3D打印个体化截骨导板在胫骨高位开放截骨中的应用

余博臣 吴国保 金刚

【摘要】 目的：分析3D打印個体化截骨导板在胫骨高位开放截骨中的应用。方法：选取2021年6月—2022年6月上饶市人民医院收治的膝关节内侧间室骨关节炎患者50例，采用随机数字表法分为3D打印组（25例）和常规组（25例）。3D打印组采用3D打印截骨导板辅助胫骨高位截骨完成手术，常规组采用常规截骨方式完成手术。比较两组手术时间、术中透视时间、术后力线偏差比值及手术前后的胫骨近端内侧角（MPTA）、胫骨假体后倾角（PTS）和下肢负重线比率（WBL），采用视觉模拟评分法（VAS）、美国特种外科医院膝关节功能评分（HSS）和美国膝关节协会评分（KSS）评估手术前后的疼痛感和膝关节功能，统计术后3个月内并发症发生情况。结果：3D打印组手术时间、术中透视时间均明显短于常规组，3D打印组术后力线偏差比值小于常规组（P<0.05）。与手术前相比，两组术后1、3个月VAS评分均明显降低，MPTA均明显升高，且3D打印组VAS评分均低于常规组，差异均有统计学意义（P<0.05），两组术后1、3个月MPTA比较差异均无统计学意义（P>0.05）。与术前相比，两组术后1、3个月HSS评分和KSS评分均明显升高（P<0.05），且术后3个月HSS和KSS评分均较术后1个月更高。与术前相比，两组术后1、3个月WBL、PTS均升高，且3D打印组WBL均高于常规组，差异均有统计学意义（P<0.05）；两组术前、术后1、3个月PTS比较，差异均无统计学意义（P>0.05）。结论：3D打印截骨导板辅助胫骨高位截骨进行手术患者可明显缩短手术时间及术中透视时间，改善患者膝关节功能及下肢力线，同时不会增加术后并发生发生风险。

【关键词】 胫骨高位开放截骨术 个性化截骨导板 3D打印

Application of 3D Printing Personalized Osteotomy Guide Plate in Open High Tibial Osteotomy/YU Bochen， WU Guobao， JIN Gang. //Medical Innovation of China， 2023， 20（34）： 0-040

[Abstract] Objective： To analyze the application of 3D printing personalized osteotomy guide plate in open high tibial osteotomy. Method： A total of 50 patients with medial compartment osteoarthritis of knee joint admitted to Shangrao People's Hospital were selected and divided into the 3D printing group （25 cases） and the conventional group （25 cases） according to the random number table method from June 2021 to June 2022. The 3D printing group was given 3D printing personalized osteotomy guide plate assisted the high tibial osteotomy to complete the operation， while the conventional group was given routine osteotomy method to complete the operation. The operation time， intraoperative fluoroscopy time， postoperative alignment deviation ratio， medial proximal tibial angle （MPTA）， posterior tibial slope （PTS） and weight-bearing line （WBL） before and after operation were compared between the two groups， the visual analogue scale （VAS）， the American hospital for special surgery knee function score （HSS） and American knee society score （KSS） were used to evaluate the pain and knee function before and after operation， and the complications within 3 months after operation were recorded. Result： The operation time and intraoperative fluoroscopy time of the 3D printing group were significantly shorter than those of the conventional group， the postoperative alignment deviation ratio in the 3D printing group was smaller than that of the conventional group （P<0.05）. Compared with the preoperative， VAS scores were significantly decreased and MPTA was significantly increased in both groups at 1 month and 3 months after operation， and VAS scores in the 3D printing group were lower than those in the conventional group， the differences were statistically significant （P<0.05）， there were no statistically significant differences in MPTA between two groups 1 month and 3 months after operation （P>0.05）. Compared with the preoperative， HSS scores and KSS scores in two groups at 1 month and 3 months after operation were significantly elevated （P<0.05）， and HSS and KSS scores at 3 months after operation were higher than those at 1 month after operation. Compared with the preoperative， the WBL and PTS of the two groups were increased at 1 month and 3 months after operation， and the WBL of the 3D printing group were higher than those of the conventional group， the differences were statistically significant （P<0.05）; there were no significant differences in PTS between the two groups before operation， 1 month and 3 months after operation （P>0.05）. Conclusion： The application of 3D printing personalized osteotomy guide plate in open high tibial osteotomy can significantly shorten operation time and intraoperative fluoroscopy time， improve the knee joint function and lower limb alignment， and does not increase the risk of postoperative complications.

[Key words] Open high tibial osteotomy Personalized osteotomy guide plate 3D printing

First-author's address： Shangrao People's Hospital， Jiangxi Province， Shangrao 334000， China

doi：10.3969/j.issn.1674-4985.2023.34.008

膝关节骨关节炎好发于老年人，且随着年龄增长而症状逐渐加重，病因考虑为关节退变及剧烈活动、劳损等综合原因^[1-2]。多数膝关节骨关节炎患者初期症状较轻，若治疗不及时，则会引起关节畸形，残废，影响正常生活^[3-4]。胫骨高位截骨术（HTO）是一种常用的骨外科手术方式，主要用于膝关节内侧间室骨关节炎治疗，因其技术成熟、疗效明确而受到临床医生和病患的青睐，但HTO对患者损伤较大，受制于术后易感染、并发症较多、术后康复周期较长等因素，术后膝关节功能恢复效果欠佳^[5-6]。3D打印技术是近年来兴起的一项高科技生产技术，具有个性化的模型优势，已广泛应用于骨科实验模型的制作、辅助材料打印、植入物打印和关节手术打印等领域，它可以为HTO的患者提供个性化的专属器械和植入物，并能充分考虑到解剖变异和缺陷对疗效的影响，从而显著提高手术截骨的准确性、假体的机械强度和重建后膝关节的稳定性^[7-9]。本研究分析3D打印个体化截骨导板在胫骨高位开放截骨中的应用，旨在为临床治疗膝关节内侧间室骨关节炎患者提供新的方向和思路。现报道如下。

1 资料与方法

1.1 一般资料

选取上饶市人民医院2021年6月—2022年6月接受治疗的膝关节内侧间室骨关节炎患者50例。纳入标准：符合文献^[10]《骨关节炎诊疗指南》中相关诊断标准；膝内翻畸形位于胫骨侧，胫骨近端内侧角（MPTA）<85°；既往无膝关节手术史、感染史；临床资料完整。排除标准：存在严重关节退变（Ahlback Ⅲ级及以上），多间室病变；严重高位髌股关节炎；膝关节固定屈曲畸形>15°；风湿性关节炎；膝关节屈伸范围小于90°；存在严重骨质疏松；存在严重膝关节不稳定；存在重要脏器功能障碍；精神障碍患者或语言障碍；存在患肢神经血管损伤；术后不配合患肢功能锻炼。采用随机数字表法将患者分为3D打印组（25例）和常规组（25例）。患者及其家属均详细了解本项研究，并自愿签署知情同意书，研究经本院医学伦理委员会审核通过后开展。

1.2 方法

3D打印组采用3D打印截骨导板辅助胫骨高位截骨完成手术：患者进行常规检查，术前行双下肢全长X线片和CT检查，测量截骨的生理结构。将获得的数据输入计算机，进行导板设计，通过3D打印技术定制截骨导板实体，并进行术前手术模拟。手术选择膝关节胫骨结节内侧切口，逐层切开暴露至胫骨确定截骨平面的内侧起点，确认3D打印的膝关节模型安放骨科定位点并打入3枚克氏针固定。安装3D股骨远端截骨导板，确保定位模块紧贴于膝关节解剖结构后进行截骨。根据假体型号安装假体并用骨水泥固定，检查力线以确保其状态良好，留置一根负压引流管，逐层关闭伤口。

常规组采用常规截骨方式完成手术：术前行雙下肢全长X线片检查，使用Miniaci法计算出肢力学轴线及截骨位置，麻醉方式、体位和切口均与3D打印组相同，暴露胫骨确定截骨平面的内侧起点，自该起点向外放入1枚克氏针，透视下确定截骨方向，再平行打入另一枚克氏针确定平面无误，利用第三根克氏针测量该平面截骨深度，并确定冠状截骨平面的方向，水平截骨自胫骨后缘3至胫骨中前1/3，紧贴克氏针；冠状接骨面应截断外侧皮质，截骨后调整矫正角度，反复透视确认下肢力线，锁定钛板和螺钉固定该截骨角度，再次透视确认固定满意，留置一根负压引流管，逐层关闭伤口。

两组术后均给予常规抗感染治疗，均由专业康复治疗人员指导患者进行术后功能锻炼。两组手术均由同一手术团队医生完成，且均随访至术后3个月。

1.3 观察指标及评价标准

（1）比较两组手术时间、术中透视时间、术后力线偏差比值。（2）比较两组术前、术后1、3个月视觉模拟评分法（VAS）评分并测量胫骨近端内侧角（MPTA）。VAS分值越高表示患者疼痛感越强烈^[7]。（3）比较两组术前、术后1、3个月美国特种外科医院膝关节评分（HSS）和美国膝关节协会评分（KSS）。用于评估膝关节功能，HSS由屈曲畸形、关节稳定性、肌力、关节活动度、关节功能、疼痛6项组成，总分为100分，总分越低表示膝关节功能越差^[11]。KSS总分为100分，分值越低表示膝关节功能越差^[12]。（4）两组术前、术后1、3个月均进行标准膝关节正侧位X线检查，测量比较胫骨假体后倾角（PTS）和下肢负重线比率（WBL）。（5）统计两组术后3个月内并发症发生情况，包括术后浅表感染、深部感染、伤口血肿、伤口延迟愈合、其他并发症等情况，比较两组并发症总发生率。

2 结果

2.1 两组一般资料比较

3D打印组男16例，女9例；年龄50～68岁，平均（61.28±2.83）岁；体重指数（body mass index，BMI）20～27 kg/m²，平均（23.25±2.12）kg /m²；患肢：左侧14例，右侧11例；病程3～7年，平均（4.78±1.63）年。常规组男12例，女13例；年龄50～67岁，平均（59.77±2.91）岁；BMI 19～27 kg/m²，平均（22.98±2.05）kg/m²；患肢：左侧10例，右侧15例；病程3～8年，平均（4.92±1.74）年。两组患者在性别、年龄、BMI、患肢和病程等方面比较，差异均无统计学意义（P>0.05），具有可比性。

2.2 两组手术时间、术中透视次数和术后力线偏差比值比较

3D打印组手术时间、术中透视时间均明显短于常规组，3D打印组术后力线偏差比值小于常规组，差异均有统计学意义（P<0.05），见表1。

2.3 两组VAS评分和MPTA比较

两组术前VAS评分和MPTA比较，差异均无统计学意义（P>0.05）；与术前相比，两组术后1、3个月VAS评分均明显降低，MPTA均明显升高，且3D打印组VAS评分均低于常规组，差异均有统计学意义（P<0.05），两组术后1、3个月MPTA比较差异均无统计学意义（P>0.05）。见表2。

2.4 两组HSS和KSS评分比较

两组术前、术后1、3个月HSS评分和KSS评分比较，差异均无统计学意义（P>0.05）。与术前相比，两组术后1、3个月HSS评分和KSS评分均明显升高（P<0.05），且术后3个月HSS和KSS评分均较术后1个月更高。见表3。

2.5 两组PTS和WBL比较

两组术前WBL比较，差异均无统计学意义（P>0.05）；与术前相比，两组术后1、3个月WBL、PTS均升高，且3D打印组WBL均高于常规组，差异均有统计学意义（P<0.05）；两组术前、术后1、3个月PTS比较，差异均无统计学意义（P>0.05）。见表4。

2.6 两组并发症总发生率比较

两组术后浅表感染、深部感染、伤口血肿、伤口延迟愈合、其他并发症等并发症总发生率比较，差异无统计学意义（χ²=1.767，P=0.184），见表5。

3 讨论

膝关节骨关节炎是一种无菌性、慢性、进行性侵犯关节的老年骨关节疾病，由于膝关节的疼痛与功能障碍严重影响患者的生活质量^[13-14]。HTO是一种充分利用膝关节健康软骨的有利条件，使部分正在退变的软骨得到修复的保膝技术，可以减轻症状，延缓骨关节炎的发展，最早用于治疗原发性膝关节畸形，后又被用于治疗膝关节炎，因其安全可靠受到越来越多骨科医生及患者的关注，但部分患者术后可出现感觉障碍、运动障碍、肌肉萎缩等后遗症^[15-17]。3D打印个性化导板辅助胫骨高位截骨手术可帮助手术实施者精准操作，最大程度缓解疼痛并保留关节功能，实现膝关节置换的个性化精准治疗^[18-19]。

本研究采用3D打印组手术时间、术中透视时间均明显短于常规组，3D打印组术后力线偏差比值小于常规组，说明3D打印截骨导板辅助HTO截骨更精准，更能达到理想的下肢力线，这与石威等^[8]研究结果基本一致。分析其原因可能是3D打印截骨导板辅助HTO截骨可制作个性化截骨导板和间隙填充块，在导板和填充块引导下行截骨矫正及钢板安放，可以减少手术时间和术中透视次数。与术前相比，术后1、3个月VAS评分均明显降低，MPTA均明显升高，说明3D打印截骨导板辅助HTO可有效减轻疼痛感，改善膝关节外胫骨近端内翻程度，随着时间延长，其症状进一步改善。MPTA是反映保膝手术治疗的患者胫骨近端形态参数改变情况的重要指标，在HTO手术中发挥重要作用，这与王兴山等^[20]研究结果基本一致。分析其原因符合解剖结构，术中切口较小，软组织剥离较少，可减轻术后疼痛，3D打印导板技術通过术前影像学资料制作所需要的导板，术中通过导板进行定位、定点，并确定线、面及其方向和深度，从而精确实施截骨，有效改善MPTA。本研究中，与术前相比，两组术后1、3个月HSS和KSS评分明显升高，说明采用3D打印截骨导板辅助HTO患者膝关节功能得到明显改善。这与杨家驹等^[21]研究结果基本一致。

PST是膝关节矢状位形态的重要结构，临床上常被用来评估全膝关节置换术后假体位置是否合适，WBL可评估患者术后下肢力线特点，可作为设计目标力线和进行术前计划的重要参照。本研究中，与术前相比，两组术后1、3个月WBL、PTS均升高，且3D打印组WBL均高于常规组，差异均有统计学意义（P<0.05），两组术前、术后1、3个月PTS及并发症总发生率比较，差异均无统计学意义（P>0.05）。说明采用3D打印截骨导板辅助HTO可纠正关节外畸形，恢复正常的下肢力线；且该手术方案不会增加术后并发生症发生风险，具有一定的安全性。

综上所述，3D打印截骨导板辅助HTO进行手术可明显缩短手术及术中透视时间，改善膝关节功能，恢复正常的下肢力线，同时不会增加术后并发生发生风险。尽管本研究可为临床治疗膝关节内侧间室骨关节炎患者提供新的治疗方案，但仍存在一定的局限性：临床样本量纳入较小，且患者来源于同一家医院，可能存在数据偏移；此外，随访时间较短，该手术方案对患者长期效果的影响尚未可知，今后需扩大样本量联合多家研究中心进行长期随访研究。

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（收稿日期：2023-03-29） （本文编辑：郝天煜）

*基金项目：上饶市基础应用研究计划项目（2021F011）

①江西省上饶市人民医院 江西 上饶 334000

通信作者：吴国保