软组织后安装胫骨近端切模并截骨。然后安装股骨切模，对股骨进行外翻截骨，安装截骨模块，放置试模，在其引导下进行髁间截骨。对胫骨近端进行打孔，脉冲式冲洗生理盐水约2000 mL，吸干后在胫骨和股骨的截骨面铺骨水泥，安装假体及垫片。台上测试力线良好，然后再次生理盐水彻底冲洗关节腔，放置负压引流管1根，1号可吸收线严密缝合关节囊，逐层缝合切口，术后弹力绷带加压包扎。

1.2.2 对照组手术亦均由通讯作者带领施行，采用传统标准TKA方法。

1.3 术后处理

切模辅助组和对照组术后均给予常规抗凝治疗，抗生素使用1～3 d预防感染，伤口引流48 h。术后第1天两组患者开始循序渐进行被动关节功能活动或等长股四头肌收缩锻炼，术后康复锻炼均由同一名康复师进行指导。

1.4 观察指标

手术时分别记录两组患者术中出血量，手术时间，记录术后引流量，并在术后2周比较膝关节活动度变化情况，然后术后1个月比较患侧膝关节HSS评分变化情况，将以上数据并进行统计学分析。

1.5 统计学方法

应用SPSS 19.0进行统计学处理，计量资料采用均数±标准差表示，组间比较，均值比较用t检验，以P＜0.05为差异有统计学意义。

图1 A术前3D打印截骨模型B术中指导截骨模型

2 结果

切模辅助组和对照组相比较，前者在术中出血量和术后引流量、手术时间方面均少于对照组，两组比较差异具有统计学意义（P＜0.05），见表1；术后1个月的患侧膝关节HSS评分，两组比较差异无统计学意义（P＞0.05）见表2；术后2周患侧膝关节活动度两组比较差异无统计学意义（P＞0.05），见表2。

图2 男68岁，3D打印切模辅助TKA术前和术后图片，术前正侧位片可见关节间隙变窄，有多量骨赘形成；术后关节假体位置可；A术前右膝关节正位片；B术前右膝关节侧位片；C 3D打印切模辅助TKA术后正位片；D 3D打印切模辅助TKA术后侧位片

表1 患者手术评估指标变化

表2 术后膝关节及活动度评分

3 讨论

3.13 -D打印技术的原理

目前，TKA已经成为临床治疗膝关节退行性变终末期的重要手段，但是随着医学技术的不断发展，传统TKA的缺点日益暴露，手术操作繁琐、手术器械复杂、需按患者病情大范围截骨，这些缺点在一定程度上限制了TKA的临床推广［3］。使用3D打印技术辅助行TKA，可使手术操作步骤简化，缩短手术时间，减少出血，并能减少术后发生深静脉血栓的风险，因此非常具有临床应用价值。该技术的基本原理就是术前将病人的影像学资料利用3D打印机辅助设计软件进行建模，然后对解剖模型进行整合处理并设计出适合该患者的截骨切模，最后利用3D打印机将术前早已经设计好的数据模型打印成为实物［3-5］。根据打印出的实物提前匹配适合患者膝关节的假体以备术中用，手术时不需要再根据传统手术的方法进行截骨，而是利用事先制作好的切模对股骨及胫骨进行截骨，然后安装好术前早已备好的膝关节假体，术中截骨完全是按照患者自身的解剖特点进行，从而使得手术时间缩短，术中出血量减少，患者术中的风险也随之减少。尤其是对于高龄患者来说，手术风险随着手术时间的延长会越来越大，因此，3D打印技术辅助下行TKA可减少这种风险的发生。

3.23 -D打印技术的应用

目前，3D打印技术已经开始应用于医学领域的多个学科并取得了飞速发展，例如3D打印技应用于肝胆外科用来打印肝脏模型，应用于神经外科领域用来打印颅骨并进行颅内血肿穿刺和肿瘤的切除。在骨科中的应用主要是关节假体模型、手术辅助材料等，尤其在关节疾病的治疗中优势明显［6，7］。Sun等［8］应用3-D打印技术治疗骨盆肿瘤，通过术前运用计算机辅助软件设计出骨盆模型，术中快速切除肿瘤，术后患者恢复好，手术取得了非常好的治疗效果。Lee等［9］运用3-D打印技术设计关节假体，术中快速为2例硬化性增生性骨病的患者施行TKA，术后患者恢复良好。Sci⁃berras等［10］运用3-D打印技术成功治疗1例复杂髋关节翻修术的患者。因此，采用3D打印技术依据患者影像学资料建模打印出实体模型，然后术中进行截骨切模，保障了切模完美匹配，使截骨操作真正依据客观数据而非主观经验，从而保障了假体放置准确和完美，也减少了手术时间和手术出血量，提高了术后假体生存率及关节功能［11-13］。因此，应用3-D打印技术在骨科领域前景十分可观，可明显提高手术的精确度，尤其是对于骨科一些高难度、复杂的手术，运用该技术可以明显减少手术的时间，从而最大限度的减少手术创伤及术后并发症的发生，关节术后功能恢复良好。

3.33 -D打印技术的优点和缺点

将3-D打印技术应用于TKA，有利于减少手术时间，使手术操作更精准，取得了良好的临床疗效。本研究结果显示，应用3D打印技术辅助TKA手术时间明显缩短，手术出血量切模辅助组也显著少于对照组，而术后膝关节功能恢复、关节活动度的影响与传统的TKA并无差异，这表明定制3D打印切模辅助TKA有很大推广价值。然而由于本次试验应用3D打印技术进行TKA的患者样本量较少，且未进行长期临床效果观察，故本研究结果的可靠性还有待大样本的长期对照研究来验证。目前，尽管多数骨科专家学者及其他领域的科研工作人员都在研究该项技术，且相关的研究技术也越来越成熟，但是考虑得到3-D打印仍然存在打印费用成本高、打印耗时时间长等缺点，同时因该项技术需要医疗医疗器械的审批条例才可以广泛推广，因此3-D打印辅助TKA在临床的应用推广仍然需要更多的理论研究和实际案例来支持［14，15］。尽管如此，我们仍然相信该项技术在未来骨科领域尤其关节外科的发展中必会起到决定性的作用。

通过以上资料反映出，应用3D打印切模辅助TKA相对于传统的TKA手术出血量和术后引流量、手术时间方面均减少；而术后1个月的患侧膝关节HSS评分，两组比较无明显差异；术后2周患侧膝关节活动度比较切模辅助组和对照组差异也不明显。综上所述，3D打印切模辅助TKA相对于传统的TKA有一定优势，该技术对患者术后膝关节功能恢复、关节活动度的影响与传统的TKA并无差异，但是手术时间相对缩短，术中出血量和术后引流量减少。在本研究中，尽管20例患者的样本数量并不多，说服力不强，但实验数据和结果真实可靠。因此我们有理由相信，随着医学的不断发展，3D打印技术未来在临床中的应用将会变得越来越广泛。

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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山东滨州滨州医学院附属医院骨关节外科

*通讯作者：刘明廷，Email：doctlmt@163.com