3D打印定位钉导板在全膝关节置换术中的应用△

陈坚锋，冯宗权，李知浩

（广东省佛山市中医院骨九科，广东佛山 528000）

随着人均寿命的延长，老年膝关节骨性关节炎的患者日渐增多，且年龄越大，其病变程度越严重。目前临床上对严重膝关节骨性关节炎的治疗方案，最为有效的是全膝关节置换术（total knee arthroplasty,TKA）。传统TKA手术步骤繁琐，器械复杂，手术难度大、时间长，易出现并发症。传统TKA术中股骨侧采用髓内定位技术，操作过程增加了出血量及脂肪栓塞的风险。近年来应用3D打印技术，重建膝关节模型，定制个性化导板，辅助TKA，可简化截骨、增加截骨精确度、缩短手术时间［1，2］。本科近年应用3D打印定位钉导板辅助行全膝关节置换术，疗效良好。现报道如下。

1 临床资料

1.1 一般资料

收集本院2018年7月～2021年2月收治的拟行TKA患者的临床资料，共50例，男9例，女41例，年龄38～82岁（67.35±9.26）岁。依据数字表法随机分为两组，每组25例，均为单侧初次膝关节置换术，所有假体均使用Micro Port公司evolution CS假体。两组患者的年龄、性别、BMI等术前一般情况差异无统计学意义（P＞0.05）。本研究获医院伦理委员会审批，所有患者均知情同意。

1.2 手术方法

3D打印组：根据微创的CT扫描规范对患者进行下肢全长CT扫描，通过Mimics对影像数据进行重建，完成下肢骨模型的建立。对模型进行优化后导入CAD软件并建立坐标系，根据医生的手术要求，进行膝关节的标记和对线，完成虚拟手术，在此基础上完成定位钉导板设计打印出定位钉导板并应用于手术。

行膝前正中切口，髌旁内侧入路，外翻髌骨，屈膝90°，清除炎性滑膜、交叉韧带、半月板等，松解软组织，暴露膝关节。根据术前计划，咬除部分影响定位的骨赘，将3D打印胫骨平台定位钉导板紧贴胫骨平台，沿定位孔打入2根骨钉，安装截骨板，完成胫骨平台截骨；将3D打印股骨髁定位钉导板紧贴股骨髁，沿定位孔打入4根骨钉，安装股骨远端截骨板，完成股骨远端截骨；安装四合一截骨板，完成股骨前后髁截骨。安装试模检验截骨是否合适，并行胫骨平台旋转定位，开槽。脉冲冲洗枪冲洗膝关节，吸干净骨面，调制涂抹骨水泥，置入相应假体。行髌骨成形术，术区注射鸡尾酒，骨水泥固化后，再次冲洗膝关节，逐层缝合。无菌棉垫包裹，弹力绷带加压包扎患肢。

常规组：手术暴露过程同前，术中使用常规截骨器械进行截骨，选择假体型号，术中需打开股骨髓腔作股骨假体定位。截骨完成后，脉冲冲洗枪冲洗膝关节，吸干净骨面，调制涂抹骨水泥，置入相应假体。行髌骨成形术，术区注射鸡尾酒，骨水泥固化后，再次冲洗膝关节，逐层缝合。无菌棉垫包裹，弹力绷带加压包扎患肢。

1.3 评价指标

记录围手术资料，术后6个月进行患者满意度评分。行影像检查，测量两组术后髋-膝-踝角（hipknee-ankle angle,HKA）、冠状面股骨假体角（frontal femoral component angle,FFC）、冠状面胫骨假体角（frontal tibial component angle,FTC）、侧方胫骨假体角（lateral tibia component angle,LTC），计算两组与理想情况下 HKA=180°、FFC=90°、FTC=90°、LTC=87°之间的偏差值。

1.4 统计学方法

应用SPSS 22.0统计软件对数据进行统计学处理，计量资料以均数±标准差表示，组间比较采用两样本均数比较的t检验，计数资料采用卡方检验，等级资料采用秩和检验。P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

两组均顺利完成手术，术中无神经、血管损伤等严重并发症，术后所有患者无感染、DVT等严重并发症。手术时间3D打印组为（59.93±1.75）min，常规组为（79.02±2.14）min，两组间差异有统计学意义（P＜0.001）。本组50例患者获得（13.16±2.44）个月随访，末次随访时患者满意率，3D打印组为88.00%，常规组为60.00%，两组间差异有统计学意义（P＜0.05）。影像测量结果见表1，末次随访时3D打印组HKA偏差值、FFC偏差值、FTC偏差值、LTC偏差值均小于常规组，差异有统计学意义（P＜0.05）。

表1 两组患者影像测量指标（°，±s）与比较

表1 两组患者影像测量指标（°，±s）与比较

images/BZ_90_1296_1433_1541_1500.pngimages/BZ_90_1541_1433_1846_1500.pngimages/BZ_90_1846_1433_2111_1500.pngimages/BZ_90_2111_1433_2276_1500.pngimages/BZ_90_1296_1566_1541_1633.pngimages/BZ_90_1541_1566_1846_1633.pngimages/BZ_90_1846_1566_2111_1633.pngimages/BZ_90_2111_1566_2276_1633.pngimages/BZ_90_1296_1699_1541_1766.pngHKA差值FTC差值images/BZ_90_1541_1699_1846_1766.png1.53±0.54 1.34±0.51images/BZ_90_1846_1699_2111_1766.png1.72±1.14 1.84±1.07images/BZ_90_2111_1699_2276_1766.png＜0.001 0.014

3 讨论

TKA要取得优良的疗效，必须要重建正常的下肢力线，适当的假体旋转角度和关节线高度，完美的软组织平衡，确切有效的止痛，积极的功能锻炼。TKA手术技术，重建正常的下肢力线是关键［3］。而重建下肢力线，需要精准的截骨和良好的软组织平衡，而精准的截骨起到了关键性作用［4］。传统TKA手术，医生依靠髓内、外定位器械和本身的经验，判断术中的截骨量和角度、假体大小、旋转角度和软组织平衡，往往缺乏精确性。而超半数的早期失败与术中假体位置不当、力线不合适有关［5，6］。而且传统TKA手术股骨侧利用髓内定位，需要打开髓腔扩髓，增加了出血，且打开髓腔后脂肪组织易进入血管，增加了脂肪栓塞的风险［7］。目前，比较成熟的膝关节系统，仍为进口品牌，其假体及工具的设计，主要参照西方人种的膝关节解剖结构，而国人的膝关节在细致解剖上有别于西方人种，这导致手术过程中，按设置的角度截骨，时有截骨定位不精确，偶有假体不能完美适用，从而影响下肢力线对位［8］。

为了增加截骨的精准度，近年来出现了多种辅助技术。如计算机导航辅助TKA，机器人辅助TKA、3D打印截骨导板辅助TKA等。3D打印技术定制个性化导板辅助关节置换手术，操作简便，具有个性化、精准化、远程化等优点，使得关节畸形严重患者手术计划的制定和术中操作简单化、精确化，从而提高关节外科复杂高难度手术的成功率，使手术更精确、更安全［9，10］。

图1 患者，女，38岁，左股骨下端粉碎性骨折术后继发膝关节创伤性关节炎并关节僵硬，行3D打印导板引导下TKA手术治疗 1a～1c:X线片示膝关节关节间隙消失、融合，股骨轴线改变、内固定钢板螺钉存留、髓腔变细且受阻 1d:术前膝关节外观 1e～1g:术后X线片示假体位置良好 1h:术后膝关节功能良好

有学者对髋关节严重畸形患者，应用3D打印技术打印出髋臼模型，辅助行人工全髋关节置换术，可以保证按计划精确置入假体［11］。康鹏德等［12］研究发现，应用计算机CT三维重建技术，可以准确地预测骨科内置物的大小及位置，具有较高的可行性。在膝关节置换方面，根据个体化的解剖数据，设计的膝关节手术辅助导板，可以避免扩髓，提高截骨的精准度，缩短手术时间，减少术后引流量［13］。常见的膝关节导板有两种类型：截骨槽导板和定位钉导板。刘帅等［14］研究发现，3D打印截骨槽导板与定位钉导板在TKA中均可获得较好的临床效果，但定位钉导板稳定性更好。该研究发现，截骨槽导板组需要相对较大的暴露，更容易受骨赘的影响，但稳定性较好。而定位钉组仅利用股骨前皮质及远端局部区域固定，暴露范围较小。截骨槽组中锯片摆动及摩擦对截骨槽造成机械性和热熔性损伤，易造成截骨板的断裂；而定位钉导板组对机械性要求较少，没有发生断裂。

本研究中定位钉导板的应用，减少了手术暴露范围，术中不必打开股骨髓腔，减少出血，减少脂肪栓塞的风险。术中不必反复测量和比对，简化手术步骤，减少术中使用工具的数量，减少了手术时间；且假体安置角度不受工具限制，更加精准和个体化。在一些特殊情况下，3D打印技术有重要意义。如：膝关节严重内、外翻畸形，严重骨缺损，常规手术没有明确的骨性标志；骨干畸形愈合，髓内定位杆不能插入到合适位置，不能提供准确的定位参考，工具提供的角度范围不能满足要求；膝关节附近骨折内固定物存留，术中拆除内固定物需要增加手术时间，一个手术切口不能兼顾，可能发生内固定物拆除困难，增加创伤和感染风险。上述情况应用定位钉导板，可以精确定位，截骨过程化繁为简，避免并发症。然而，定位钉导板技术，只能简化、优化截骨，不能忽略软组织平衡技术。对于一些特别困难的病例，不能单纯依靠导板技术完成截骨，也应做好软组织平衡。3D重建数据来源于CT扫描数据，因CT不能显示关节软骨，故建模有失真的可能。如术中关节面残留软骨较多，影响定位钉导板安置的贴合度，需去除部分软骨以增加定位钉导板安置的精确性。

总之，应用3D打印定位钉导板辅助行全膝关节置换，可减少手术时间，减少创伤及出血，减少脂肪栓塞风险，截骨精准，患者恢复快、效果好；在畸形严重、内固定物存留等特殊情况下，更能使截骨化繁为简，安全快捷。