基于快速成型及3D打印技术全膝关节置换术治疗双膝骨性关节炎临床研究

毕文超，梁立卓，刘司南

(1.西安交通大学附属红会医院手外中心，陕西 西安 710054；2.空军军医大学唐都医院骨科，陕西 西安 710038；3.西安交通大学第一附属医院外科重症监护室，陕西 西安 710061)

膝骨性关节炎可对患者生活质量造成严重影响，当前全膝关节置换术(Total knee arthroplasty，TKA)属于该类关节炎可靠治疗方式[1-2]。随着TKA技术的不断发展，其手术适应证逐渐扩大，手术患者越来越年轻化，故对术后效果与手术假体寿命提出了更高要求。以往手术中，一般通过髓内定位系统完成股骨冠状面截骨操作，术者经验、开髓点位置以及设定外翻角等各类因素均可干扰其准确性[3-4]。近年来，临床开始在TKA中采取个性化截骨技术，其主要以磁共振成像(Magnetic resonance imaging，MRI)或X线计算机断层摄影(Computerizedtomography，CT)数据为基础，采用软件对人体膝关节3D解剖模型进行重建，通过快速反转成型以及3D打印技术制造出个性化截骨导向器。研究[5]指出，个性化截骨技术能够提高截骨精确度。本研究以80例双膝骨性关节炎患者为研究对象，比较基于快速成型及3D打印技术TKA术与传统术式的效果。

1 资料与方法

1.1 一般资料 选取西安交通大学附属红会医院收治的双膝骨性关节炎患者80例，按照手术方式差异分为观察组(48例，96膝)与对照组(32例，64膝)。两组性别、年龄、病程、体重指数(BMI)等一般资料比较差异无统计学意义(均P>0.05)，见表1。病例纳入标准：①双膝骨性关节炎经影像学检查确诊；②双侧内翻畸形情况一致；③具有手术适应证，首次双侧行TKA；④诊治资料完整。排除标准：①诊断为非骨关节炎；②具有关节外畸形或者外翻畸形；③膝关节产生巨大骨缺损；④具有膝关节手术史；⑤合并严重内科疾病或者血液系统疾病。所有患者均已签署知情同意书。本研究已经通过医院伦理委员会的审批(批准号：2021LL040412)。

表1 两组患者一般资料比较

1.2 手术方法 两组均选择同一种后交叉韧带保留型(Cruciate Retaining，CR)假体(型号：Gemini MKII，购自德国Link公司)，并选择髌旁内侧入路方式显露膝关节。从正式手术开始采取止血带，结束假体安装后即可松止血带，因而手术时间亦为止血带时间。两组手术均安排同一高年资医师负责主刀。术后实施相同康复计划。

1.2.1 观察组：术前采取快速成型以及3D打印技术制作获得截骨模块。暴露膝关节部位股骨远端前方，有效切除邻近滑膜等软组织，切忌勿去除骨赘。准确找到用于构建相应截骨模块最特殊处，通过股骨远端截骨模块和其唯一匹配。在明确模块匹配安放情况后，利用钉孔充分固定两枚克氏钉。然后取下截骨模块，进行常规股骨远端截骨导板的安装，同时能够经传统截骨导板合理调整截骨量，结束截骨操作。通过测量截骨技术有效完成余下股骨以及胫骨截骨操作。

1.2.2 对照组：充分暴露膝关节部位股骨远端前方，并于股骨远端中央进行开髓，采取髓内杆并且外翻5°～7°安放手术常规截骨导板，截骨厚度按照膝关节屈曲挛缩情况予以确定。完成截骨板固定操作后进行截骨。通过测量截骨技术进行余下股骨以及胫骨截骨。

1.3 观察指标

1.3.1 围手术期指标：包括手术时间、失血量、术后48 h引流量。

1.3.2 手术前后膝关节活动度与膝关节功能(HSS)评分：术前与术后6周，以直尺检测膝关节活动度并评估患者HSS评分。HSS评分共90分，评分越低表示患者膝关节功能越差。

1.3.3 力线：包括下肢机械轴夹角(HKA)和冠状位股骨远端机械轴外侧角(mLDFA)。通过X线片检测患者HKA与冠状位mLDFA。

1.3.4 并发症：包括血肿、深静脉血栓、切口感染等。

2 结 果

2.1 两组患者围手术期指标比较 见表2。两组失血量比较差异无统计学意义(P>0.05)。观察组手术时间明显短于对照组，术后48 h引流量明显少于对照组(均P<0.05)。

表2 两组患者围手术期指标比较

2.2 两组患者手术前后膝关节活动度与HSS评分比较 见表3。术前，两组膝关节活动度、HSS评分比较差异无统计学意义(均P>0.05)。观察组术后6周膝关节活动度及HSS评分显著高于对照组(均P<0.05)。

2.3 两组患者术后力线比较 见表4。两组术前HKA、冠状位mLDFA比较差异无统计学意义(均P>0.05)。术后6周，观察组HKA与冠状位mLDFA明显小于对照组(均P<0.05)。

表3 两组患者手术前后膝关节活动度与HSS评分比较

表4 两组患者术后力线比较(°)

2.4 两组患者并发症发生情况比较 见表5。观察组并发症总发生率明显低于对照组(χ2=5.526，P=0.019)。

表5 两组患者并发症发生情况比较[例(%)]

3 讨 论

TKA手术属于改善膝关节疾病患者转归重要术式，顺利重建下肢力线为取得手术成功并且获得优良临床效果首要条件，同时实现较为准确截骨目标[6-7]。快速成型及3D打印技术制作出的个性化截骨导板为当前TKA术中所采用的新型技术，与精准医疗理念相符。个性化截骨技术主要理论优势为：提高术后假体旋转定位结果准确性，优化冠状面以及矢状面力线，其中假体冠状面与其矢状面力线通常和股骨远端以及胫骨近端截骨紧密相关[8-9]。本研究采取快速成型及3D打印技术设计出个性化截骨导向器，能够有效提高股骨假体冠状面与其矢状面截骨精确程度，同时仅需确定股骨远端具体截骨厚度即可。对于旋转定位，本研究在术前患者膝关节CT横断面不同层面找出通髁线，同时测量通髁线以及股骨后髁连线之间的夹角。进行手术时，利用传统手术工具达到个性化股骨旋转定位目的[10]。对于胫骨截骨方面，笔者认为以往传统手术技术能够实现相对准确的相应胫骨假体力线。有研究[11]指出，个性化截骨技术组中90%患者术后股骨假体植入位置与术前计划间的差异<2°/2 mm，然而胫骨假体植入位置具有显著差异，故研究未对胫骨侧进行个性化截骨导板设计。除此之外，研究3D打印材料采用聚乳酸，可以缩短术前等待获得截骨导板时间及成本[12]。现阶段，与个性化截骨技术内容有关的报道较多，但临床实际效果依然存在较大争议[13]。本研究中，观察组患者手术时间明显短于对照组，并且术后48 h引流量显著小于对照组，与李杨等[14]研究结论一致，说明基于快速成型及3D打印技术TKA术可缩短双膝骨性关节炎手术时间，减少患者术后引流量。快速成型及3D打印技术能够在术前确定手术假体大小，为手术医师提供更多患者个体化信息，提高手术精确性，从而缩短手术时间[15-16]。

本研究显示，观察组患者术后膝关节活动度与HSS评分均明显高于对照组，表明相较于传统术式，基于快速成型及3D打印技术的TKA术治疗双膝骨性关节炎后患者膝关节功能恢复更快。快速成型及3D打印获得截骨导板前，医师已经对术中使用假体、截骨角度大小与截骨厚度等进行了准确评估，在此基础上设计具体个性化手术治疗方案，术中酌情去除并且去神经化处理髌骨邻近骨赘，按照其生理结构合理修整髌股关节面，可让假体与患者膝关节解剖结构更匹配，从而使患者术后能够早期开展有效的膝关节功能锻炼[17-18]。本研究还显示，观察组术后6周HKA与冠状位mLDFA均明显小于对照组，且并发症总发生率较对照组明显更低，提示基于快速成型及3D打印技术的TKA术能够促进双膝骨性关节炎患者下肢力线更好地恢复，降低并发症发生风险[19-20]。

综上所述，与传统术式相比，基于快速成型及3D打印技术的TKA术治疗双膝骨性关节炎，可缩短手术时间，降低术后引流量，改善下肢力线，加快患者膝关节功能恢复，同时减少手术并发症，应用价值较高。