3D 打印技术辅助全膝关节置换术的临床研究与应用

张微微 贾长军 吴凡 王聪 于洋

在医疗科技不断发展以及人们健康意识增强的背景下,全膝关节置换术成为了骨科临床上比较多见的手术类型［1］。该手术能有效治疗膝关节功能障碍的患者,缓解因膝关节疾病引起的疼痛等不适感,帮助患者恢复正常的生活［2］。而全膝关节置换术的有效性有赖于手术过程中截骨、假体安装的精度。在传统的全膝关节置换术中,需要借助引导器械进行髓内外的定位、测量和截骨,这对手术操作者而言无疑是巨大考验,而其手感与经验将会直接影响假体的置入位置精确性［3,4］。随着3D 打印技术的不断发展,其在全膝关节置换术中逐渐发挥了重要作用［5］。本文将对3D 打印技术运用于全膝关节置换术的效果进行分析,现报告如下。

1 资料与方法

1.1 一般资料 本次的研究对象为2016 年6 月～2020 年5 月入院需要进行全膝关节置换术的患者中选取50 例。随机分为对照组及研究组,每组25 例。对照组患者中,男15 例(60.00%)、女10 例(40.00%)；年龄46～72 岁,平均年龄(59.21±11.51)岁；关节炎分级：Ⅲ级18 例(72.00%)、Ⅳ级7 例(28.00%)。研究组患者中,男14 例(56.00%)、女11 例(44.00%)；年龄47～72 岁,平均年龄(59.85±11.63)岁；关节炎分级：Ⅲ级17 例(68.00%)、Ⅳ级8 例(32.00%)。两组患者的一般资料比较,差异无统计学意义(P>0.05),具有可比性。

1.2 纳入及排除标准

1.2.1 纳入标准 经临床与影像学检查确诊为需要进行全膝关节置换术的患者；临床资料齐全的患者；自愿参与研究,并对相关事宜知情同意的患者。

1.2.2 排除标准 存在手术禁忌证的患者；存在精神异常、认知障碍等不能进行正常交流、沟通的患者。

1.3 方法

1.3.1 研究组 采取3D 打印技术辅助全膝关节置换术：采用CT 扫描,从骨盆至踝穴,采取5 mm 薄层扫描,在CT 扫描的辅助下,利用计算机进行三维重建,计算出内外翻角度、后倾角度,确定膝关节假体型号。之后根据患者的立线确定截骨矫形的角度,并利用此分别打印出股骨与胫骨侧的截骨导板。常规麻醉后,患者保持仰卧体位,给予其患肢气囊止血,随后进行常规的消毒、铺巾。手术切口选择髌前正中位置,进行逐层切开直至深筋膜,随后改为绕髌内侧切口,将股直肌内侧缘切开,直至胫骨结节。在手术过程中,将胫骨侧直接显露,放置导板固定后进行截骨,针板股骨侧放置导板,定位针固定后四合一截骨。在完成截骨后,采取间隙平衡法,对软组织的内外侧平衡进行细微调整。最后进行假体试模,在完成冲洗后安装假体。

1.3.2 对照组 采取传统全膝关节置换术：股骨机械轴的定位采取髓内定位方式,并进行股骨远端截骨,截骨的初始量为9 mm,将股骨髁间线作为参照,进行股骨四合一截骨以及髁间截骨。胫骨机械轴的定位采取髓外定位方式,并进行胫骨近端截骨,截骨的初始量为9 mm,根据患者的实际情况进行软组织的松解,能够对内外侧的平衡进行调整,并彻底清除后侧骨赘与籽骨。最后进行假体试模,在完成冲洗后安装假体。

1.4 观察指标 ①比较两组HKA、FFC、FTC、LFC、LTC 的偏差值。下肢力线测量：从股骨头旋转中心到膝关节中心再到踝关节中心划线测量。膝关节假体位置在术后2 周采用全长负重位X 线片进行评估。②比较两组的手术时间。

1.5 统计学方法 采用SPSS23.0 统计学软件进行统计分析。计量资料以均数±标准差()表示,采用t 检验；计数资料以率(%)表示,采用χ2检验。P<0.05 表示差异具有统计学意义。

2 结果

2.1 两组HKA、FFC、FTC、LFC、LTC 的偏差值比较 研究组HKA、FFC、LFC、LTC 的偏差值均小于对照组,差异具有统计学意义 (P<0.05)；两组FTC 的偏差值比较,差异无统计学意义(P>0.05)。见表1。

表1 两组HKA、FFC、FTC、LFC、LTC 的偏差值比较 (,°)

表1 两组HKA、FFC、FTC、LFC、LTC 的偏差值比较 (,°)

注：与对照组比较,aP<0.05

2.2 两组手术时间比较 研究组手术时间为(65.76±10.88)min,短于对照组的(75.56±12.26)min,差异具有统计学意义 (P<0.05)。见表2。

表2 两组手术时间比较 (,min)

注：与对照组比较,aP<0.05

3 讨论

对于膝关节功能障碍患者而言,全膝关节置换术是有效的治疗方式。全膝关节置换术在临床上用于治疗该类患者已经多年,在一些研究中通过随访发现患者术后的膝关节功能会出现明显的减弱,而该现象与下肢力线、假体位置安装的精确度有密切关联［6,7］。然而在传统的术式中,关于机械轴的定位多受到手术操作者的主观影响,比如自身对解剖结构的了解程度、视觉判断能力等,导致不同患者的手术疗效具有较大差异［8］。因此,采用客观的评估手段是改善这一问题的关键。

本次研究中,研究组HKA、FFC、LFC、LTC 的偏差值分别为(0.73±0.23)、(1.45±0.36)、(7.22±0.37)、(2.38±0.35)°,均小于对照组的(1.02±0.37)、(1.86±0.45)、(8.39±0.58)、(3.77±0.66)°,差异具有统计学意义 (P<0.05)；两组FTC 的偏差值比较,差异无统计学意义(P>0.05)。表明在全膝关节置换术中运用3D 打印技术辅助,能够提供更精准的机械轴定位与测量数据,进而帮助手术操作者选择更为合理的截骨量,能够尽量减少下肢力线以及假体在不同面的偏差角度,这对全膝关节置换术的远期疗效和假体使用寿命具有积极影响。在全膝关节置换术中采用CT 扫描,能够对截骨的各个角度进行精准判断,并且能够将提前设置的相关数据进行显示,在截骨操作中,通过验证和反复调整,来得到满意的截骨效果［9,10］。在手术时间上,研究组手术时间为(65.76±10.88)min,短于对照组的(75.56±12.26)min,差异具有统计学意义 (P<0.05)。主要是因为采用了3D 打印技术,手术医生能够在手术前通过CT 扫描与三维重建,得到患者的真实膝关节模型,通过对模型的观察以及相关计算,制定个性化的手术方案,具有极强的目的性,在手术开始后能够快速、准确的开展手术,进而缩短了手术时间,对降低手术风险、减少并发症具有积极影响［11,12］。

综上所述,与传统全膝关节置换术相比,运用3D打印技术辅助治疗会在一定程度上缩短手术时间,能够提供更精准的假体组件安装位置,减少下肢力线及不同面假体的各偏差角度,对减轻假体的不良界面应力具有积极作用,将会延长假体的使用寿命。