3D打印在伴有股骨側(cè)關(guān)節(jié)外畸形初次膝關(guān)節(jié)置換術(shù)中應(yīng)用體會(huì)

韓文鋒，　王　寧，　劉欣偉，　何　勇，　孫保飛，　張敬東，　侯明曉

沈陽(yáng)軍區(qū)總醫(yī)院 骨科 全軍重癥戰(zhàn)創(chuàng)傷救治中心，遼寧 沈陽(yáng)　110016

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·3D打印技術(shù)·

3D打印在伴有股骨側(cè)關(guān)節(jié)外畸形初次膝關(guān)節(jié)置換術(shù)中應(yīng)用體會(huì)

韓文鋒，王寧，劉欣偉，何勇，孫保飛，張敬東，侯明曉

沈陽(yáng)軍區(qū)總醫(yī)院 骨科 全軍重癥戰(zhàn)創(chuàng)傷救治中心，遼寧 沈陽(yáng)110016

目的探討3D打印技術(shù)在伴有股骨側(cè)關(guān)節(jié)外畸形的初次全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)(TKA)中的應(yīng)用。方法選取沈陽(yáng)軍區(qū)總醫(yī)院自2013年7月至2016年1月收治的伴有股骨側(cè)關(guān)節(jié)外畸形患者8例，應(yīng)用 3D打印技術(shù)輔助初次膝關(guān)節(jié)置換。結(jié)果所有8例患者均獲得1～3年的隨訪。HSS評(píng)分由術(shù)前的平均34.5分提高至術(shù)后的平均87.0分。下肢機(jī)械軸線由術(shù)前的平均內(nèi)翻偏移14.6°改善至術(shù)后的平均內(nèi)翻偏移2.1°。未見感染，骨延遲愈合、不愈合，血栓栓塞等并發(fā)癥，中遠(yuǎn)期療效良好。結(jié)論應(yīng)用3D打印技術(shù)輔助的TKA可有效恢復(fù)下肢機(jī)械軸線，并且能夠簡(jiǎn)化手術(shù)過(guò)程、縮短手術(shù)時(shí)間，術(shù)后臨床效果滿意。

3D打印技術(shù)；骨關(guān)節(jié)炎；膝；畸形；關(guān)節(jié)成形術(shù)；置換

全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)(total knee arthroplasty，TKA)的長(zhǎng)期生存率取決于術(shù)中精確的軟組織平衡和術(shù)后下肢力線的良好恢復(fù)[1]。當(dāng)存在膝關(guān)節(jié)外畸形時(shí)，需要通過(guò)精準(zhǔn)的膝關(guān)節(jié)內(nèi)截骨才能恢復(fù)患肢的機(jī)械軸線，而股骨側(cè)的畸形更是極大的增加了術(shù)中截骨的難度。股骨的畸形大多是由骨折后的畸形愈合導(dǎo)致。代謝性骨病、應(yīng)力性骨折、股骨過(guò)度的彎曲、既往截骨矯形手術(shù)史也是導(dǎo)致股骨畸形的重要原因[2]。股骨側(cè)的畸形導(dǎo)致股骨遠(yuǎn)端截骨髓內(nèi)定位桿置入困難甚至無(wú)法置入，而3D打印技術(shù)的出現(xiàn)，有效地解決了這一問(wèn)題。目前，該技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于骨科臨床，用于手術(shù)輔助材料以及手術(shù)內(nèi)植物的打印[3-5,8]。由于伴有膝關(guān)節(jié)外畸形的膝關(guān)節(jié)初次置換手術(shù)難度大、病例少見。本研究對(duì)沈陽(yáng)軍區(qū)總醫(yī)院自2013年7月至2016年1月收治的股骨側(cè)關(guān)節(jié)外畸形8例患者應(yīng)用 3D打印技術(shù)輔助初次膝關(guān)節(jié)置換，取得了滿意的療效?，F(xiàn)報(bào)道如下。

1　對(duì)象與方法

1.1研究對(duì)象選取伴有股骨側(cè)關(guān)節(jié)外畸形患者8例。其中，男性5例，女性3例；年齡39～72歲，平均年齡63.9歲。男性患者均為股骨骨折畸形愈合導(dǎo)致的膝關(guān)節(jié)外畸形；女性患者為代謝性骨病導(dǎo)致的股骨過(guò)度彎曲。所有患者的股骨畸形僅累計(jì)冠狀面和矢狀面中的一個(gè)平面。見表1。

1.2治療方法

1.2.1術(shù)前準(zhǔn)備所有患者術(shù)前均行患肢正側(cè)位、站立位、雙下肢全長(zhǎng)正位、患肢股骨全長(zhǎng)正側(cè)位X線及患側(cè)下肢全長(zhǎng)CT薄掃(0.625 mm)及重建。使用CT所得數(shù)據(jù)通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬膝關(guān)節(jié)周圍截骨、重建下肢立線，應(yīng)用3D技術(shù)(愛康公司)打印出患肢膝關(guān)節(jié)模型及截骨導(dǎo)板。術(shù)前再次利用3D模型，經(jīng)科室討論，設(shè)計(jì)出成熟的手術(shù)方案，明確手術(shù)禁忌證，給予膝關(guān)節(jié)置換術(shù)。

1.2.2手術(shù)方法手術(shù)按照常規(guī)膝關(guān)節(jié)置換方法，全身麻醉，患者取仰臥位，選擇膝關(guān)節(jié)正中切口，沿髕骨內(nèi)緣切開關(guān)節(jié)囊，切除滑膜囊，將髕骨向外側(cè)翻開，屈曲膝關(guān)節(jié)顯露關(guān)節(jié)內(nèi)結(jié)構(gòu)，清理增生滑膜，切除前、后交叉韌帶及半月板。特制骨刀清除脛骨平臺(tái)表面軟骨，將3D打印的脛骨近端導(dǎo)板緊密貼合脛骨近端骨皮質(zhì)，通過(guò)導(dǎo)板完成脛骨近端截骨。清除股骨髁表面軟骨，將3D打印的股骨遠(yuǎn)端導(dǎo)板緊密貼合在股骨遠(yuǎn)端前側(cè)骨皮質(zhì)及股骨髁表面，在導(dǎo)板指引下對(duì)股骨遠(yuǎn)端進(jìn)行截骨，截骨外翻角度及截骨量于術(shù)前由計(jì)算機(jī)計(jì)算完成，無(wú)須術(shù)中反復(fù)測(cè)算。截骨過(guò)程中不打開髓腔(無(wú)須髓內(nèi)定位桿)。放置間隙測(cè)塊，測(cè)試下肢立線及伸直間隙。根據(jù)測(cè)試，適當(dāng)?shù)匦熊浗M織松解。股骨遠(yuǎn)端截骨根據(jù)術(shù)前計(jì)算機(jī)模擬的假體型號(hào)選擇對(duì)應(yīng)的四合一截骨塊對(duì)股骨進(jìn)行截骨，脛骨常規(guī)截骨。安裝試模滿意后，脈沖槍沖洗膝關(guān)節(jié)。截骨面鋪墊骨水泥，安裝膝關(guān)節(jié)假體及墊片，測(cè)量力線良好。放置負(fù)壓引流管，逐層縫合。

表1　本組8例患者一般資料

1.2.3術(shù)后處理術(shù)后給予抗凝、抗感染、止痛、補(bǔ)液等對(duì)癥處置。術(shù)后24～48 h拔除引流管，復(fù)查患肢膝關(guān)節(jié)正側(cè)位X線。術(shù)后第3天，指導(dǎo)患者患肢功能鍛煉方式以及在助行器輔助下下床行走。術(shù)后第8天，復(fù)查站立位雙下肢全長(zhǎng)正位X線。術(shù)后第12天，拆線出院。

1.3觀察指標(biāo)觀察并記錄患者術(shù)后并發(fā)癥發(fā)生情況，統(tǒng)計(jì)患者HSS評(píng)分[6]以及機(jī)械軸線內(nèi)翻角度。

2　結(jié)果

所有8例患者均獲得1～3年隨訪。所有患者術(shù)后HSS評(píng)分均較術(shù)前有明顯的提高?；贾珯C(jī)械軸線由術(shù)前的平均內(nèi)翻(14.6°±6.4°)改善至術(shù)后平均內(nèi)翻(2.1°±0.9°)，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。末次隨訪時(shí)，膝關(guān)節(jié)活動(dòng)度平均(110.0°±15.0°)，與術(shù)前平均(78.5°±13.5°)比較，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。見表2。所有患者圍術(shù)期均未發(fā)生感染、栓塞等并發(fā)癥。5例患者術(shù)中、術(shù)后均未輸血。

表2　本組8例患者術(shù)前、術(shù)后療效比較±s)

注：與術(shù)前比較，①P<0.05

3　典型病例

患者男性，58歲，股骨骨折術(shù)后多年，股骨仍留有畸形，后繼發(fā)膝關(guān)節(jié)骨性關(guān)節(jié)炎。患者術(shù)前行常規(guī)下肢全長(zhǎng)正位及雙膝關(guān)節(jié)正側(cè)位X線檢查，雙下肢CT薄掃。應(yīng)用3D打印技術(shù)，打印出患肢膝關(guān)節(jié)模型及截骨導(dǎo)板。術(shù)中常規(guī)使用膝關(guān)節(jié)假體行膝關(guān)節(jié)置換術(shù)。見圖1～3。

圖1　3D打印單膝關(guān)節(jié)置換術(shù)前后正側(cè)位X線影像對(duì)比(a.術(shù)前；b.術(shù)后2 d)

圖2膝關(guān)節(jié)模型及截骨導(dǎo)板術(shù)前設(shè)計(jì)(患側(cè)下肢全長(zhǎng)CT薄掃所得數(shù)據(jù)對(duì)患肢進(jìn)行重建，排除脛骨平臺(tái)及股骨顆處表面軟骨的干擾，由計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)相應(yīng)的截骨角度及厚度，打印出截骨導(dǎo)板及股骨遠(yuǎn)端、脛骨近端模型)

圖3　膝關(guān)節(jié)置換術(shù)術(shù)中操作(術(shù)中安放截骨導(dǎo)板前，使用特殊器械刮除脛骨、股骨表面軟骨，使用截骨導(dǎo)板須緊密貼合)

4　討論

臨床上，伴有股骨側(cè)膝關(guān)節(jié)外畸形的膝關(guān)節(jié)初次置換患者十分少見。股骨側(cè)的畸形使患肢機(jī)械軸線發(fā)生明顯改變。這極大地增加了膝關(guān)節(jié)初次置換手術(shù)的難度。因此，術(shù)前手術(shù)方案的制定十分重要。傳統(tǒng)的手術(shù)方式不能直觀地了解畸形的具體情況，難以在術(shù)前明確關(guān)節(jié)內(nèi)截骨的方法。這只能依靠手術(shù)醫(yī)師的臨床經(jīng)驗(yàn)或通過(guò)關(guān)節(jié)外截骨，來(lái)實(shí)現(xiàn)患肢機(jī)械軸線的恢復(fù)。關(guān)節(jié)外截骨存在以下缺點(diǎn)：(1)患者需要多次手術(shù)，住院時(shí)間長(zhǎng)、花費(fèi)大；(2)手術(shù)時(shí)間長(zhǎng)、創(chuàng)傷大，術(shù)中、術(shù)后失血量多；(3)矯正畸形的失誤率大；(4)出現(xiàn)術(shù)后并發(fā)癥的概率大，如肺栓塞、感染、創(chuàng)口不愈合等[7]；(5)使用特殊的關(guān)節(jié)假體及鋼板等截骨材料，增加患者住院費(fèi)用；(6)股骨側(cè)的畸形導(dǎo)致股骨髓腔定位困難。

3D打印技術(shù)在臨床上的應(yīng)用是醫(yī)學(xué)界的一大進(jìn)步。3D打印的試模與患者的生理結(jié)構(gòu)完全一致，術(shù)前就可以對(duì)患者的病情有直觀的了解。術(shù)前應(yīng)用3D打印的試模設(shè)計(jì)成熟的手術(shù)方案，并且可以在試模上行預(yù)截骨，直至取得滿意的截骨方式。3D打印出的截骨模板使用方便，無(wú)須開髓定位，安裝后截骨準(zhǔn)確，提高了手術(shù)的精準(zhǔn)度，節(jié)省了手術(shù)時(shí)間，降低了手術(shù)難度，降低了因開髓等操作導(dǎo)致的并發(fā)癥發(fā)生率。使用3D打印技術(shù)輔助復(fù)雜的膝關(guān)節(jié)置換是未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)[8]。膝關(guān)節(jié)置換術(shù)中股骨側(cè)截骨的精確度十分重要，直接影響術(shù)中假體安放的情況，進(jìn)而影響患者術(shù)后假體的使用年限。傳統(tǒng)的截骨方式需要反復(fù)多次的試模，使用大小不同型號(hào)的模具逐個(gè)比對(duì)，術(shù)者的主觀成分居多。對(duì)合并股骨側(cè)畸形的情況，不論髓內(nèi)還是髓外定位都難以獲得準(zhǔn)確的下肢立線。3D打印的截骨導(dǎo)板依據(jù)患者的個(gè)人數(shù)據(jù)打印截骨模具，截骨客觀、準(zhǔn)確、快速。應(yīng)用3D打印技術(shù)輔助膝關(guān)節(jié)置換需要注意的要點(diǎn)：(1)對(duì)患者使用高分辨率的CT檢查，掃描范圍應(yīng)包括患側(cè)的全下肢CT薄掃；(2)由于關(guān)節(jié)軟骨在CT掃描中不顯像，因此，手術(shù)時(shí)須充分清楚關(guān)節(jié)表面軟組織及軟骨，使截骨導(dǎo)板與患者股骨、脛骨骨性接觸充分；(3)手術(shù)費(fèi)用相對(duì)增加。本研究尚存在許多不足，其中首要的就是納入的病人數(shù)量較少，僅為8例，所得數(shù)據(jù)具有的臨床指導(dǎo)意義有限。其次，本次研究的最長(zhǎng)隨訪時(shí)間為3年，最短隨訪時(shí)間為1年，缺少長(zhǎng)期隨訪的數(shù)據(jù)。

綜上所述，3D打印技術(shù)應(yīng)用在伴有股骨側(cè)關(guān)節(jié)外畸形的初次膝關(guān)節(jié)置換術(shù)中，可以明顯縮短手術(shù)時(shí)間、減少出血量、降低手術(shù)難度。但由于本研究為單中心研究，需要進(jìn)一步聯(lián)合多個(gè)關(guān)節(jié)置換中心做大樣本數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，所得結(jié)果的準(zhǔn)確性會(huì)更高。

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3D printing technology in the primary total knee arthroplasty with severe extra-articular femoral deformity

HAN Wen-feng,WANG Ning,LIU Xin-wei,HE Yong,SUN Bao-fei,Zhang Jing-dong,HOU Ming-xiao

(Department of Orthopedics,The General Hospital of Shenyang Military Command,Shenyang 110016,China)

ObjectiveTo explore 3D printing technology in the primary total knee arthroplasty(TKA)with severe extra-articular femoral deformity.MethodsA retrospective study was performed on 8 patients with severe extra-articular femoral deformity who received 3D printing technology in the primary TKA in The General Hospital of Shenyang Military Command from July 2013 to January 2016.ResultsAll 8 patients received 1-3 years of follow up.The mean HSS score increased from preoperative 34.5 points to postoperative 87.0 points.The average deviation of mechanical axis of lower limb was improved from preoperatively 14.6°of varus excursion to postoperative 2.1°of varus excursion.No complications such as infection,delayed union,nonunion or DVT were found,the medium and long term curative effect was good.ConclusionThe application of 3D printing technology assisted TKA can effectively restore limb mechanical axis,simplify the operation process,shorten the operation time,and postoperative clinical effect is satisfactory.

3D printing technology;Osteoarthritis;Knee;Abnormality;Arthroplasty;Replacement

韓文鋒(1977-)，男，黑龍江哈爾濱人，副主任醫(yī)師，碩士

張敬東，E-mail:zhangjingdongdr@163.com；

侯明曉，E-mail:houmingxiao188@163.com

2095-5561(2016)05-0260-05

R687.4

A

∶10.16048/j.issn.2095-5561.2016.05.02

2016-09-06