应用3D打印个性化截骨模具行全膝关节置换术后失血量临床研究

孙保飞，　张敬东，　刘欣伟，　华政哲，　王　宇，　刘　铭，　王　宁，　韩文锋

沈阳军区总医院 骨科 全军重症战创伤救治中心，辽宁 沈阳　110016



应用3D打印个性化截骨模具行全膝关节置换术后失血量临床研究

孙保飞，张敬东，刘欣伟，华政哲，王宇，刘铭，王宁，韩文锋

沈阳军区总医院 骨科 全军重症战创伤救治中心，辽宁 沈阳110016

摘要：目的评价3D打印个性化截骨模具辅助下行全膝关节置换(TKA)术后失血量。方法收集2014年4月至2016年4月沈阳军区总医院骨科收治的14例(18膝)应用3D打印个性化截骨模具行TKA患者为研究组，14例(17膝)应用传统截骨器械行TKA为对照组。2组患者均在术后12 h给予口服利伐沙班片(10 mg/d)预防下肢静脉血栓形成，术后48 h拔除患膝负压引流管。分别记录两组患者的手术时间、术后48 h引流量，根据公式计算术后总失血量。结果研究组患者手术时间为(57.0±7.3)min，对照组为(58.0±8.1)min，两组间比较，差异无统计学意义(P>0.05)。研究组患者术后48 h引流量为(373.33±199.18)ml，对照组为(414.12±255.71)ml，两组间比较，差异无统计学意义(P>0.05)。研究组患者术后48 h总失血量为(522.86±317.73)ml，对照组为(789.99±355.82)ml，两组间比较，差异有统计学意义(P<0.05)。结论3D打印个性化截骨模具辅助完成TKA与传统器械行TKA比较，可以明显减少术后总失血量，对TKA后快速康复可以起到良好的辅助作用。

关键词：全膝关节置换；3D打印；总失血量

DOI∶10.16048/j.issn.2095-5561.2016.04.04

3D打印技术在全膝关节置换手术(total knee arthroplasty，TKA)中有良好的应用前景。TKA的疗效与术中截骨量以及假体安装的位置、角度有很大关系[1-3]。研究表明，应用计算机CT三维重建技术评估骨科内植物安装的位置及内置物大小的可行性和准确性较高[4]。在这一研究成果的基础上，通过CT检查获取患者的膝关节数据，并将数据导入计算机，在计算机软件辅助下将其转化为三维模型，再应用3D打印技术制作3D打印个性化截骨模具，对TKA术中精确截骨、减少术后引流量及总失血量有很大帮助。本研究采用随机对照方法，探讨3D打印个性化截骨模具对TKA手术患者术后总失血量的影响。现报道如下。

1　资料与方法

1.1一般资料收集2014年4月至2016年4月沈阳军区总医院收治的14例(18膝)应用3D打印个性化截骨模具行TKA患者为研究组，14例(17膝)应用传统截骨器械行TKA为对照组。研究组中，男性4例，女性10例；年龄57～79岁，平均年龄(65.71±7.69)岁。2例患者Ⅰ期行双膝关节置换，2例患者Ⅱ期行TKA；所有患者均为初次膝关节置换；均无手术禁忌证。对照组中，男性3例，女性11例；年龄56～77岁，平均年龄(66.71±6.27)岁。1例患者Ⅰ期行双膝关节置换，1例患者分Ⅱ期行双膝关节置换，3例患者Ⅱ期行TKA；所有患者均为初次膝关节置换；均无手术禁忌证。两组患者一般资料差异无统计学意义(P>0.05)。所有患者在术前均取得知情同意并签署手术知情同意书。

1.2术前准备患者常规行膝关节正侧位X线、髌骨轴位X线、站立位双下肢全长正位X线(自髋关节至踝关节)、膝关节CT检查。CT扫描参数：以膝关节为中心，上至髋关节、下至踝关节，层厚为0.625 mm。将CT扫描数据导入计算机，应用计算机软件将数据进行三维重建，并测定股骨外旋角及外翻角，胫骨平台后倾角，预估术中股骨侧及胫骨侧使用假体的型号，确定术中股骨及胫骨的截骨量及截骨角度。所有患者术前常规行心电图、胸部X线影像、心脏彩超、下肢动静脉血管彩超及血生化、凝血功能、术前免疫等检查，了解患者重要脏器功能及有无手术禁忌证。

1.3手术方法两组患者均由同一医疗小组完成，并且由同一医师主刀。所有患者均不做髌骨置换。

1.3.1研究组全麻后，患者取仰卧位，缚气囊止血带。碘酒、酒精消毒下肢术区皮肤，铺无菌手术单，敷皮肤保护膜。患肢驱血后气囊止血带充气，作膝关节正中切口，长约15 cm，逐层切开皮肤、皮下、浅筋膜，沿髌骨内缘切开关节囊，将髌骨向外侧翻开，屈曲膝关节显露关节内结构。切除内外侧残留半月板、前后交叉韧带及关节边缘骨赘。刮除股骨髁负重区软骨，应用股骨侧3D打印个性化截骨模具作股骨髁截骨，无需打开髓腔进行股骨髓腔定位。屈膝位显露胫骨平台，刮除软骨后应用胫骨侧3D打印个性化截骨模具作胫骨截骨。安装膝关节试模，评估并平衡伸膝、屈膝间隙，大量生理盐水脉冲冲洗术区，于截骨表面及假体内侧分别涂抹骨水泥，选择合适的胫骨基座、胫骨垫片及股骨髁假体，快速安装各假体，骨水泥固化后清除多余骨水泥，咬除髌骨边缘骨赘，修整髌骨关节面，髌周去神经处理。再次脉冲冲洗术区，于关节腔内留置负压引流管，逐层连续缝合至皮肤。无菌敷料包扎。术毕。典型病例见图1。

1.3.2对照组传统TKA手术暴露过程与3D打印个性化截骨模具组相同，术中使用常规截骨器械进行截骨，行股骨侧截骨过程中需打开髓腔。

1.4术后处理所有患者术后12 h常规使用利伐沙班(10 mg/d)抗凝，预防下肢深静脉血栓形成；预防性使用抗生素；术后48 h拔除引流管。

1.5评价指标记录两组患者年龄、身高、体质量、术后48 h引流量，计算术后总失血量。所有患者术前及术后24、72 h行血常规检查；对术后血红蛋白<80 g/L患者予以输血治疗，分别记录两组患者输血例数。术后引流量即为负压引流球内液体量。根据术前测量的患者的身高和体重计算出术前血容量(patient blood volume, PBV)。

图1患者女性，65岁，双膝关节骨性关节炎(a.双膝退行性改变，内侧间隙变窄，且合并内翻畸形；b.术中3D打印个性化截骨模具的安装；c.该患者术后X线影像可见假体角度及位置良好，下肢力线恢复满意)

PBV=k1×H3+k2×W+k3

其中，PBV为术前血容量(L)，H为身高(m)，W为体质量(kg)；常数项男性患者k1=0.366 9，k2=0.032 19，k3=0.604 1；女性患者k1=0.356 1，k2=0.033 08，k3=0.183 3。通过术前血容量结合血细胞容积，根据以下公式计算总失血量[5]：总失血量即红细胞总丢失量(red blood cell loss, RBC loss)。如果有输血，需将输血量加上[6]。

RBC loss =PBV×(术前血细胞容积-术后血细胞容积)

2　结果

2.1两组患者围术期一般情况比较两组患者术中操作及术后康复顺利，术后观察12 d；术后均未出现并发症，术中及术后均未给予输血治疗；均在术后48 h拔除引流管，术后12 d拆线。两组患者术前血红蛋白、出血时间、术前血浆凝血酶原时间、术前活化部分凝血活酶时间、术前血小板计数及输血率比较，差异无统计学意义(P>0.05)。

2.2两组患者手术时间、术后引流量、术后总失血量比较研究组患者手术时间为(57.0±7.3)min，对照组为(58.0±8.1)min，两组间比较，差异无统计学意义(P>0.05)。研究组患者术后48 h引流量为(373.33±199.18)ml，对照组为(414.12±255.71)ml，两组间比较，差异无统计学意义(P>0.05)。研究组患者术后总失血量为(522.86±317.73)ml，对照组为(789.99±355.82)ml，两组间比较，差异有统计学意义(P<0.05)。见表1。

表2　两组患者手术时间、术后引流量、术后总失血量比较

3　讨论

TKA手术是目前治疗膝关节骨性关节炎成功的手术方式之一，但TKA手术仍存在许多并发症，如术后感染、失血、假体松动等[7]，其中术后失血量是影响患者术后康复的最大因素。研究表明，单侧TKA手术能造成大量失血，术中出血量为100～500 ml，术后引流量为300～800 ml，隐性失血量为500～800 ml[8]，总失血量可高达1 500 ml[9]。很多患者需术后输血，而输血存在感染血液传播疾病、输血后不良反应等潜在风险[10-13]。自体输血虽无这些潜在风险，但其花费较大，多数患者难以接受。TKA手术行股骨截骨时需打开股骨髓腔进行股骨髓腔定位，这一操作中可损伤松质骨及髓内血管，造成髓腔大量渗血，从而导致术中、术后失血量增加[14-15]。

随着科技的发展，3D打印技术被广泛应用到TKA手术中，其中应用3D打印个性化截骨模具辅助行TKA手术是目前较为成熟的技术。术前采集患者膝关节CT影像学数据，并将其输入计算机，经计算机软件进行CT三维重建，测量股骨外旋及外翻角、胫骨平台后倾角，预估术中所用假体型号及截骨量、截骨角度[16]，简化了手术操作，减少了手术时间。最重要的是，应用3D打印个性化截骨模具辅助行TKA手术行股骨远端截骨时无需行股骨开髓腔，这将大大减少术中及术后股骨髓腔出血。本研究中将应用3D打印个性化截骨模具辅助行TKA手术与传统TKA手术术后失血量进行对照研究后发现，前者术总失血量明显少于后者，差异有统计学意义(P<0.05)。

目前，3D打印技术应用在TKA手术中尚未在临床普及，国内文献也鲜有报道。本研究证明，与传统TKA手术相比，应用3D打印个性化截骨模具辅助行TKA手术能显著减少术后总失血量，为患者术后快速康复提供了保障。本研究的不足之处在于纳入病例较少，研究组仅有14例患者；其次，应用3D打印个性化截骨模具辅助行TKA手术的长期疗效因本研究未做随访尚不明确。因此，本研究结果还需要大样本及长期对照研究来证实。

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基金项目：辽宁省科学技术计划项目面上项目(2015020446)

通信作者：韩文锋，E-mail：hanwenfeng@medmail.com.cn

文章编号：2095-5561(2016)04-0204-04 中图分类号：R687.4

文献标志码：A

收稿日期：2016-06-05

Clinical study on the changes of blood loss volume in total knee arthroplasty using 3D printing individualized osteotomy mold

SUN Bao-fei,ZHANG Jing-dong,LIU Xin-wei,HUA Zheng-zhe,WANG Yu,LIU Ming,WANG Ning,HAN Wen-feng

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

Abstract：ObjectiveTo explore the blood loss volume after 3D printing individualized osteotomy mold assisted total knee arthroplasty(TKA).MethodsA retrospective study was performed on 28 cases of patients that received TKA in the General Hospital of Shenyang Military Command from April 2014 to April 2016.Among the patients,14 patients(18 knees)received TKA that were aided by customized 3D printing individualized osteotomy mold were in the treatment group,another 14 patients(17 knees)that were treated with traditional TKA were in control group.The patients in both groups were given the oral anticoagulation(Rivaroxaban 10 mg/day)12 hours after the surgery to prevent the deep vein thrombosis of lower limb,the drainage tube was removed 48 hours after the surgery.The operation time and the volume of postoperative 48 hours drainage were recorded to calculate the total blood loss according to the formula.ResultsThe operation time was(57.0±7.3)minutes in the treatment group and(58.0±8.1)minutes in the control group,there was no significant difference between the two groups(P>0.05).The volume of postoperative 48 hours drainage was(373.33±199.18)ml in the treatment group and(414.12±255.71)ml in the control group,there was no statistically significant difference between the two groups(P>0.05).The total blood loss was(522.86±317.73)ml in the treatment group and(789.99±355.82)ml in the control group,there were statistically significant differences between the two groups(P<0.05).ConclusionCompared with the traditional TKA,3D printing individualized osteotomy mold assisted TKA plays a good supporting role in postoperative of rapid rehabilitation,with significantly reducing trauma and total blood loss.

Key words:Total knee arthroplasty;3D printing;Total blood loss

第一作者：孙保飞(1988-)，男，河北衡水人，医师，硕士