3D打印技术治疗重度膝内翻畸形膝骨关节炎的临床效果

沈吉荣，张维新

膝关节骨性关节炎(KOA)又被称为退行性骨关节炎，长期下去易致关节软骨发生磨损、腔内骨赘增生，严重时使内侧间室负荷增加，关节易变畸形[1]。KOA多见于老年人，60岁以上的人口发病率高达20%[2]。随着我国老龄化程度的不断加重，KOA的发病率呈现逐年大幅递增趋势，对老年人晚年生活质量有严重影响，甚至因该疾病致残[3]。人工全膝关节置换术(TKA)是治疗KOA的主要方法[4]。内翻畸形的矫正、骨缺损的处理及保持膝关节的稳定性是临床治疗重度膝内翻畸形伴胫骨平台缺损的KOA的难点，软组织平衡及截骨难度较大，成为国内外医护人员关注的难点[5]。3D辅助打印技术已广泛应用于临床辅助治疗，特别在关节外科相关疾病的治疗方面优势显著[6]。目前新兴的一项3D 打印技术个体化模型特点较为突出，优势明显，在骨科手术中应用较广[7]。本文以2019年1月至2020年1月我院收治的重度膝内翻畸形伴胫骨平台缺损的KOA患者为观察对象，分析对重度膝内翻畸形伴胫骨平台缺损的KOA患者行3D模拟打印的临床效果。

1.1 一般资料：在2020年1月至2021年1月经我院筛选出重度膝内翻畸形伴胫骨平台缺损的KOA患者。所有患者根据手术方式分为对照组(20例)及观察组(32例)。其中对照组给予单纯TKA手术治疗，观察组给予3D打印辅助TKA手术治疗，本实验经医院伦理委员会同意。

1.1.1 纳入标准：①患者骨性关节炎膝内翻畸形，负重位内翻>20°；
②患者胫骨平台内侧骨缺损，胫骨骨缺损均为非包容性；
③患者骨缺损累计外周骨皮质，Anderson骨科研究所(AORI)分型为Ⅱ、Ⅲ型；
④患者均为单次、单膝置换；
⑤患者及家属知情并签署知情同意书。

1.1.2 排除标准：①患者存在严重肌力减退；
②患者股骨髁及胫骨平台外侧骨缺损；
③患者膝关节反屈畸形；
④患者既往已行TKA术；
⑤患者伴有凝血功能障碍；
⑥患者伴有免疫功能障碍；
⑦患者因精神疾病无法进行手术；
⑧手术过程中需要变更手术方式者。

1.2 方法

1.2.1 观察组：术前接受三维CT薄层扫描。提取DICOM数据导入MIMICS软件中重建膝关节三维立体数据，并导入SIEMENS NX三维设计软件，最后将转化后数据导入3D打印系统，用激光快速成型打印机(中国南京史蒂芬有限公司)以聚己内酯高分子材料(南京凯斯科技有限公司)进行打印。患者在膝关节前从髂骨内侧缘入手取正中位切口，外翻髂骨，屈曲膝关节时能呈90°，将增生滑膜、交叉韧带及半月板清除，膝关节暴露。截骨后清理膝关节，并安装假支，根据胫骨平台不同类型的骨缺损选择不同的修复方式进行治疗，其中I型骨缺损采用骨水泥填充处理，Ⅱ型骨缺损采用骨移植处理，Ⅲ型骨缺损采用组合式金属垫块处理。存留1枚负压引流管后切口闭合。

1.2.2 对照组：入组患者术体位、麻醉方式及术中膝关节暴露过程与观察组一致。术中用传统截骨导板完成操作，选适用型号假体，截骨过程需将髓腔打开，并在截骨后冲洗关节，选择、安装并固定假体。其余操作仍同观察组。

1.3 观察指标

1.3.1 一般资料：记录并比较2组患者年龄、性别、体质量指数(BMI)等指标水平及是否并发高血压、糖尿病、冠心病、骨质疏松等情况。

1.3.2 术中记录指标：记录并对比组间患者手术时长、术中失血量、切口引流量、拔除引流管时间等指标。其中术中出血量= 吸引器瓶中液体量+纱布垫浸湿血液量 - 术中使用冲洗液量(每块纱布垫全部浸湿折合为 20 mL血液量)

1.3.3 血清检测：采集所有患者空腹状态下的静脉血分别在手术前、手术1 d及手术3 d 3个时间点，室温静置20 min，转速3 000 r/min、离心10 min，与血清分离并放-70 ℃环境冷藏备用，以防使用中反复冻融。各时间点患者的血红蛋白水平用全自动生化分析仪进行检测。

1.3.4 髋膝踝角：2组患者均在下肢全长X线中测量，标记出髋关节、膝关节及踝关节中心，画出股骨机械轴及胫骨机械轴，两轴之间的夹角即为髋膝踝角。

1.4 评价标准

1.4.1 美国膝关节协会(AKS)评分：膝临床评分及膝功能评分，满分均设100分，其临床评分项目有疼痛、稳定性及关节活动范围，其中关节屈曲痉挛、伸膝迟滞及对线不良为减分项目。膝功能评分包括行走距离及是否能上楼梯。

1.4.2 膝关节(HSS)评分：是评估膝关节状态的一种综合性评分，主要包括疼痛、功能、活动度、肌力、屈曲畸形、稳定性及减分项目7个部分。总分为100分。

1.4.3 健康状况调查表(SF-36)评分：按照躯体功能、躯体疼痛、躯体健康、生命活力、社交功能、神经健康、情感问题、总体健康评分评估生活质量水平。

1.4.4 满意度：经本院发放问卷调查表了解满意度，包括疼痛、医疗服务质量及服务态度等项目，满分设100分，其中<75分为不满意，75～90分为比较满意，>90分为满意。

2.1 2组患者一般资料分析：对照组共32例，男性15例，女性17例，平均年龄为(64.15±6.45)岁，平均BMI为(23.16±2.16)kg/m2。观察组男性10例，女性10例，共20例，平均年龄(64.24±6.59)岁，平均BMI(23.01±2.18)kg /m2。2组患者年龄、性别、BMI等方面比较差异无统计学意义(P>0.05)，见表1。

表1 2组患者一般资料分析[n(%)]

2.2 组间术中指标对比：2组患者术前血红蛋白水平差异很小(P>0.05)。术后同时间点观察组血红蛋白水平较对照组明显升高，观察组患者手术时间、术中失血量、切口引流量低于对照组(P<0.05),见表2。

表2 组间患者术中指标

2.3 2组患者手术前后相关评分比较：术前2组患者髋膝踝角、AKS临床评分、AKS功能评分、SF-36评分、HSS评分水平差异无统计学意义(P>0.05)。术后2组患者髋膝踝角、AKS临床评分、AKS功能评分、SF-36评分、HSS评分水平明显升高，其中观察组患者髋膝踝角、AKS临床评分、SF-36评分、HSS评分水平高于对照组(P<0.05)，见表3。

表3 组间患者术前后相关评分对比

2.4 2组患者满意度及不良反应比较：观察组总满意度95%，对照组总满意度62.5%，2组满意度比较差异有统计学意义(χ2=5.97，P<0.05)；
观察组患者不良反应20%，对照组患者不良反应为25%，2组不良反应比较差异无统计学意义(P>0.05)。

我国已经进入老龄化社会，在导致长期残疾的疾病中，骨性关节炎(OA)排名仅次于心血管疾病。OA中以KOA最为常见[8]。TKA是目前治疗KOA最成功、最成熟的手术方式之一，但随着它在临床中的广泛应用，手术时间长、髓内定位失血量多、术中需反复试膜匹配假体等弊端逐渐显露，因此，如何降低KOA不良反应，提高KOA术后效果成为关节外科医师不得不面对和解决的问题[9]。3D模拟打印技术是应用信息采集技术、计算机技术及材料制造技术等多项高科技结合产生的一项新型制造技术[10]。3D打印辅助胫骨高危截骨术在治疗膝内翻畸形骨关节炎疗效较好。本研究中术后同时间点的观察组血红蛋白水平较对照组明显增加，观察组手术时间、术中失血量、切口引流量较对照组明显低。术后组间病人髋膝踝角水平明显升高，其中观察组患者髋膝踝角水平明显高于对照组。提示，3D打印辅助TKA可明显优化手术过程，提高KOA手术成功率，与报道[11-12]研究结果相近。

本研究中，术后2组患者AKS临床评分、AKS功能评分、SF-36评分、HSS评分水平明显升高，其中观察组患者AKS临床评分、SF-36评分、HSS评分水平明显较对照组高。观察组总满意度95.56%，对照组总满意度89.23%。提示，3D打印辅助TKA可改善膝关节活动范围，恢复下肢引力线，促进膝关节功能恢复，提高患者生活质量，还可提高患者对医护服务的满意度，改善医护人员与患者的关系。

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